周愛芳
普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出:以實(shí)驗為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一,化學(xué)實(shí)驗對全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著極為重要的作用。然而完全按照課本的實(shí)驗操作未必能夠得到預(yù)期的實(shí)驗現(xiàn)象,這就需要對實(shí)驗進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),以便學(xué)生能觀察到“理論上”的實(shí)驗現(xiàn)象。
案例1金屬鈉的性質(zhì)與作用
實(shí)驗過程將一小塊金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱,觀察現(xiàn)象。
實(shí)驗現(xiàn)象鈉融化成小球,外表呈灰黑色,后破裂露出銀白色,劇烈燃燒發(fā)出黃色火焰,石棉網(wǎng)上留下一塊黑色的液斑,周圍出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)不明顯的淡黃色物質(zhì)。
分析與思考為什么觀察不到淡黃色的過氧化鈉粉末?多次實(shí)驗發(fā)現(xiàn)并不是由于表面的煤油沒有擦干凈而引起的,經(jīng)查閱資料可知是由于酒精燈燃燒產(chǎn)生的二氧化碳透過石棉網(wǎng)與鈉接觸發(fā)生了反應(yīng)置換出碳單質(zhì),所以隔絕二氧化碳與鈉的接觸是實(shí)驗的關(guān)鍵。嘗試用鋁片(可以用易拉罐的底部)置于三腳架上,先在酒精燈上加熱一小會兒,再放一小塊黃豆大小的鈉,繼續(xù)加熱,鈉融化成小球,外表呈灰黑色,后破裂露出銀白色,劇烈燃燒發(fā)出黃色火焰(一開始燃燒就移開酒精燈),燃燒結(jié)束后鋁片上留下一小堆淡黃色的固體,像一小朵盛開的小花,形狀非常漂亮。改用瓷坩堝、廢舊試管(容易破裂)、硬質(zhì)玻璃管進(jìn)行同樣的實(shí)驗,現(xiàn)象也很明顯。
案例2 氯氣的生產(chǎn)原理
實(shí)驗過程電解飽和食鹽水,按教材裝置進(jìn)行實(shí)驗。接通電源,觀察食鹽水發(fā)生的變化。通電一段時間后,將小試管套在a管上,收集U形管左端產(chǎn)生的氣體,2 min后,提起小試管,并迅速用拇指堵住試管口,移近點(diǎn)燃的酒精燈,松開拇指,檢驗收集到的氣體。
實(shí)驗現(xiàn)象U形管兩端均產(chǎn)生氣泡,但生成的氣泡很小,呈“霧狀”分布于水中,逸出速度很慢,無法收集到左端的氣體。
分析與思考為了挖掘?qū)嶒灛F(xiàn)象不明顯的原因,嘗試做以下幾個實(shí)驗:
實(shí)驗一:以鐵棒為陰極、石墨為陽極,直接插入裝有飽和食鹽水的燒杯中,發(fā)現(xiàn)兩極氣泡馬上增多。
實(shí)驗二:將陰極換用表面積大的鐵皮,生成氫氣的量就馬上增多,但生成的氣泡卻很小,呈“霧狀”分布于水中,逸出速度很慢。
實(shí)驗三:把鐵片對折,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗現(xiàn)象大有改觀,生成的氣泡比先前增大,但比較兩極后發(fā)現(xiàn),碳棒上生成的氣泡比鐵片上的大?;谝陨蠋状螌?shí)驗,得出按教材實(shí)驗收集不到氫氣的主要原因有:(1)反應(yīng)在U型管里進(jìn)行,使得離子在兩極之間遷移距離過長,造成整個電路的電阻較大,電源功率損耗大,使陰、陽兩極產(chǎn)生的氣泡較少,很難收集到足夠的氫氣。(2)用鐵棒作電極,電阻大,表面積太小,不利于氫氣的產(chǎn)生,難收集到足夠的氫氣進(jìn)行驗證實(shí)驗。
