“探究濃硫酸與飽和氯化鈉溶液反應(yīng)”教學(xué)設(shè)計(jì)

夏時(shí)君 吳孫富

（1 深圳市新安中學(xué) 廣東 深圳 518101；2 當(dāng)陽(yáng)市第二高級(jí)中學(xué) 湖北 當(dāng)陽(yáng) 444100）

一、教案設(shè)計(jì)思想

課程改革以來(lái)，老師們都在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)方面進(jìn)行著有益的嘗試，有許多老師在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)方面取得了豐碩的研究成果。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)方面，老師們一般都存在著這樣一個(gè)共同的困惑：學(xué)生在研究性學(xué)習(xí)中一般都可以在教材和資料中找到探究課題的現(xiàn)成答案，研究而又有現(xiàn)成的答案， 這就會(huì)使研究性學(xué)習(xí)的科研性大打折扣。筆者撰寫(xiě)此教案的目的就是要突破此困惑，努力讓學(xué)生在具有首創(chuàng)性科研特點(diǎn)的情境中用中學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)研究解決在學(xué)習(xí)中遇到的疑難問(wèn)題。通過(guò)此類(lèi)具有首創(chuàng)性科研特點(diǎn)的研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)，既可以充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)科學(xué)的濃厚興趣，又可以讓學(xué)生真實(shí)地體驗(yàn)科學(xué)研究的基本過(guò)程。

二、教學(xué)目標(biāo)

1．知識(shí)與技能

（1）深入理解濃硫酸吸水性的含義，掌握用濃硫酸吸水或干燥的常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)方案。

（2）深化對(duì)溶解度的理解，能用溶解度知識(shí)研究揭示濃硫酸與飽和氯化鈉溶液反應(yīng)的基本原理。

2．過(guò)程與方法

（1）用中學(xué)化學(xué)中的基礎(chǔ)知識(shí)，探究一個(gè)被誤解的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——飽和氯化鈉溶液與濃硫酸作用的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（2）在老師的引導(dǎo)下，就實(shí)驗(yàn)中存在認(rèn)知沖突的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，揭示出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中蘊(yùn)含的科學(xué)真諦，初步了解科學(xué)研究的基本過(guò)程。

3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)

用所學(xué)的知識(shí)研究解決一個(gè)被誤解的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)運(yùn)用理論解決實(shí)際問(wèn)題的研究性學(xué)習(xí)，感受科學(xué)研究的艱辛過(guò)程、享受科學(xué)研究的成功樂(lè)趣，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)科學(xué)的濃厚興趣。

三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：濃硫酸的吸水性，溶解度的應(yīng)用，科學(xué)研究方法

難點(diǎn)：科學(xué)研究方法

四、教學(xué)過(guò)程

1．提出研究課題

［問(wèn)題的提出］可能有部分同學(xué)做過(guò)如下一道練習(xí)題，不論做過(guò)與否，請(qǐng)同學(xué)們?cè)僮鲆槐椋ㄍ队傲?xí)題題目、學(xué)生解答）：

如圖所示，把盛有3mL 飽和氯化鈉溶液的試管小心地放入盛有碳酸飲料（溫度為20℃）的燒杯中，然后用膠頭滴管向試管中滴加1mL 濃硫酸。

請(qǐng)回答問(wèn)題：

（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀(guān)察到的現(xiàn)象是 ______________，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是_______________________________________________________________。

（2）試管內(nèi)斷裂的化學(xué)鍵類(lèi)型是 ___ ，形成的化學(xué)鍵類(lèi)型是 ____ 。

（3）寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________

［教師要求］請(qǐng)同學(xué)們舉手回答解答的答案，并讓其他同學(xué)參與質(zhì)疑討論。

［學(xué)生回答］預(yù)設(shè)：同學(xué)可能會(huì)得出與參考答案一致的結(jié)論（參看答案投影），也可能會(huì)有同學(xué)對(duì)濃硫酸的吸水性及析出NaCl 晶體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象存在不同意見(jiàn)。若有同學(xué)存在不同意見(jiàn)，則順著學(xué)生思路提出本節(jié)課課題；若學(xué)生都沒(méi)有不同意見(jiàn)，則教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析后提出本節(jié)課課題。

［答案投影］有關(guān)資料給此題各空提供的參考答案如下：

（1）燒杯中逸出大量氣體，試管內(nèi)有晶體析出，濃硫酸溶解放出大量的熱， 導(dǎo)致燒杯中飲料的溫度升高，促使碳酸分解產(chǎn)生二氧化碳；濃硫酸具有吸水性，小試管內(nèi)析出NaCl 晶體。

