基于化學(xué)實驗引領(lǐng) 關(guān)注學(xué)科觀念養(yǎng)成

魏海+李德前

[摘 要]

基于化學(xué)實驗，設(shè)計實驗室制取氧氣的教學(xué)案例。在教學(xué)過程中，注重滲透對比實驗、實驗探究、控制變量等科學(xué)方法，重視培育學(xué)生的學(xué)科觀念，關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，因此提高了教學(xué)效益。

[關(guān)鍵詞]

化學(xué)實驗；制取氧氣；學(xué)科觀念；教學(xué)案例

一、簡析教材

《制取氧氣》是人民教育出版社2012年版九年級化學(xué)教科書第二單元課題3的內(nèi)容。

本課題編排了實驗室制取氧氣的三種方法（加熱高錳酸鉀、分解過氧化氫、加熱氯酸鉀），并以此為載體介紹了分解反應(yīng)、催化劑兩個概念。

不管是在教科書的正文中，還是在課后習(xí)題、教輔資料里，本課題都滲透了實驗室制取氣體的兩種發(fā)生裝置（固體加熱型、固液常溫型）和三種收集裝置，因而具有承上啟下的作用，尤其為第六單元課題2（二氧化碳的制取研究）的學(xué)習(xí)打下堅實的理論基礎(chǔ)。

二、了解學(xué)情

在第一單元的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道化學(xué)變化能生成新物質(zhì)。在第二單元課題2的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道氧氣的物理性質(zhì)、認識了氧氣的化學(xué)性質(zhì)、熟悉了化合反應(yīng)的概念；在課題2的有關(guān)實驗中，教師多次使用了氧氣，許多學(xué)生急于知道氧氣是如何制取的并渴望能親手制取氧氣。

另外，在第一單元的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道排水集氣法，藥品的取用、固體加熱、裝置連接等基本操作也基本學(xué)會。

因此，本課題學(xué)習(xí)氧氣的制取，并鼓勵學(xué)生動手操作，是完全可行的。

三、闡述教學(xué)思路

化學(xué)實驗具有實踐性、趣味性、思維性和創(chuàng)造性等，因此基于化學(xué)實驗的課堂教學(xué)，能夠促進學(xué)生化學(xué)觀念與核心素養(yǎng)的形成。

教學(xué)中，我們相信學(xué)生、敢于放手，不拘泥于以教師為中心的演示實驗，重視激勵學(xué)生走進化學(xué)實驗室，樂于動手、勤于探究，使學(xué)生在動手操作中領(lǐng)悟有關(guān)實驗步驟、體驗學(xué)習(xí)成功、提高思維能力。注重通過化學(xué)實驗培養(yǎng)實驗技能、提高觀察能力、滲透學(xué)科觀念，并在互相合作、不斷交流的氛圍中增長新知識、解決新問題。

對于催化劑的教學(xué)，我們注重利用對照實驗和控制變量法，引導(dǎo)學(xué)生認識催化劑的特征（一變兩不變）。針對分解反應(yīng)的教學(xué)，我們重視利用對比法，從化合反應(yīng)的“多變一”特征，引出分解反應(yīng)的“一變多”特征，從而促進學(xué)生把握概念的內(nèi)涵和外延。

再者，為了提高課堂教學(xué)效率、體現(xiàn)教育現(xiàn)代化，我們注意利用多媒體適時輔助課堂教學(xué)。

四、預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)目標(biāo)

根據(jù)課程標(biāo)準及教科書的要求，考慮所教學(xué)生的實際，并結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)歷，本課題的學(xué)習(xí)目標(biāo)預(yù)設(shè)如下：認識實驗室制取氧氣的原理和方法，初步學(xué)會用高錳酸鉀制取氧氣；通過對分解反應(yīng)與化合反應(yīng)的對比，學(xué)習(xí)比較法，并認識分解反應(yīng)的特征；通過對催化劑的探究，學(xué)習(xí)控制變量法，并了解催化劑的特征；知道反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)條件決定氣體發(fā)生裝置，氣體的性質(zhì)決定氣體的收集方法；基于化學(xué)實驗，培養(yǎng)操作技能和嚴謹?shù)膽B(tài)度，發(fā)展樂于探究、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神；激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的主動性，樹立學(xué)好化學(xué)的信心，初步樹立化學(xué)學(xué)科的轉(zhuǎn)化觀、能量觀、實驗觀和化學(xué)價值觀等學(xué)科觀念。