基于這些問題,對實(shí)驗進(jìn)行了一點(diǎn)改進(jìn):把U型管左端的導(dǎo)管(尖頭端)深入表面皿的肥皂水中,收集氣體,并點(diǎn)燃驗證。采用點(diǎn)燃?xì)馀莸膶?shí)驗,增加了實(shí)驗的趣味性,不僅激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)的積極性,而且培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
案例3碳酸鈉的性質(zhì)與作用
設(shè)計用氯化鈣或氯化鋇溶液鑒別碳酸鈉與碳酸氫鈉。取兩支潔凈的試管,分別加入2 mL飽和碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液,然后滴加氯化鈣溶液。
實(shí)驗現(xiàn)象兩試管內(nèi)均出現(xiàn)白色沉淀。
分析與思考常溫下,碳酸氫鈉的溶解度為9.6 g,根據(jù)c=1000ρw/M,計算得出其物質(zhì)的量濃度大于1.04 mol·L-1。取0.01 mol·L-1碳酸氫鈉溶液,c(HCO-3)=0.01 mol·L-1,根據(jù)HCO-3的水解平衡常數(shù)K=Kw/Ka1,K=2.3×10-8,得到c(OH-)=1.52×10-5 mol·L-1,c(H+)=0.658×10-9 mol·L-1,利用HCO-3的電離平衡常數(shù)Ka2=5.61×10-11,得到c(CO2-3)=8.53×10-4 mol·L-1,在此溶液中加入氯化鈣溶液要產(chǎn)生沉淀,必須c(CO2-3)×c(Ca2+)≥Ksp(CaCO3),查表Ksp(CaCO3) =4.69×10-9,c(Ca2+)≥4.69×10-9/8.53×10-4,既當(dāng)鈣離子濃度大于等于5.50×10-6 mol·L-1時產(chǎn)生沉淀。相同道理當(dāng)鋇離子濃度大于等于3.02×10-6 mol·L-1時產(chǎn)生沉淀。而實(shí)驗室所用的氯化鈣和氯化鋇溶液的濃度大多大于所需產(chǎn)生沉淀的濃度。根據(jù)以上分析可知,不能用氯化鈣和氯化鋇溶液來鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液。這與學(xué)生原有的知識產(chǎn)生了沖突,極大激起了學(xué)生探究的樂趣。
案例4常見物質(zhì)的檢驗
歸納氯離子的檢驗方法。取原溶液少許于試管中,先加硝酸銀,再滴加稀硝酸,出現(xiàn)的白色沉淀不溶解。硫酸根離子對氯離子的檢驗是否會產(chǎn)生干擾作用。
實(shí)驗過程取一直潔凈的試管,加入2 mL 0.1 mol·L-1的硝酸銀,再滴加硫酸鈉溶液,然后滴加稀硝酸(注:實(shí)驗過程配置溶液,清洗膠頭滴管等必須用蒸餾水,以防自來水中的氯離子對實(shí)驗現(xiàn)象產(chǎn)生干擾)。
實(shí)驗現(xiàn)象滴加硫酸鈉溶液,出現(xiàn)白色沉淀,滴加稀硝酸后沉淀溶解。
分析與思考在中學(xué)階段,由于知識的局限,我們經(jīng)常強(qiáng)調(diào)硫酸是強(qiáng)酸,在水中完全電離,然而這個說法是不正確的。硫酸的第一步電離的確是完全的,但是第二步硫酸氫根的電離不完全,硫酸氫根只是一個比較強(qiáng)的弱酸,其第二步電離是可逆的,也就是說硫酸根可以與氫離子結(jié)合,生成硫酸氫根這種弱電解質(zhì)。硫酸銀會與硝酸發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成易溶于水的硫酸氫鹽。
Ag2SO42Ag++SO2-4
+
HNO3NO-3 + H+
HSO-4
只要?dú)潆x子濃度足夠大,硫酸銀肯定會溶解。
(收稿日期:2014-02-10)