（2）共價(jià)鍵，離子鍵。

［板書(shū)］課題： 探究濃硫酸與飽和氯化鈉溶液反應(yīng)

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生思考質(zhì)疑，讓學(xué)生在質(zhì)疑中突破思維定勢(shì)，并在突破思維定勢(shì)的過(guò)程中發(fā)掘出研究性學(xué)習(xí)的課題。

2．深入探析濃硫酸的吸水性

［演示實(shí)驗(yàn)一］向?qū)W生展示試劑：一是內(nèi)含氯化鈉晶體的飽和氯化鈉溶液，二是98%的濃硫酸。用一只中號(hào)試管取3．0mL 飽和氯化鈉溶液，用滴管向試管內(nèi)逐滴加入濃硫酸。加入2 滴時(shí)，溶液開(kāi)始局部變渾濁，共加入20 滴（約1mL）時(shí)，溶液呈渾濁，試管壁有點(diǎn)燙。用橡皮塞密封試管，振蕩、靜置試管，冷卻到室溫，試管內(nèi)有大量的無(wú)色晶體，晶體覆蓋了試管底部。

［教師提問(wèn)］由這個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，同學(xué)們可以得出什么結(jié)論？ 請(qǐng)同學(xué)們討論。

［學(xué)生回答］預(yù)設(shè)：同學(xué)們一般會(huì)依據(jù)該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，認(rèn)同上述練習(xí)題的參考答案。

［教師置疑］同學(xué)們（或者說(shuō)多數(shù)同學(xué)）根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象得出了試管中生成了氯化鈉晶體的結(jié)論，得出了生成氯化鈉晶體的原因是濃硫酸吸收了飽和氯化鈉溶液中水分的結(jié)論。這兩個(gè)結(jié)論正確嗎？（預(yù)計(jì)大多數(shù)甚至全體同學(xué)會(huì)說(shuō)“正確”）。請(qǐng)同學(xué)們觀(guān)察下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。

［演示實(shí)驗(yàn)二］向?qū)W生展示一瓶?jī)?nèi)含氯化銨晶體的飽和氯化銨溶液，振蕩試劑瓶后靜置，瓶?jī)?nèi)的氯化銨晶體不變（說(shuō)明該溶液確實(shí)飽和）。用一只中號(hào)試管取3．0mL 飽和氯化銨溶液，用滴管向試管內(nèi)逐滴加入與實(shí)驗(yàn)一中相同的濃硫酸。加入到20 滴（約1mL）時(shí)，溶液不變渾濁，試管壁有點(diǎn)燙。用橡皮塞密封試管，振蕩、靜置試管，冷卻到室溫，試管內(nèi)仍然無(wú)晶體。

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)置認(rèn)知沖突，引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望。

［教師進(jìn)一步置疑］在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，試管中沒(méi)有生成氯化銨晶體，這是不是說(shuō)明濃硫酸沒(méi)有吸水性呀？

［置疑結(jié)果預(yù)設(shè)］對(duì)比兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的試劑、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同學(xué)們一定感到非常奇怪，探究興趣由此被激發(fā)。

［教師引導(dǎo)］如果說(shuō)實(shí)驗(yàn)一中生成了氯化鈉晶體，且生成氯化鈉晶體的原因是濃硫酸吸水的話(huà)，則實(shí)驗(yàn)二必然會(huì)同理生成氯化銨晶體。既然實(shí)驗(yàn)二沒(méi)有生成氯化銨晶體，則同學(xué)們據(jù)實(shí)驗(yàn)一中的現(xiàn)象所得出的兩個(gè)結(jié)論（生成NaCl 晶體、濃硫酸吸水）就值得商榷了。

［演示實(shí)驗(yàn)三］向同學(xué)們展示干燥器，說(shuō)明干燥器的結(jié)構(gòu)、功能和實(shí)驗(yàn)操作方法。用一只50mL 的小燒杯取25mL 濃硫酸置于干燥器內(nèi)， 另用兩只50mL 的小燒杯分別取5mL 飽和氯化鈉溶液、5mL 飽和氯化銨溶液置于干燥器內(nèi)。密封干燥器。

［教師提問(wèn)］同學(xué)們預(yù)想一下，過(guò)一段時(shí)間后，干燥器內(nèi)的三只小燒杯中分別會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 為什么？ 我們待會(huì)兒觀(guān)察該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

