張瑞超 張昕喆 王立娟 張 瑤(陜西省西安交通大學(xué)附屬中學(xué))
失敗的實驗,成功的道理
——西安交通大學(xué)附屬中學(xué)校本課程《綜合化學(xué)實驗》《銅循環(huán)》課堂教學(xué)感悟
張瑞超張昕喆王立娟張瑤
(陜西省西安交通大學(xué)附屬中學(xué))
開設(shè)校本化學(xué)選修課《綜合化學(xué)實驗》有助于拓展學(xué)生的化學(xué)科技視野。其中《銅元素的循環(huán)》一節(jié),可以培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)實驗操作能力、提高學(xué)生的科學(xué)研究能力、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新意識和實踐能力,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神,促進學(xué)生發(fā)展。
校本課程;銅循環(huán);實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)
“這個實驗不就是把銅從單質(zhì)變成化合物,再讓銅元素經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)又變成銅單質(zhì)嗎!有什么意義?銅單質(zhì)不是有現(xiàn)成的,怎么還要這樣去制???計算回收率有什么意義?”這是一次關(guān)于《銅元素循環(huán)》的無機化學(xué)試驗,是我校根據(jù)新課程標準要求,并結(jié)合學(xué)校資源和學(xué)生情況,為高二年級學(xué)生自主開發(fā)的化學(xué)校本課程——《綜合化學(xué)實驗》的內(nèi)容之一。旨在提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,強化實驗操作,并培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力。
在本實驗中,金屬銅單質(zhì)發(fā)生一系列的化學(xué)變化生成不同的化合物,最終反應(yīng)結(jié)束時單質(zhì)銅又被重新制備出來。通過這個實驗可以對比反應(yīng)一開始用到的銅和反應(yīng)結(jié)束后生成的銅。從而判斷學(xué)生的實驗操作能力。
1.儀器與藥品
0.5g銅片、2mol/L硫酸溶液、鋅粉、濃硝酸溶液、2mol/L氫氧化鈉溶液、6mol/L鹽酸、無水乙醇
分析天平、稱量瓶、250ml燒杯、10ml量筒、玻璃棒、50ml量筒、鐵架臺,鐵圈、煤氣燈、表面皿、蒸汽浴鍋、蒸發(fā)皿、三腳架
2.實驗步驟
(1)由Cu制備Cu(NO3)2
稱取0.5 gCu片放入250 mL的燒杯中,在通風(fēng)櫥中加入4ml的濃硝酸。攪拌溶液至Cu反應(yīng)完全,記錄實驗現(xiàn)象。向反應(yīng)完的溶液中加入125 mL蒸餾水。
(2)由Cu(NO3)2制Cu(OH)2
在攪拌下向溶液中加入45ml 2mol/L NaOH,至沉淀完全。
(3)由Cu(OH)2制CuO
加熱燒杯中有沉淀的液體,并不斷攪拌至溶液微沸。當完全變黑后,停止加熱,并繼續(xù)攪拌幾分鐘。將溶液靜置使生成的CuO充分沉降。用傾析法棄去上層清液,再加入200ml熱的去離子水洗滌沉淀。待沉淀沉降后,用傾析法棄去上層清液。
(4)由CuO制CuSO4
在攪拌下加入15mL 6mol/L H2SO4。
(5)由CuSO4制Cu
將反應(yīng)器放入到通風(fēng)櫥中,一次性加入2.0g鋅粉,攪拌,至上層溶液由藍色變?yōu)闊o色。當溶液中沒有氣泡出現(xiàn)后,棄去上層清液至指定容器內(nèi)。如果在底部沉淀中看到了未反應(yīng)完的銀灰色鋅粉,加入10mL 6mol/L HCl至微熱。至溶液中沒有氣泡產(chǎn)生,用傾析法棄去上層清液,將生成的Cu轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿上。用5ml去離子水洗滌產(chǎn)物銅粉2次,再用5ml無水乙醇洗。最后將蒸發(fā)皿放在蒸汽浴鍋上蒸發(fā)。蒸干后稱重并計算回收率。
看到《銅循環(huán)》這個題目,同學(xué)們覺得很是無趣,因為平時課堂的實驗都是關(guān)于性質(zhì)和制備的,有目的,有成就感;而銅元素循環(huán),這樣一個實驗,轉(zhuǎn)了一圈又回到了原點,其意義在何處?
銅是非常重要的金屬,其化學(xué)性質(zhì)也是化學(xué)競賽和高考的重點,同學(xué)們在平時的課程中學(xué)習(xí)了很多關(guān)于銅元素的性質(zhì),也知道各種含銅元素的化合物該如何制備和檢驗,但卻沒有一個系統(tǒng)的、直觀的印象,更不了解在平時實驗中很多理所當然的步驟又是怎么形成的。我沒有刻意提前強調(diào)這個實驗的意義,但對實驗化學(xué)充滿熱情的學(xué)生還是積極認真的動手開始做實驗了。
“為什么最后得到的銅粉比最初加入的銅粉質(zhì)量還大?”
學(xué)生都知道,物質(zhì)合成實驗產(chǎn)率越高,實驗越成功,所以在其中一個步驟“利用鋅粉從溶液中還原出銅單質(zhì)”的過程中,無論我怎么強調(diào)鋅加的過快和過多,會影響銅的產(chǎn)率,還是有很多“貪心”的孩子向微藍色的溶液中加入了比要求更多的鋅粉,因為在高中化學(xué)學(xué)習(xí)剛開始,他們就學(xué)到“除雜試劑要過量”這句話,他們舍不得辛苦做出來的銅留在溶液中,不懂得“過猶不及”的道理。這個時候,我讓作出銅粉質(zhì)量過大的同學(xué)和結(jié)果較好的同學(xué)相互討論,看到底是哪里出現(xiàn)了問題。經(jīng)過對比和熱烈的討論,孩子們發(fā)現(xiàn),由于鋅粉加得過快,導(dǎo)致鋅粉表面與溶液中的銅反應(yīng)了以后,生成的銅單質(zhì)包裹在了其他鋅粉團的表面,導(dǎo)致了銅包鋅現(xiàn)象的出現(xiàn),最終固體質(zhì)量過大;鋅粉量的過多加入,后期用鹽酸處理量是無法控制的,過量的鋅粉沒有反應(yīng)掉,帶入了固體中,導(dǎo)致最終結(jié)果偏大。這時候,孩子們也終于明白“銅循環(huán)實驗”的意義。培養(yǎng)大家化學(xué)基本操作、建立正確的化學(xué)實驗理念,學(xué)會用回收率等衡量標準判斷實驗的成功與否。
這是學(xué)生第一次進行定量性質(zhì)綜合性實驗,在這次實驗中,雖然有孩子實驗失敗了,但他們從失敗的經(jīng)驗中獲得了成功的方法,摒棄了一些固有的簡單化學(xué)思想,為他們今后更進一步的化學(xué)實驗學(xué)習(xí),打下了堅實的基礎(chǔ)。
祁小云,胡泉源,劉清峰.綜合化學(xué)實驗改革與創(chuàng)新[J].廣東化工,2013(19).
·編輯丁可楣