普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出:以實(shí)驗為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一,化學(xué)實(shí)驗對全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著極為重要的作用。然而完全按照課本的實(shí)驗操作未必能夠得到預(yù)期的實(shí)驗現(xiàn)象,這就需要對實(shí)驗進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),以便學(xué)生能觀察到“理論上”的實(shí)驗現(xiàn)象。
案例1金屬鈉的性質(zhì)與作用
實(shí)驗過程將一小塊金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱,觀察現(xiàn)象。
實(shí)驗現(xiàn)象鈉融化成小球,外表呈灰黑色,后破裂露出銀白色,劇烈燃燒發(fā)出黃色火焰,石棉網(wǎng)上留下一塊黑色的液斑,周圍出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)不明顯的淡黃色物質(zhì)。
分析與思考為什么觀察不到淡黃色的過氧化鈉粉末?多次實(shí)驗發(fā)現(xiàn)并不是由于表面的煤油沒有擦干凈而引起的,經(jīng)查閱資料可知是由于酒精燈燃燒產(chǎn)生的二氧化碳透過石棉網(wǎng)與鈉接觸發(fā)生了反應(yīng)置換出碳單質(zhì),所以隔絕二氧化碳與鈉的接觸是實(shí)驗的關(guān)鍵。嘗試用鋁片(可以用易拉罐的底部)置于三腳架上,先在酒精燈上加熱一小會兒,再放一小塊黃豆大小的鈉,繼續(xù)加熱,鈉融化成小球,外表呈灰黑色,后破裂露出銀白色,劇烈燃燒發(fā)出黃色火焰(一開始燃燒就移開酒精燈),燃燒結(jié)束后鋁片上留下一小堆淡黃色的固體,像一小朵盛開的小花,形狀非常漂亮。改用瓷坩堝、廢舊試管(容易破裂)、硬質(zhì)玻璃管進(jìn)行同樣的實(shí)驗,現(xiàn)象也很明顯。
案例2 氯氣的生產(chǎn)原理
實(shí)驗過程電解飽和食鹽水,按教材裝置進(jìn)行實(shí)驗。接通電源,觀察食鹽水發(fā)生的變化。通電一段時間后,將小試管套在a管上,收集U形管左端產(chǎn)生的氣體,2 min后,提起小試管,并迅速用拇指堵住試管口,移近點(diǎn)燃的酒精燈,松開拇指,檢驗收集到的氣體。
實(shí)驗現(xiàn)象U形管兩端均產(chǎn)生氣泡,但生成的氣泡很小,呈“霧狀”分布于水中,逸出速度很慢,無法收集到左端的氣體。
分析與思考為了挖掘?qū)嶒灛F(xiàn)象不明顯的原因,嘗試做以下幾個實(shí)驗:
實(shí)驗一:以鐵棒為陰極、石墨為陽極,直接插入裝有飽和食鹽水的燒杯中,發(fā)現(xiàn)兩極氣泡馬上增多。
實(shí)驗二:將陰極換用表面積大的鐵皮,生成氫氣的量就馬上增多,但生成的氣泡卻很小,呈“霧狀”分布于水中,逸出速度很慢。
實(shí)驗三:把鐵片對折,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗現(xiàn)象大有改觀,生成的氣泡比先前增大,但比較兩極后發(fā)現(xiàn),碳棒上生成的氣泡比鐵片上的大?;谝陨蠋状螌?shí)驗,得出按教材實(shí)驗收集不到氫氣的主要原因有:(1)反應(yīng)在U型管里進(jìn)行,使得離子在兩極之間遷移距離過長,造成整個電路的電阻較大,電源功率損耗大,使陰、陽兩極產(chǎn)生的氣泡較少,很難收集到足夠的氫氣。(2)用鐵棒作電極,電阻大,表面積太小,不利于氫氣的產(chǎn)生,難收集到足夠的氫氣進(jìn)行驗證實(shí)驗。