［學(xué)生回答］預(yù)設(shè)：濃硫酸的體積（或質(zhì)量）會(huì)增大，另外兩只小燒杯內(nèi)的溶液會(huì)減少，并分別析出氯化鈉晶體、氯化銨晶體。原因是濃硫酸吸收了飽和氯化鈉溶液和飽和氯化銨溶液揮發(fā)出的水分。

［教師提問(wèn)］請(qǐng)同學(xué)們將實(shí)驗(yàn)三與實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二比較一下， 實(shí)驗(yàn)三中的濃硫酸存在于小燒杯內(nèi)，實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二中的試管內(nèi)有濃硫酸嗎？ 為什么？

［學(xué)生討論回答］預(yù)設(shè)：實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二中的試管內(nèi)沒(méi)有濃硫酸，因?yàn)闈饬蛩峒尤胨芤汉缶托纬苫旌衔锉幌♂屃恕?/p>

［板書(shū)］加入到溶液中的濃硫酸不再是濃硫酸，沒(méi)有濃硫酸就沒(méi)有濃硫酸的吸水性。

［教師提問(wèn)］濃硫酸具有吸水性，實(shí)驗(yàn)室常用濃硫酸吸收氣體、液體、固體中的水分，請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明用濃硫酸吸收氣體、液體、固體中水分時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作方法。

［學(xué)生回答］預(yù)設(shè)： 用濃硫酸吸收氣體中的水分時(shí)，將氣體通過(guò)裝有濃硫酸的洗氣瓶。用濃硫酸吸收液體、固體中的水分時(shí)，將液體或固體裝在一個(gè)燒杯中，將濃硫酸裝在另一個(gè)燒杯里，將濃硫酸與液體或固體同時(shí)裝入干燥器內(nèi)密封吸水。

［教師提問(wèn)］濃硫酸能無(wú)限制的吸水嗎？

［學(xué)生回答］預(yù)設(shè)：不能。濃硫酸吸水到一定程度就會(huì)因?yàn)槲♂尪荒茉傥恕?/p>

［教師引導(dǎo)提問(wèn)］我們已經(jīng)知道，將濃硫酸與水溶液直接混合不能起到吸收溶液中水分的作用，能不能將濃硫酸與固體直接混合來(lái)吸收固體中的水分呢？ 為什么？

［學(xué)生回答］預(yù)設(shè)：不能。因?yàn)闈饬蛩峥赡軙?huì)與固體物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。就算濃硫酸不與固體物質(zhì)反應(yīng)，也存在著吸水后的分離問(wèn)題，還存在著固體物質(zhì)會(huì)少量溶解于濃硫酸的問(wèn)題。

［教師講解］關(guān)于濃硫酸的吸水性，還有一個(gè)比較特殊的問(wèn)題請(qǐng)同學(xué)們注意，若在非水混合液中加入濃硫酸，濃硫酸也可以起吸水作用。我們用乙醇、乙酸、濃硫酸的混合液制取乙酸乙酯時(shí)，就是利用濃硫酸的吸水性促進(jìn)該酯化反應(yīng)正向進(jìn)行的。

［觀(guān)察實(shí)驗(yàn)三的結(jié)果］打開(kāi)干燥器，取出三只小燒杯，裝濃硫酸的燒杯內(nèi)看不出明顯的變化，裝飽和氯化鈉溶液、飽和氯化銨溶液的燒杯內(nèi)均有晶體生成。說(shuō)明濃硫酸吸收了飽和氯化鈉溶液、飽和氯化銨溶液中的水分。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，讓學(xué)生對(duì)濃硫酸的吸水性有進(jìn)一步的明確認(rèn)識(shí)。

3．探析濃硫酸與飽和氯化鈉溶液的反應(yīng)

［教師提問(wèn)］從實(shí)驗(yàn)操作的角度來(lái)看，實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二是不是十分相似？ 二者的不同點(diǎn)在哪里？

［學(xué)生回答］預(yù)設(shè)：十分相似。不同點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)一用的是飽和氯化鈉溶液，實(shí)驗(yàn)二用的是飽和氯化銨溶液。

［教師追問(wèn)］從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)看，實(shí)驗(yàn)一與實(shí)驗(yàn)二的顯著區(qū)別是實(shí)驗(yàn)一生成了晶體， 實(shí)驗(yàn)二無(wú)晶體生成。請(qǐng)同學(xué)們分析討論，探尋其原因。（提示：不要將實(shí)驗(yàn)一中的晶體確認(rèn)為NaCl 晶體）

