立足化學(xué)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)探究能力

【摘 要】通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，氮?dú)?、二氧化碳均能支持鎂的燃燒，從而拓展燃燒概念，認(rèn)識(shí)到不能用鎂代替磷測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)探究 鎂帶燃燒 氮?dú)?二氧化碳

一、設(shè)計(jì)思路

以探究性學(xué)習(xí)為手段培養(yǎng)學(xué)生的探究能力是課程改革的迫切需要，也是化學(xué)學(xué)科教學(xué)特點(diǎn)的充分體現(xiàn)。通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，有利于深化學(xué)科知識(shí)，提高操作技能，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)。

在“測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實(shí)驗(yàn)中，不少學(xué)生根據(jù)“鎂能與氧氣反應(yīng)并生成固體氧化鎂”的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，誤認(rèn)為“可以使用鎂帶代替紅磷”。另外，一些選拔性試題里還經(jīng)常出現(xiàn)鎂在二氧化碳中燃燒、鎂在氮?dú)庵腥紵纫幌盗袉栴}，很多學(xué)生因?yàn)樗季S定勢(shì)的干擾，答題情況也很不理想。

綜上，筆者設(shè)計(jì)了“探究鎂帶的燃燒”這一校本課程，以幫助學(xué)生拓展燃燒的概念，認(rèn)識(shí)測(cè)量氧氣含量實(shí)驗(yàn)中耗氧物的選擇標(biāo)準(zhǔn)，體會(huì)化學(xué)物質(zhì)的特殊性和化學(xué)性質(zhì)的相對(duì)性，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、大膽探索的科學(xué)品質(zhì)。

本探究活動(dòng)以發(fā)現(xiàn)問題和解決問題為主線，以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)手操作為中心，以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為目標(biāo)，充分體現(xiàn)了探究的自主性、合作性、懸念性、生成性和實(shí)踐性。

二、學(xué)習(xí)目標(biāo)

根據(jù)新課程理念和教科書的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合所教學(xué)生的接受能力，確定本活動(dòng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)如下：①通過鎂在氮?dú)?、二氧化碳中的燃燒?shí)驗(yàn)，拓展燃燒的概念。②通過實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的基本方法。③培養(yǎng)勇于探索、敢于創(chuàng)新的思維品質(zhì)；保持學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，激發(fā)探究的欲望。

三、探究過程

師演示：鎂帶在空氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)；學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

師：我們已經(jīng)知道，鎂帶能在空氣中燃燒生成固體氧化鎂。那么，鎂帶能否用來測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)呢？鎂帶還能否在其他氣體中燃燒呢？今天我們就采用實(shí)驗(yàn)的手段，來探究與鎂帶燃燒有關(guān)的一些問題。

板書課題：探究鎂帶的燃燒。

1.發(fā)現(xiàn)問題。

師：鎂帶能否代替紅磷，用于測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)呢？

生1：完全可以使用。因?yàn)殒V帶容易燃燒，而且生成物只有固體，沒有生成氣體。

師：這個(gè)同學(xué)說得很有道理，其他同學(xué)如果沒有不同的意見，下面就利用鎂帶（化學(xué)純）代替紅磷測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

師強(qiáng)調(diào)：實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)（如實(shí)驗(yàn)前要將止水夾夾緊橡皮管，鎂帶點(diǎn)燃后伸入集氣瓶?jī)?nèi)要迅速，橡皮塞要轉(zhuǎn)動(dòng)一下以便塞緊等）。

【分組實(shí)驗(yàn)】學(xué)生按照?qǐng)D1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。主要操作：把30cm長(zhǎng)的鎂帶彎折成適宜的長(zhǎng)度后用大頭針固定在橡皮塞的反面，然后在酒精燈上將鎂帶引燃，立即伸入125ml集氣瓶?jī)?nèi)，同時(shí)塞緊橡皮塞；鎂帶燃燒結(jié)束，等到集氣瓶冷卻后打開止水夾，觀察水吸入集氣瓶的情況。教師巡視、參與、指導(dǎo)，學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和測(cè)定結(jié)果。