五、謀劃教學(xué)流程

[引言]做化學(xué)實驗經(jīng)常要用到氧氣，在實驗室里常采用加熱高錳酸鉀、分解過氧化氫或加熱氯酸鉀的方法制取氧氣。

1.加熱高錳酸鉀制取氧氣

[出示]高錳酸鉀固體。

[板書]高錳酸鉀[加熱]錳酸鉀+二氧化錳+氧氣

[展示]加熱高錳酸鉀制取氧氣的發(fā)生裝置（見圖1）。

[強調(diào)]因為高錳酸鉀受熱分解時其顆粒會發(fā)生崩裂，為防止高錳酸鉀粉末進入導(dǎo)氣管里，一般在靠近試管口處放一團棉花。

[講述]凡是加熱固體制取氣體的發(fā)生裝置都使用圖1裝置，該發(fā)生裝置名為“固體加熱型”。如果固體受熱時不發(fā)生崩裂，則無需在試管口處放置棉花。

[投影]實驗室收集氣體的三種常見方法（見表1）。

[播放視頻]加熱高錳酸鉀制氧氣（教師提前錄制好，其中對操作步驟和注意事項的介紹用湯姆貓的聲音，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣）。

主要的音頻文字如下：

（1）檢查裝置氣密性：通常利用氣體熱脹冷縮的原理，采用微熱的方法。先把導(dǎo)氣管口伸入液面以下密封，然后用手緊捂試管外壁微熱，如果觀察到導(dǎo)氣管口有氣泡冒出，且松開手后導(dǎo)氣管內(nèi)有一段水柱，則裝置是不漏氣的。

（2）藥品裝入試管：用紙槽或藥匙將KMnO4送入試管，藥品盡量平鋪以擴大受熱面，使之充分反應(yīng)。在塞入單孔塞之前還必須放一團棉花于試管口，以防加熱時高錳酸鉀粉末進入導(dǎo)氣管。

（3）固定氣體發(fā)生裝置：將試管固定在鐵架臺上，鐵夾夾持在距離試管口1/3處，同時試管口略低于試管底，這樣可以避免藥品中的濕存水倒流，使熾熱的試管炸裂。

（4）點燃酒精燈加熱試管：先預(yù)熱試管，后集中加熱藥品；如果藥品的量多，要從前向后（試管底方向）加熱藥品，從而預(yù)防高錳酸鉀粉末被氧氣流帶至試管口，同時靈活控制高錳酸鉀的分解速率。

（5）收集氧氣：如果用排水法收集氧氣，應(yīng)在實驗前將集氣瓶內(nèi)裝滿水，將玻璃片從瓶口一側(cè)推向另一側(cè)至蓋住瓶口，這樣集氣瓶內(nèi)就不會有氣泡殘留；再把集氣瓶連同玻璃片一起快速倒立在水槽內(nèi)；加熱高錳酸鉀時先冒出的氣泡是空氣，當(dāng)氣泡均勻、連續(xù)出現(xiàn)時才是較純的氧氣，此時可以開始收集；當(dāng)看到氣泡從集氣瓶口冒出，則瓶內(nèi)已集滿氧氣；然后在水下用玻璃片蓋住瓶口，將集氣瓶拿出水槽并快速正放在水平桌面上。如果用向上排空氣法收集氧氣，導(dǎo)氣管口要接近瓶底，這樣可以最大限度地排盡瓶內(nèi)空氣，使收集到的氧氣比較純凈；常用帶火星的小木條放在集氣瓶口去檢驗氧氣是否集滿，若木條立即復(fù)燃，則瓶內(nèi)氧氣已收集滿。

（6）將導(dǎo)管撤離水槽：如果用排水法收集氧氣，在實驗結(jié)束之時，先將導(dǎo)氣管從水中撤離，再熄滅酒精燈。若先熄滅酒精燈，試管內(nèi)氣壓驟減，水槽內(nèi)的水會順著導(dǎo)氣管進入熾熱的試管，使其炸裂。

（7）熄滅酒精燈：要用燈帽蓋滅酒精燈，注意第一次蓋滅后要拿起燈帽再蓋一次，使空氣進入燈帽內(nèi)，以防燈帽內(nèi)出現(xiàn)負壓，下次使用時不好打開。

[小結(jié)]以上七步操作，可用七個字概括“查、裝、定、點、收、離、熄”，并用諧音“茶莊定點收利息”來現(xiàn)象記憶。

[學(xué)生實驗]用加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣，并驗證。教師巡視、指導(dǎo)和點評。