基于這些問題,對實(shí)驗進(jìn)行了一點(diǎn)改進(jìn):把U型管左端的導(dǎo)管(尖頭端)深入表面皿的肥皂水中,收集氣體,并點(diǎn)燃驗證。采用點(diǎn)燃?xì)馀莸膶?shí)驗,增加了實(shí)驗的趣味性,不僅激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)的積極性,而且培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
案例3碳酸鈉的性質(zhì)與作用
設(shè)計用氯化鈣或氯化鋇溶液鑒別碳酸鈉與碳酸氫鈉。取兩支潔凈的試管,分別加入2 mL飽和碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液,然后滴加氯化鈣溶液。
實(shí)驗現(xiàn)象兩試管內(nèi)均出現(xiàn)白色沉淀。
分析與思考常溫下,碳酸氫鈉的溶解度為9.6 g,根據(jù)c=1000ρw/M,計算得出其物質(zhì)的量濃度大于1.04 mol·L-1。取0.01 mol·L-1碳酸氫鈉溶液,c(HCO-3)=0.01 mol·L-1,根據(jù)HCO-3的水解平衡常數(shù)K=Kw/Ka1,K=2.3×10-8,得到c(OH-)=1.52×10-5 mol·L-1,c(H+)=0.658×10-9 mol·L-1,利用HCO-3的電離平衡常數(shù)Ka2=5.61×10-11,得到c(CO2-3)=8.53×10-4 mol·L-1,在此溶液中加入氯化鈣溶液要產(chǎn)生沉淀,必須c(CO2-3)×c(Ca2+)≥Ksp(CaCO3),查表Ksp(CaCO3) =4.69×10-9,c(Ca2+)≥4.69×10-9/8.53×10-4,既當(dāng)鈣離子濃度大于等于5.50×10-6 mol·L-1時產(chǎn)生沉淀。相同道理當(dāng)鋇離子濃度大于等于3.02×10-6 mol·L-1時產(chǎn)生沉淀。而實(shí)驗室所用的氯化鈣和氯化鋇溶液的濃度大多大于所需產(chǎn)生沉淀的濃度。根據(jù)以上分析可知,不能用氯化鈣和氯化鋇溶液來鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液。這與學(xué)生原有的知識產(chǎn)生了沖突,極大激起了學(xué)生探究的樂趣。
案例4常見物質(zhì)的檢驗
歸納氯離子的檢驗方法。取原溶液少許于試管中,先加硝酸銀,再滴加稀硝酸,出現(xiàn)的白色沉淀不溶解。硫酸根離子對氯離子的檢驗是否會產(chǎn)生干擾作用。
實(shí)驗過程取一直潔凈的試管,加入2 mL 0.1 mol·L-1的硝酸銀,再滴加硫酸鈉溶液,然后滴加稀硝酸(注:實(shí)驗過程配置溶液,清洗膠頭滴管等必須用蒸餾水,以防自來水中的氯離子對實(shí)驗現(xiàn)象產(chǎn)生干擾)。
實(shí)驗現(xiàn)象滴加硫酸鈉溶液,出現(xiàn)白色沉淀,滴加稀硝酸后沉淀溶解。
分析與思考在中學(xué)階段,由于知識的局限,我們經(jīng)常強(qiáng)調(diào)硫酸是強(qiáng)酸,在水中完全電離,然而這個說法是不正確的。硫酸的第一步電離的確是完全的,但是第二步硫酸氫根的電離不完全,硫酸氫根只是一個比較強(qiáng)的弱酸,其第二步電離是可逆的,也就是說硫酸根可以與氫離子結(jié)合,生成硫酸氫根這種弱電解質(zhì)。硫酸銀會與硝酸發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成易溶于水的硫酸氫鹽。
Ag2SO42Ag++SO2-4
+
HNO3NO-3 + H+
HSO-4
只要?dú)潆x子濃度足夠大,硫酸銀肯定會溶解。
(收稿日期:2014-02-10)
