銹鐵釘與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)現(xiàn)象的探究

一、探究性學(xué)習(xí)課題建立的背景

在化學(xué)課程教學(xué)中，進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，完善學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)具有重要意義。

第9章酸堿鹽學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生遇到這樣一道題目，將生銹的鐵釘投入裝有足量稀鹽酸（稀硫酸）的試管中，觀察到的現(xiàn)象是：鐵銹逐漸溶解，溶液由無(wú)色變?yōu)辄S色，過(guò)一會(huì)兒鐵釘表面有氣泡冒出，溶液最后變成淡綠色。學(xué)生在接觸這個(gè)問(wèn)題時(shí)，提出了質(zhì)疑：

1.在演示實(shí)驗(yàn)中，并未觀察到溶液最后呈淺綠色，而是黃色。

2.從理論上分析，當(dāng)稀鹽酸（稀硫酸）與銹鐵釘完全反應(yīng)后，溶液中既有Fe，也有Fe。

FeO+6HCl＝2FeCl+3HO

FeO+3HSO＝Fe（SO）+3HO

當(dāng)鐵銹溶解后，又會(huì)發(fā)生反應(yīng)：

Fe+2HCl＝FeCl+H↑

Fe+HSO＝FeSO+H↑

溶液最后到底顯什么顏色？

我將這個(gè)問(wèn)題交給化學(xué)課外興趣小組的學(xué)生去探究，要他們將上述問(wèn)題設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)，親自動(dòng)手做一下，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并認(rèn)真做好記錄。

二、探究性學(xué)習(xí)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

化學(xué)興趣小組活動(dòng)時(shí)間，我將興趣小組的學(xué)生帶到化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，首先要他們自己配制1∶3的稀鹽酸和1∶5的稀硫酸，然后做生銹鐵釘與稀鹽酸、稀硫酸的反應(yīng)，并進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)中觀察到，鐵釘與稀鹽酸反應(yīng)時(shí)，溶液很快（數(shù)秒后）變成黃色，鐵銹緩慢溶解，待鐵銹溶解后，鐵釘表面先有少量細(xì)小氣泡緩慢冒出，然后逐漸變多變快；生銹鐵釘投入稀硫酸中，很快就觀察到鐵釘表面有氣泡（鐵銹未全部溶解），振蕩試管，鐵銹很快脫落，沉至管底，鐵釘表面氣泡變多變快，但溶液顏色變化不明顯，顯非常淺的黃色，反應(yīng)一個(gè)多小時(shí)后，兩支試管中鐵釘表面仍在不斷地快速冒氣泡，但顏色均未變?yōu)闇\綠色。我要求學(xué)生將試管放在試管架上，等第二天早上再來(lái)觀察溶液顏色是否仍顯黃色。

第二天早上，學(xué)生迫不及待走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室觀察時(shí)，溶液已都變成非常淺的綠色，鐵釘表面仍有少量氣泡冒出，他們又驚奇地發(fā)現(xiàn)：放在稀硫酸中的鐵釘表面附著許多淺綠色的透明晶體，兩支試管上端液面上飄浮了一層黑色絲狀物，且溶液中也有黑色絲狀物在上下游動(dòng)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和觀察，學(xué)生有了初步認(rèn)識(shí)：

（1）銹鐵釘與稀鹽酸（或稀硫酸）反應(yīng)，最后都能得到淺綠色的（Fe）溶液，但需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

（2）去銹速度稀硫酸要比稀鹽酸快得多，所以在除去鐵銹時(shí)，用稀硫酸更好。

那么，第（2）認(rèn)識(shí)是否具有科學(xué)性呢？

在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生又有新的問(wèn)題產(chǎn)生了：

（1）溶液中的Fe哪里去了？

（2）銹鐵釘與稀硫酸反應(yīng)，鐵釘表面的晶體是什么物質(zhì)？為什么會(huì)形成晶體？

（3）黑色絲狀物是什么？

這些新的問(wèn)題還有待進(jìn)一步探究，我鼓勵(lì)學(xué)生查找資料，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)探究。

2.查找資料，分析原因，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證推測(cè)。

興趣小組經(jīng)查找資料，再次實(shí)驗(yàn)，小組討論后發(fā)現(xiàn)：

（1）Fe失蹤的原因?yàn)椋?/p>

2Fe+Fe＝3Fe

即溶液中的Fe都被Fe還原成Fe，故溶液中最后沒(méi)有Fe，只有Fe，因此顯淺綠色，并了解到Fe不穩(wěn)定，容易被空氣中的O氧化成Fe，故要保存Fe的水溶液，應(yīng)在Fe溶液中放一根鐵釘。

（2）生成綠色晶體的現(xiàn)象，未能在資料中找到，但得知硫酸亞鐵晶體（FeSO·7HO）是綠色的，故推測(cè)很可能是硫酸亞鐵晶體，并設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：將鐵釘取出，用蒸餾水將表面沖洗數(shù)次，除去表面帶出的溶液，然后刮下晶體，加水溶解，將所得試液分成兩份，向其中一份中加少量Ba（NO）溶液和足量稀硝酸，發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，證明晶體中有SO存在；向另一份中加入NaOH溶液，有淺灰綠色沉淀生成，將沉淀倒在濾紙上（目的是增大沉淀與空氣中O的接觸面積），沉淀立即變成紅褐色（因Fe遇O會(huì)生成Fe），故證明晶體里有Fe。其形成晶體的原因應(yīng)是生成的FeSO超過(guò)了試管中的水的最大溶解能力，故而結(jié)晶析出。

