基于实验创新的课堂教学

2023-03-29冯玉花

高考·下 2023年12期

冯玉花

摘要：实验创新与学科教学融合，能够更好地促进学生理解化学知识。实验创新可以实现抽象内容直观化、微观变化通过宏观现象可视化，让学生更直观地比较碳酸钠、碳酸氢钠的化学性质。这既实现了精准教学，提高了课堂教学效率，同时也促进了学生能力的形成和素养的发展。

关键词：实验创新；课堂教学；碳酸钠、碳酸氢钠化学性质

一、教学现状分析

鲁科版化学必修第一册（2019年版）第一章微项目“探秘膨松剂”将碳酸钠、碳酸氢钠的性质及其对比融入实际问题的解决中；教材只设计了碳酸氢钠受热分解实验装置图，在课堂教学中，教师大多是采用“套管实验”来比较碳酸钠与碳酸氢钠的热稳定性。不易分解的碳酸钠固体放在外管，而易分解的碳酸氢钠固体放在内管，这是在碳酸氢钠比碳酸钠容易分解的前提下设计的，实验预设性太强，缺乏探究性［1］。教材中碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应实验留白，意图让教师在实践中充分发挥教学的主动性和创造性。碳酸钠溶液与稀盐酸的反应是学生从反应物用量角度认识反应产物的重要载体，是多元弱酸的正盐与酸分步反应的典型代表，因此，实验的关键是能让学生真正观察和感受到碳酸钠与盐酸的分步反应。然而反应原理抽象而概括，反应机理微观而又不可见，虽然是高中化学教学的重点，也一直是学生学习的难点。在实际的教学中，教师进行演示实验，一般是向等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠溶液中加入等浓度等体积的稀盐酸，然后根据气泡产生的快慢进行粗糙的对比，再从微观角度解释反应快慢的原因。笔者认为，該教学过程缺乏严谨的证据支撑［2］。为此，笔者对实验进行创新。

二、教学创新点

（一）学习方式的创新，学生制作馒头并将成果分享至班级微信群。互联网丰富了学生的学习方式。

（二）有价值的情境创设

本节课的实验情境来源于学生做馒头过程中产生的困惑，有效引发学生的思考。围绕“碳酸钠、碳酸氢钠化学性质的比较”展开的系列活动是一个从生活走向课堂，再由课堂回归至生活的有序过程。探究对象看得见“来源于生活”，探究结果对生活具有指导意义。让学生充分感受到化学来源于生活，服务于生活。

（三）实验创新

碳酸钠与盐酸反应原理是本节课的教学难点。实验有两大难点：一是解决盐酸局部过量问题，二是如何发现稀盐酸少量时的产物为碳酸氢钠。针对实验难点，采用针筒实验。针头巧妙处理，长度剪为１厘米，压扁针头前端，盐酸以极细微水粒推入，避免局部酸过量。一支针头套上橡胶帽营造密闭体系。把8ml 0.3mol·L-1盐酸缓慢推入4ml 0.3mol·L-1滴有酚酞的碳酸钠溶液。注入4ml盐酸，溶液变浅红色，学生可通过现象的相似性进行关联，自主发觉碳酸氢钠的生成，继续注入4ml盐酸，开始产生气泡，宏观实验将微观反应可视化，从定量角度探究碳酸钠与盐酸反应原理。

为进一步从微观角度验证碳酸钠与盐酸反应原理，往0.1mol·L-1盐酸中逐滴滴加0.1mol·L-1碳酸钠溶液，借助数字化技术，迅速捕捉反应过程中的微观信息，呈现pH变化曲线图，将抽象问题直观化。

将碳酸钠、碳酸氢钠热稳定性对比实验进行改进，装置简单并且可操作性很好。硬质玻璃管中间塞橡胶塞，有效起到隔离的作用，在两端中部分别加碳酸钠、碳酸氢钠固体，一次实验完成对两种物质的热稳定性探究，实验现象明显，能高效地对比碳酸钠、碳酸氢钠的热稳定性。