普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出:以實(shí)驗為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一,化學(xué)實(shí)驗對全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著極為重要的作用。然而完全按照課本的實(shí)驗操作未必能夠得到預(yù)期的實(shí)驗現(xiàn)象,這就需要對實(shí)驗進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),以便學(xué)生能觀察到“理論上”的實(shí)驗現(xiàn)象。
案例1金屬鈉的性質(zhì)與作用
實(shí)驗過程將一小塊金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱,觀察現(xiàn)象。
實(shí)驗現(xiàn)象鈉融化成小球,外表呈灰黑色,后破裂露出銀白色,劇烈燃燒發(fā)出黃色火焰,石棉網(wǎng)上留下一塊黑色的液斑,周圍出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)不明顯的淡黃色物質(zhì)。
分析與思考為什么觀察不到淡黃色的過氧化鈉粉末?多次實(shí)驗發(fā)現(xiàn)并不是由于表面的煤油沒有擦干凈而引起的,經(jīng)查閱資料可知是由于酒精燈燃燒產(chǎn)生的二氧化碳透過石棉網(wǎng)與鈉接觸發(fā)生了反應(yīng)置換出碳單質(zhì),所以隔絕二氧化碳與鈉的接觸是實(shí)驗的關(guān)鍵。嘗試用鋁片(可以用易拉罐的底部)置于三腳架上,先在酒精燈上加熱一小會兒,再放一小塊黃豆大小的鈉,繼續(xù)加熱,鈉融化成小球,外表呈灰黑色,后破裂露出銀白色,劇烈燃燒發(fā)出黃色火焰(一開始燃燒就移開酒精燈),燃燒結(jié)束后鋁片上留下一小堆淡黃色的固體,像一小朵盛開的小花,形狀非常漂亮。改用瓷坩堝、廢舊試管(容易破裂)、硬質(zhì)玻璃管進(jìn)行同樣的實(shí)驗,現(xiàn)象也很明顯。
案例2 氯氣的生產(chǎn)原理
實(shí)驗過程電解飽和食鹽水,按教材裝置進(jìn)行實(shí)驗。接通電源,觀察食鹽水發(fā)生的變化。通電一段時間后,將小試管套在a管上,收集U形管左端產(chǎn)生的氣體,2 min后,提起小試管,并迅速用拇指堵住試管口,移近點(diǎn)燃的酒精燈,松開拇指,檢驗收集到的氣體。
實(shí)驗現(xiàn)象U形管兩端均產(chǎn)生氣泡,但生成的氣泡很小,呈“霧狀”分布于水中,逸出速度很慢,無法收集到左端的氣體。
分析與思考為了挖掘?qū)嶒灛F(xiàn)象不明顯的原因,嘗試做以下幾個實(shí)驗:
實(shí)驗一:以鐵棒為陰極、石墨為陽極,直接插入裝有飽和食鹽水的燒杯中,發(fā)現(xiàn)兩極氣泡馬上增多。
實(shí)驗二:將陰極換用表面積大的鐵皮,生成氫氣的量就馬上增多,但生成的氣泡卻很小,呈“霧狀”分布于水中,逸出速度很慢。
實(shí)驗三:把鐵片對折,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗現(xiàn)象大有改觀,生成的氣泡比先前增大,但比較兩極后發(fā)現(xiàn),碳棒上生成的氣泡比鐵片上的大?;谝陨蠋状螌?shí)驗,得出按教材實(shí)驗收集不到氫氣的主要原因有:(1)反應(yīng)在U型管里進(jìn)行,使得離子在兩極之間遷移距離過長,造成整個電路的電阻較大,電源功率損耗大,使陰、陽兩極產(chǎn)生的氣泡較少,很難收集到足夠的氫氣。(2)用鐵棒作電極,電阻大,表面積太小,不利于氫氣的產(chǎn)生,難收集到足夠的氫氣進(jìn)行驗證實(shí)驗。