［學(xué)生討論回答］預(yù)設(shè)：若有同學(xué)從溶解度和離子反應(yīng)的角度來(lái)回答，就順著學(xué)生的思路進(jìn)行，同時(shí)投影如下溶解度表。若沒(méi)有同學(xué)從溶解度和離子反應(yīng)的角度來(lái)回答，就直接投影如下溶解度表，引導(dǎo)學(xué)生分析。

［投影］

表1 NaCl、Na2SO4、NH4Cl、（NH4）2SO4 的溶解度表

（此表中Na2SO4的溶解度是指固相為Na2SO4·10H2O 時(shí)所溶解 的Na2SO4的質(zhì)量，NaCl、NH4Cl、（NH4）2SO4三種晶體不含結(jié)晶水。）

［教師引導(dǎo)］老師在《化學(xué)用表》［1］中查得NaCl、Na2SO4、NH4Cl、（NH4）2SO4在三種溫度下的溶解度如表一，括弧內(nèi)的物質(zhì)的量是老師的換算結(jié)果。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)此時(shí)的室溫選擇與表一中溫度較接近的一組數(shù)據(jù)（上課要帶溫度計(jì)，此處選用20℃時(shí)的數(shù)據(jù)）分析探討實(shí)驗(yàn)一形成晶體、實(shí)驗(yàn)二不形成晶體的原因。

［學(xué)生討論作答］預(yù)設(shè)：Na2SO4的溶解度比NaCl的溶解度小，Na2SO4晶體含有大量結(jié)晶水， 所以實(shí)驗(yàn)一中生成了Na2SO4·10H2O。（NH4）2SO4的溶解度比NH4Cl 的溶解度大，實(shí)驗(yàn)二中加入濃硫酸后，溶液體積增大，NH4Cl 的濃度降低，所以實(shí)驗(yàn)二中不形成晶體。

［板書(shū)］2NaCl（飽和）＋H2SO4（濃）＋10H2O＝Na2SO4·10H2O↓＋2HCl

［教師評(píng)價(jià)提問(wèn)］從定性的角度說(shuō)，同學(xué)們剛才的回答是正確的。同學(xué)們能不能從定量的角度探尋出一個(gè)判斷＋1 價(jià)的飽和氯化物與濃硫酸作用生成或不生成硫酸鹽晶體的標(biāo)準(zhǔn)呢？ 探討此問(wèn)題時(shí)，請(qǐng)同學(xué)們先考慮一下溶解度的物理量是選用質(zhì)量好、還是選用物質(zhì)的量好。

［討論］師生共同討論解答。

［板書(shū)］

［教師提問(wèn)］根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算回答實(shí)驗(yàn)一生成晶體、實(shí)驗(yàn)二不生成晶體的原因。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)比分析，解決矛盾沖突，探尋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中蘊(yùn)含的科學(xué)真理。

［教師引導(dǎo)置疑］我們已經(jīng)知道， 實(shí)驗(yàn)一中有Na2SO4·10H2O 晶體生成，實(shí)驗(yàn)一中的晶體中會(huì)不會(huì)含有NaCl 呢？ 為了正確回答此問(wèn)題，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上再做實(shí)驗(yàn)四。

［演示實(shí)驗(yàn)四］傾倒出實(shí)驗(yàn)一中試管內(nèi)的上層清液，用雙層濾紙捂住試管口盡量瀝干晶體。向試管內(nèi)加入10 滴（太多會(huì)導(dǎo)致晶體大量溶解）蒸餾水振蕩洗滌晶體，再用雙層濾紙捂住試管口盡量瀝干晶體。向試管內(nèi)加適量蒸餾水溶解晶體。用另一只試管取出約2mL溶液，向試管內(nèi)的溶液中滴加0．1mol／L 的Ba（NO3）2溶液，試管內(nèi)有白色沉淀生成，繼續(xù)滴加Ba（NO3）2溶液至試管內(nèi)不再生成白色沉淀為止，振蕩、靜置試管。將試管內(nèi)的上層清液傾倒一部分到另一只試管里，向試管里滴加2%的AgNO3溶液，試管內(nèi)生成大量白色沉淀。

［教師提問(wèn)］①在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，在檢驗(yàn)SO42－和Cl－時(shí)均未加硝酸酸化溶液，為什么？ ②這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？