生2：我們觀察到鎂帶在集氣瓶?jī)?nèi)劇烈燃燒，發(fā)出強(qiáng)光，冒白煙，產(chǎn)生白色固體。

師板書：2Mg+O2 2MgO

生3：打開止水夾后水進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)，水面最終在2/5刻度處。

生4：我們小組的實(shí)驗(yàn)，倒吸的水最終在3/5刻度處。

【小結(jié)】每個(gè)小組測(cè)定的氧氣的體積分?jǐn)?shù)都大于1/5。

2.提出猜想。

師提問：為什么大家使用鎂帶代替紅磷，測(cè)量值都大于1/5呢？

生1：可能是裝置漏氣。

師反問：我們所有小組的測(cè)定結(jié)果都大于1/5，這應(yīng)該不是實(shí)驗(yàn)裝置漏氣造成的。如果不是實(shí)驗(yàn)裝置漏氣，那可能是什么原因呢？

生2：我猜是鎂帶的質(zhì)量有問題。

師釋疑：我們使用的鎂帶是正規(guī)廠家生產(chǎn)的，而且包裝盒上也有產(chǎn)品檢驗(yàn)合格的標(biāo)志。尤其是，我們剛才做鎂帶在空氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到的燃燒現(xiàn)象很正常。所以，鎂帶的質(zhì)量沒有問題。

師啟發(fā)：集氣瓶中是空氣，空氣中除了氧氣，還含有哪些氣體？

生3：主要是氮?dú)狻?/p>

生4：如果裝置氣密性好，而進(jìn)入的水又這么多，那我猜只能是鎂與空氣中的氮?dú)夥磻?yīng)了。

師點(diǎn)評(píng)并過渡：這位同學(xué)的猜想很有道理，那我們?nèi)绾巫C明這個(gè)猜想是合理的呢？

生5：想辦法弄一瓶氮?dú)鈦?，試?yàn)鎂帶能否在氮?dú)庵腥紵?/p>

師點(diǎn)評(píng)：你真了不起，這個(gè)驗(yàn)證方案切實(shí)可行。

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

師：我們的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里沒有現(xiàn)成的氮?dú)猓趺崔k？如何利用已學(xué)的知識(shí)制取少量的氮?dú)饽兀?/p>

生1：我認(rèn)為，可以利用紅磷燃燒耗盡集氣瓶?jī)?nèi)的氧氣，剩余的氣體幾乎是氮?dú)狻?/p>

師點(diǎn)評(píng)：你太有才了，這個(gè)辦法科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，可以使用。

【要求】為了防止磷燃燒污染環(huán)境，同時(shí)防止集氣瓶?jī)?nèi)的氣體受熱逸出，我們打算“先把磷密閉在集氣瓶?jī)?nèi)”，然后引燃磷。

【討論】如何采用簡(jiǎn)便的方法引燃密閉容器內(nèi)的磷。教師巡視、參與、釋疑；學(xué)生討論，組長(zhǎng)匯報(bào)結(jié)果。

生2：使用白磷，因?yàn)榘琢字瘘c(diǎn)低，容易引燃，而且耗氧徹底。

生3：可以利用凸透鏡聚光，穿透玻璃瓶壁，照射白磷，從而引燃白磷。

生4：在橡皮塞中插入一根長(zhǎng)短合適、能上下移動(dòng)的玻璃棒；將玻璃棒燒熱后，立即用橡皮塞封閉集氣瓶口，再按下玻璃棒即可引燃白磷。

師小結(jié)并過渡：同學(xué)們引燃白磷的方法新穎、巧妙、可行。下面我們一起來組裝實(shí)驗(yàn)裝置，并用它制取氮?dú)狻?/p>

【分組實(shí)驗(yàn)】大部分學(xué)生按照?qǐng)D2-a裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。主要操作：按圖裝配好實(shí)驗(yàn)用品，然后利用太陽光（或紅外燈泡）聚光照射白磷；白磷燃燒結(jié)束，等到集氣瓶冷卻后，打開止水夾放水。教師巡視、參與、指導(dǎo)、釋疑，學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