基于這些問題,對實(shí)驗進(jìn)行了一點(diǎn)改進(jìn):把U型管左端的導(dǎo)管(尖頭端)深入表面皿的肥皂水中,收集氣體,并點(diǎn)燃驗證。采用點(diǎn)燃?xì)馀莸膶?shí)驗,增加了實(shí)驗的趣味性,不僅激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)的積極性,而且培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
案例3碳酸鈉的性質(zhì)與作用
設(shè)計用氯化鈣或氯化鋇溶液鑒別碳酸鈉與碳酸氫鈉。取兩支潔凈的試管,分別加入2 mL飽和碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液,然后滴加氯化鈣溶液。
實(shí)驗現(xiàn)象兩試管內(nèi)均出現(xiàn)白色沉淀。
分析與思考常溫下,碳酸氫鈉的溶解度為9.6 g,根據(jù)c=1000ρw/M,計算得出其物質(zhì)的量濃度大于1.04 mol·L-1。取0.01 mol·L-1碳酸氫鈉溶液,c(HCO-3)=0.01 mol·L-1,根據(jù)HCO-3的水解平衡常數(shù)K=Kw/Ka1,K=2.3×10-8,得到c(OH-)=1.52×10-5 mol·L-1,c(H+)=0.658×10-9 mol·L-1,利用HCO-3的電離平衡常數(shù)Ka2=5.61×10-11,得到c(CO2-3)=8.53×10-4 mol·L-1,在此溶液中加入氯化鈣溶液要產(chǎn)生沉淀,必須c(CO2-3)×c(Ca2+)≥Ksp(CaCO3),查表Ksp(CaCO3) =4.69×10-9,c(Ca2+)≥4.69×10-9/8.53×10-4,既當(dāng)鈣離子濃度大于等于5.50×10-6 mol·L-1時產(chǎn)生沉淀。相同道理當(dāng)鋇離子濃度大于等于3.02×10-6 mol·L-1時產(chǎn)生沉淀。而實(shí)驗室所用的氯化鈣和氯化鋇溶液的濃度大多大于所需產(chǎn)生沉淀的濃度。根據(jù)以上分析可知,不能用氯化鈣和氯化鋇溶液來鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液。這與學(xué)生原有的知識產(chǎn)生了沖突,極大激起了學(xué)生探究的樂趣。
案例4常見物質(zhì)的檢驗
歸納氯離子的檢驗方法。取原溶液少許于試管中,先加硝酸銀,再滴加稀硝酸,出現(xiàn)的白色沉淀不溶解。硫酸根離子對氯離子的檢驗是否會產(chǎn)生干擾作用。
實(shí)驗過程取一直潔凈的試管,加入2 mL 0.1 mol·L-1的硝酸銀,再滴加硫酸鈉溶液,然后滴加稀硝酸(注:實(shí)驗過程配置溶液,清洗膠頭滴管等必須用蒸餾水,以防自來水中的氯離子對實(shí)驗現(xiàn)象產(chǎn)生干擾)。
實(shí)驗現(xiàn)象滴加硫酸鈉溶液,出現(xiàn)白色沉淀,滴加稀硝酸后沉淀溶解。
分析與思考在中學(xué)階段,由于知識的局限,我們經(jīng)常強(qiáng)調(diào)硫酸是強(qiáng)酸,在水中完全電離,然而這個說法是不正確的。硫酸的第一步電離的確是完全的,但是第二步硫酸氫根的電離不完全,硫酸氫根只是一個比較強(qiáng)的弱酸,其第二步電離是可逆的,也就是說硫酸根可以與氫離子結(jié)合,生成硫酸氫根這種弱電解質(zhì)。硫酸銀會與硝酸發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成易溶于水的硫酸氫鹽。
Ag2SO42Ag++SO2-4
+
HNO3NO-3 + H+
HSO-4
只要?dú)潆x子濃度足夠大,硫酸銀肯定會溶解。
(收稿日期:2014-02-10)