［學(xué)生回答］預(yù)設(shè)：①已知溶液中不含干擾離子，所以不需加硝酸酸化處理。②這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明實(shí)驗(yàn)一生成的晶體中含有NaCl。

［教師引導(dǎo)提問(wèn)］老師從網(wǎng)上搜得20℃常壓下飽和氯化鈉溶液的密度是1．33g／mL，據(jù)此可計(jì)算出3mL 飽和氯化鈉溶液中的濃硫酸的濃度是18．4mol／L， 據(jù)此可計(jì)算出1mL 濃硫酸中含n（H2SO4）＝18．4mol／L×1mL＝0．0184mol。由此可得 實(shí)驗(yàn)一的試管中比較可得出什么結(jié)論？

［教師引導(dǎo)提問(wèn)］在n（SO42－）減少的過(guò)程中， 將逐漸增大。同時(shí)，在形成Na2SO4·10H2O 晶體的過(guò)程中消耗了大量溶劑。當(dāng)相等時(shí)，若溶液仍處于過(guò)飽和狀態(tài)，溶液中會(huì)發(fā)生什么樣的變化？

［學(xué)生回答］預(yù)設(shè)： 溶液中會(huì)發(fā)生Na2SO4·10H2O與NaCl 共沉淀的作用，共沉淀到溶解平衡為止，從而導(dǎo)致無(wú)色晶體中同時(shí)含有SO42－和Cl－。

設(shè)計(jì)意圖：在科學(xué)研究中，考慮問(wèn)題要盡量全面。此部分探究就是要讓學(xué)生對(duì)此有所感悟和領(lǐng)會(huì)。

4．課堂小結(jié)與課外作業(yè)

［課堂小結(jié)］這節(jié)課探究了濃硫酸與飽和氯化鈉溶液的反應(yīng)。通過(guò)探究，進(jìn)一步明確了濃硫酸吸水性的含義，明確了濃硫酸吸收氣體、水溶液、固體中水分的實(shí)驗(yàn)方案以及濃硫酸在非水溶劑中的吸水作用。通過(guò)探究，確認(rèn)濃硫酸與飽和氯化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)生成了Na2SO4·10H2O 晶體，生成的Na2SO4·10H2O 晶體中混有NaCl。通過(guò)探究，得出了濃硫酸在常溫下與＋1 價(jià)氯化物的飽和溶液發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽晶體的條件。

［課外作業(yè)］（選做一題）

（1）20℃時(shí)，飽和氯化鈉溶液的密度是1．33g／mL，氯化鈉與硫酸鈉的溶解度分別是36．0g、19．4g，濃硫酸的濃度是18．4mol／L、密度是1．84g／cm3。若在20℃時(shí)向3．0mL 飽和氯化鈉溶液中加入1．0mL 濃硫酸，能從理論上計(jì)算出生成晶體的總質(zhì)量嗎？為什么？（答案要點(diǎn)：不能。溶液中含有酸，目前還不知道鹽酸和硫酸對(duì)氯化鈉和硫酸鈉溶解度的影響程度，也不知道硫酸鈉和氯化鈉對(duì)彼此溶解度的影響）

（2）你在學(xué)習(xí)化學(xué)的過(guò)程中，還遇到過(guò)其它感到困惑的問(wèn)題嗎？ 請(qǐng)列舉一例談?wù)勀憷Щ蟮脑?，若能就你的困惑設(shè)計(jì)一個(gè)探究思路的話(huà)，請(qǐng)將你的探究思路寫(xiě)出來(lái)交給老師。

（3）通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你覺(jué)得科學(xué)研究很神秘嗎？ 請(qǐng)談?wù)効茖W(xué)研究的基本過(guò)程？

設(shè)計(jì)意圖：第（1）題的解答說(shuō)明科研課題可以在已有成果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步生成，同時(shí)還說(shuō)明科學(xué)研究具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性。第（2）題是要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)和思考，并在發(fā)現(xiàn)和思考中學(xué)習(xí)創(chuàng)新。第（3）題主要是要消除學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的神秘感， 讓學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、用于創(chuàng)新。

［1］顧慶超等編著．化學(xué)用表［M］．南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1979．10

［2］吳孫富，沈素帆，于孝梅．探析濃硫酸與飽和氯化鈉溶液和飽和硫酸銅溶液的作用［J］．化學(xué)教學(xué)，2014，（10）：65～67