（3）黑色絲狀物未能找到解答，但推測(cè)可能是碳，因?yàn)殍F釘主要成分是鋼，鋼中含有0.03%—2%的碳，并設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：將溶液過(guò)濾，在濾紙上得到黑色絲狀物，洗滌后將它轉(zhuǎn)移到坩堝中加熱，絲狀物消失，說(shuō)明它應(yīng)能與空氣中的O反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成了氣體。由于黑色絲狀物量很少，加上學(xué)生初學(xué)化學(xué)，畢竟知識(shí)有限，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室也沒(méi)有精密儀器，故只能作出上述驗(yàn)證。

（4）稀硫酸（1∶5）是否比稀鹽酸（1∶3）除銹效果好呢？我提示學(xué)生要比較優(yōu)劣，必須在條件大致相同的情況下進(jìn)行，首先要計(jì)算出兩種稀溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。同學(xué)們很快算出稀硫酸（1∶5）含HSO為26.4%，稀鹽酸（1∶3）中含HCl10.7%，并立即明白稀HSO中含溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，標(biāo)準(zhǔn)不一致，還不能作出判斷哪個(gè)除銹效果更好。并設(shè)計(jì)了如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)：20%稀HSO、15%稀HSO、10%稀HSO、10%稀HCl分別與生銹鐵釘反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)幾種稀HSO的除銹速度明顯比稀HCl要快，且以15%稀HSO除銹速度最快，效果最好。自此得出結(jié)論：除鐵銹稀HSO比稀HCl效果好，且以15%稀HSO效果最佳。

至此，學(xué)生通過(guò)親身實(shí)踐，對(duì)原來(lái)的疑問(wèn)就一清二楚了。

三、探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的評(píng)價(jià)和體會(huì)

1.評(píng)價(jià)。

（1）評(píng)價(jià)方式

階段評(píng)價(jià)與綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合；打分與語(yǔ)言評(píng)價(jià)相結(jié)合；學(xué)生評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)相結(jié)合。教師評(píng)價(jià)必須以科學(xué)的理論做指導(dǎo)，講求科學(xué)的方法與策略。科學(xué)而又合理的評(píng)價(jià)能對(duì)學(xué)生產(chǎn)生積極心理影響，學(xué)生就如一部“發(fā)動(dòng)機(jī)”，借助合理的評(píng)價(jià)去啟動(dòng)它，就可以拉動(dòng)探究的“鏈條”，旋轉(zhuǎn)思維的“齒輪”，扳動(dòng)能力的“杠桿”，使他們各方面都激活起來(lái)，從而形成更好的探究策略。要特別注重學(xué)生間的相互評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)，讓評(píng)價(jià)成為促進(jìn)學(xué)生主體意識(shí)形成，質(zhì)疑解疑能力提高的活動(dòng)，使學(xué)生在評(píng)價(jià)中為自己的學(xué)習(xí)主動(dòng)承擔(dān)責(zé)任，在評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，并不斷探究新問(wèn)題。

（2）評(píng)價(jià)范圍

①觀察發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能力。②操作能力。③語(yǔ)言表達(dá)能力。④合作品質(zhì)。⑤克服困難的品質(zhì)。

2.體會(huì)。

縱觀整個(gè)探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的全過(guò)程，由于實(shí)驗(yàn)室條件有限、學(xué)生知識(shí)層次較低等因素，本節(jié)課題探究還存在著有待完善的地方，或許有的結(jié)論還不夠完整，存在一些錯(cuò)誤，但筆者認(rèn)為作為活動(dòng)的主體，學(xué)生的收獲遠(yuǎn)大于存在的不足。

1.要進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，必須多渠道（圖書(shū)館、資料室、互聯(lián)網(wǎng)等）獲取信息，在不知不覺(jué)中學(xué)生的知識(shí)面就擴(kuò)大了，隨著知識(shí)面的擴(kuò)大，新的問(wèn)題也就不斷形成，無(wú)形中就培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探索問(wèn)題的能力。

2.探究性學(xué)習(xí)，離不開(kāi)觀察和實(shí)踐，必須運(yùn)用已有知識(shí)來(lái)獲取信息、分析信息、提煉信息。探究性學(xué)習(xí)的過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生觀察和實(shí)踐能力的過(guò)程，是消化、鞏固、掌握已學(xué)知識(shí)的過(guò)程，從而提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3.探究性學(xué)習(xí)，不是完全個(gè)人活動(dòng)，更多的是群體活動(dòng)，這就養(yǎng)成了學(xué)生的合作習(xí)慣，營(yíng)造了團(tuán)結(jié)協(xié)作的氛圍，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.要探究，還離不開(kāi)討論、交流，所以在探究性學(xué)習(xí)中，能提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力，并使學(xué)生逐步養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

顯然，探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的開(kāi)展，對(duì)學(xué)生的能力、情感、科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)是傳統(tǒng)教學(xué)模式所無(wú)法達(dá)到的。廣大教師應(yīng)積極響應(yīng)，正確地對(duì)學(xué)生加以引導(dǎo)，積極地開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)，真正投身于基礎(chǔ)教育課程改革中去，讓更多的學(xué)生獲益。