生5：白磷劇烈燃燒，瓶?jī)?nèi)充滿了濃厚的白煙；白煙是五氧化二磷的固體小顆粒。

師板書：4P+5O2 2P2O5

生6：進(jìn)入瓶?jī)?nèi)的水約占集氣瓶容積的1/5，剩余4/5的氣體幾乎都是氮?dú)狻?/p>

師：下面同學(xué)們就用自己制取的氮?dú)?，?yàn)證鎂帶能否在氮?dú)饫锶紵?/p>

【提示】另取一個(gè)大小合適的橡皮塞，把30cm長(zhǎng)的鎂帶彎折成適宜的長(zhǎng)度后，用大頭針固定在橡皮塞的反面。

【分組實(shí)驗(yàn)】學(xué)生按照?qǐng)D3裝置，驗(yàn)證鎂帶能否在氮?dú)饫锶紵?。主要操作：將鎂帶在酒精燈上引燃后，拔掉集氣瓶口上原來的橡皮塞，再迅速將燃著的鎂帶伸入集氣瓶?jī)?nèi)（鎂帶繼續(xù)燃燒使學(xué)生激動(dòng)不已）。教師巡視、參與、指導(dǎo)，學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

生7：鎂帶在氮?dú)饫飫×胰紵?，發(fā)出白光，產(chǎn)生淡黃色固體。

師：淡黃色固體叫氮化鎂。

師板書：3Mg+N2 Mg3N2

4.得出結(jié)論。

師：從鎂帶能在氮?dú)庵腥紵隳艿贸鍪裁唇Y(jié)論？

生1：測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，不能使用鎂帶。

生2：燃燒不一定要有氧氣參加；氮?dú)庠谝欢l件下也能支持燃燒。

生3：如果鎂帶失火，不能使用氮?dú)鈸錅纭?/p>

生4：在測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)時(shí)，選擇耗氧物的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是“可燃物僅與氧氣反應(yīng)且生成固體物質(zhì)”。

師：同學(xué)們的觀點(diǎn)非常正確。

5.拓展延伸。

師：性質(zhì)活潑的鎂帶還能在其他氣體中燃燒嗎？比如二氧化碳?xì)怏w。

生1：不會(huì)燃燒，因?yàn)槎趸际菧缁饎?，不能支持物質(zhì)的燃燒。

生2：可能會(huì)燃燒，因?yàn)榈獨(dú)馔ǔＲ膊荒苤?，而鎂帶卻在其中燃燒了。

師：實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的最高法庭，孰是孰非讓實(shí)驗(yàn)來說話。

【演示】教師用坩堝鉗夾持一段鎂帶在酒精燈上引燃后，迅速伸入集滿二氧化碳的集氣瓶?jī)?nèi)（鎂帶的繼續(xù)燃燒再一次使學(xué)生驚奇、驚呼）。學(xué)生觀察，并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

生3：鎂帶在二氧化碳中繼續(xù)劇烈燃燒，發(fā)出白光。

生4：集氣瓶的內(nèi)壁上有白色固體和黑色固體。

師：白色固體是氧化鎂，黑色固體是炭粒。

板書：2Mg+CO2 2MgO+C

師：由這個(gè)實(shí)驗(yàn)，你能得出哪些結(jié)論？

生5：一定條件下，二氧化碳也會(huì)支持物質(zhì)的燃燒。

生6：鎂帶廠失火，不能使用二氧化碳滅火。

生7：再一次說明，燃燒不一定要有氧氣參加。

師小結(jié)：鎂帶不僅可以在空氣中劇烈燃燒，還可以在氮?dú)?、二氧化碳中燃燒；其?shí)，任何劇烈的發(fā)光、放熱的化學(xué)反應(yīng)都屬于燃燒。

師板書：劇烈的發(fā)光、放熱的化學(xué)反應(yīng)都屬于燃燒。

6.反思與評(píng)價(jià)。

教師對(duì)學(xué)生在本次探究活動(dòng)中的出色表現(xiàn)和探究成果給予高度評(píng)價(jià)；學(xué)生對(duì)自己和同學(xué)在本次探究活動(dòng)中的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

7.表達(dá)與交流。

要求學(xué)生寫出本次探究活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并利用QQ群、博客、墻報(bào)等在同學(xué)中交流。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王金龍.探討氮化鎂的幾個(gè)問題[J].化學(xué)教學(xué)，2006（12）

[2]錢嘉樂等.空氣中鎂燃燒時(shí)白煙的成分與成因探究[J].化學(xué)教學(xué)，2012（8）

（作者單位：江蘇省徐州市第十三中學(xué)）