三、教学实录

（一）创设情境，引入新课

教师：周末布置实践作业，做馒头，同学们已分享至班级微信群。以下是部分同学成果展示。下面我们有请学生1为我们分享她的馒头制作过程。

师：还有哪些同学愿意分享馒头制作感受的？

生2：我做的馒头硬得跟石头一样。

生3：我做的馒头黄黄的，口感不好。

过渡：在这次做馒头的过程中，同学们向老师提出以下三点困惑：

1.自制馒头有酸味，如何去除？

2.为什么泡打粉配料中添加碳酸氢钠而不是碳酸钠？

3.馒头蒸制后松软多孔的原因是什么？带着这些困惑进入我们新课的学习。

【设计意图】创设真实情境，问题由学生自己提出，能有效激发学生的探究欲望，增强学生的课堂参与度。

（二）探究等浓度碳酸钠、碳酸氢钠溶液碱性强弱

师：自制馒头有酸味，如何去除？

生：加食用碱、碳酸钠或者碳酸氢钠。

师：为什么？

生：因为碳酸钠、碳酸氢钠的水溶液呈碱性。

师：怎么证明碳酸钠、碳酸氢钠的水溶液呈碱性？

生：用酚酞试剂或者测溶液pH。

【学生实验1】往试管中分别加入2ml浓度均为0.3mol·L-1的碳酸氢钠、碳酸钠溶液，用胶头滴管分别滴加1～2滴酚酞，观察实验现象。

师：少量试剂用胶头滴管取用，2ml溶液直接倾倒。同时，胶头滴管使用过程中必须垂直悬空，不能伸入试管中。

师：请学生4汇报实验结果。

生4：碳酸钠溶液中滴加酚酞，显红色，碳酸氢钠溶液中滴加酚酞，溶液显浅红色。说明等浓度下，碳酸钠溶液碱性比碳酸氢钠溶液强。

【设计意图】通过实验感知碳酸钠、碳酸氢钠溶液碱性差异。

生（猜测）：去除馒头酸味可能用碳酸钠更好，我们继续探究。

师（过渡）：这次做馒头有同学用酵母发酵，也有同学用泡打粉发酵。那什么是泡打粉呢？这是某品牌泡打粉说明，大家看到了泡打粉配料中添加了什么？

生：碳酸氢钠。

师（过渡）：为什么泡打粉配料中添加碳酸氢钠而不是碳酸钠？我们通过下面的学习来认知泡打粉中添加碳酸氢钠的优势在哪里。

（三）探究碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸的反应。

【学生实验2】往试管中分别加入2ml浓度均为0.2mol·L-1的碳酸氢钠、碳酸钠溶液，用胶头滴管逐滴滴加0.1mol·L-1盐酸。

师：学生5汇报实验结果。

生5：碳酸氢钠溶液中滴加盐酸，立即产生气泡，说明碳酸氢钠与盐酸反应产生气泡很快。

师：同学们尝试着写出碳酸氢钠与盐酸的反应。

学生在板中书写方程式NaHCO3+HCl=NaCl+

CO2↑+H2O

师（过渡）：碳酸钠溶液中逐滴滴加0.1mol·L-1盐酸现象一样吗？

生：不一样。

师：请学生6汇报实验现象。

生6：碳酸钠溶液中逐滴滴加0.1mol·L-1盐酸，观察到开始没有气泡，随着盐酸的滴加，才慢慢产生气泡？

生（质疑）：为什么碳酸钠中逐滴滴加盐酸会出现这样的现象？能否从实验现象进行分析，提出合理猜想。

生7：碳酸钠与盐酸反应是分步进行，开始阶段生成了新物质。

师：为更好地探究碳酸钠与盐酸的反应原理，课外兴趣小组经过查阅资料，多次实验，终于创新实验装置。针头经过简单处理，试剂为4ml 0.3mol·L-1碳酸钠、8ml0.3mol·L-1盐酸。

生（质疑）：为什么要加酚酞试剂？

生：酚酞可以指示溶液的酸碱性变化。

师：通过酚酞变色可以把微观不可见的通过宏观现象可视化。由于实验比较复杂，老师演示完大家再做实验。

【学生实验3】探究碳酸钠与盐酸反应原理

1.往20ml针筒中抽取大于4ml0.3mol·L-1滴有酚酞碳酸钠溶液，排尽空气，套上橡胶帽，推至4ml。

2.往10ml针筒中抽取大于8ml0.3mol·L-1盐酸，排尽空气，套上针头，推动注射器至8ml，针头充满溶液。

3.针头插入橡胶套，并抵住橡胶套，将盐酸缓慢推入碳酸钠溶液中。

师：请学生8汇报实验结果。

生8：溶液红色慢慢褪去后，开始产生气泡。

生（追问）：有没有其他同学看到不同现象的？

生9：注入4ml盐酸溶液红色变浅，继续注入4ml盐酸才开始产生气泡。

师：观察非常仔细，掌声鼓励。

生（追问）：注入4ml盐酸溶液红色变浅，这溶液与什么溶液颜色很相似？

生：碳酸氢钠滴加酚酞。

师：继续注入4ml盐酸开始产生气泡。从现象说明碳酸钠与盐酸反应分几步？

生：分两步。

师（过渡）：老师可以通过技术支持从微观上验证碳酸钠与盐酸反应原理。

师：这叫数字化手持技术：所用仪器试剂有电脑、朗威软件、数据采集器、pH传感器，磁力搅拌器、pH计、酸式滴定管。

【演示实验1】往0.1mol·L-1的碳酸钠溶液中逐滴滴加0.1mol·L-1盐酸。

师：实验结束，导出数据后会看到这样一条pH变化曲线。横坐标为时间轴，纵坐标为pH值。从反应pH变化曲线中观察到有两个突变点，说明碳酸钠与盐酸是分2步反应。并且第一个突变点的pH值为8.48，与0.1mol·L-1碳酸氢钠溶液pH值8.37基本相同，说明碳酸钠与盐酸反应第一步生成碳酸氢钠，而第二个突变点的pH值为5.37，与饱和碳酸溶液pH值5.6基本相同，说明第二步反应生成碳酸，从而放出二氧化碳。进一步分析时间轴，两步突变时间大致相同，说明两步反应消耗盐酸相等。

师：尝试用方程式表达碳酸钠与盐酸的分步反应。

Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl

NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O

師：从反应方程式可以看出碳酸氢钠与盐酸反应生成二氧化碳需要一步，而碳酸钠与盐酸反应生成二氧化碳需要两步。

师（过渡）：老师再给大家做个简单的小实验。

【演示实验2】气球中分别装有均为1克的碳酸钠、碳酸氢钠固体，同时倒入等浓度足量的盐酸中。

生：粉色气球更大，同时试管中反应更剧烈。

师：粉色气球装的是什么？

生：碳酸氢钠固体。

师：说明等质量碳酸钠、碳酸氢钠固体与等浓度足量的盐酸反应，碳酸氢钠产生气体又快又多。

师（过渡）：如何从方程式角度，解释原因。

生10：等质量固体可以设为m克，盐酸足量，产生的二氧化碳要根据固体计算。先把固体质量转化为物质的量。通过方程式计算可知等质量碳酸钠、碳酸氢钠固体，与足量的盐酸反应，碳酸氢钠产生气体更多。