2.分解過氧化氫制取氧氣

[展示]過氧化氫溶液和二氧化錳粉末。

[演示]教師演示圖2所示的實驗。

[填表]教師引導(dǎo)學(xué)生完成表2。

[小結(jié)]催化劑能改變反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后不變，簡稱“一變兩不變”。

[板書]過氧化氫[二氧化錳]水+氧氣

[講述]除了二氧化錳之外，硫酸銅溶液、新鮮的土豆片、新鮮的豬肝、鐵銹等，對過氧化氫的分解也具有催化作用。

[展示]實驗室分解過氧化氫制氧氣的發(fā)生裝置（見圖3）。

[講述]凡是固體與液體在常溫下接觸就能反應(yīng)放出氣體的，發(fā)生裝置一般選用圖3裝置，該發(fā)生裝置名為“固液常溫型”。

[學(xué)生實驗]教師指導(dǎo)兩位學(xué)生用分解過氧化氫的方法制取氧氣。

[想一想]實驗時發(fā)現(xiàn)錐形瓶發(fā)燙，說明過氧化氫分解是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)？若錐形瓶中反應(yīng)劇烈，可以采取哪些措施？若學(xué)生思維受阻，教師適時點撥。

[議一議]用過氧化氫制氧氣比用高錳酸鉀制氧氣有哪些優(yōu)點。教師巡視、參與、釋疑。

3.加熱氯酸鉀制取氧氣

[講述]加熱氯酸鉀制取氧氣的實驗原理。

[板書]氯酸鉀[二氧化錳加熱]氯化鉀+氧氣

[提問]根據(jù)氯酸鉀分解反應(yīng)的文字表達式，你認為二氧化錳在氯酸鉀分解時具有什么作用？

[投影]下列實驗裝置（見圖4）。

[想一想]根據(jù)圖4，選擇加熱氯酸鉀制氧氣的發(fā)生裝置和收集裝置。

[練一練]題目可以投影出來，也可以印在學(xué)案上：實驗室常用加熱氯酸鉀與二氧化錳混合物的方法制取氧氣，但小李同學(xué)在課外書籍中發(fā)現(xiàn)，氯酸鉀與氧化銅或氧化鐵混合加熱，也能較快地產(chǎn)生氧氣，于是進行如下的探究。

提出猜想：除二氧化錳外，氧化銅、氧化鐵也可以做氯酸鉀分解的催化劑。

完成實驗：按表3進行實驗，并測定分解溫度（分解溫度越低，催化效果越好）。

實驗結(jié)論：

（1）由實驗______與實驗③對比，證明氧化銅可以加快氯酸鉀分解。

（2）實驗②與實驗④相比，說明催化效果好的是_________。

拓展反思：

（1）若要證明氧化鐵、氧化銅是該反應(yīng)的催化劑，還要驗證_________。

（2）同種催化劑顆粒大小可能影響催化效果，請設(shè)計驗證方案：_________。

4.分解反應(yīng)

[議一議]上述3個制取氧氣的反應(yīng)，有什么共同特點？與化合反應(yīng)有什么不同？教師巡視、指導(dǎo)。

[小結(jié)]分解反應(yīng)的特征是“一變多”——一種物質(zhì)變?yōu)槎喾N物質(zhì)；化合反應(yīng)的特征是“多變一”——多種物質(zhì)變?yōu)橐环N物質(zhì)。

[選一選]已知下列4個化學(xué)反應(yīng)在一定條件下都能發(fā)生，其中屬于分解反應(yīng)的是（ ）。

A.氫氣+氯氣→ 氯化氫

B.蠟燭+氧氣→二氧化碳+水

C.鐵+氧氣→四氧化三鐵

D.堿式碳酸銅→ 氧化銅+二氧化碳+水

[結(jié)課]師生通過投影，共同完成表4，從而鞏固新知、深化概念、促進應(yīng)用。

[參 考 文 獻]

[1]李德前，馬逸群，魏海.九年級化學(xué)實驗專題（上）[J].試題與研究：中考，2013（19）.

[2]洪霞.“制取氧氣”教學(xué)設(shè)計[J].實驗教學(xué)與儀器，2010（s2）.

[3]辛靜.初中化學(xué)“制取氧氣”教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計與實施[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014（21）.

（責(zé)任編輯：張華偉）