數(shù)字實(shí)驗(yàn)在復(fù)分解反應(yīng)條件探究中的應(yīng)用

孫同杰+黃思國(guó)

人教版初中化學(xué)教材上通過(guò)三個(gè)分別產(chǎn)生了氣體、沉淀和水的反應(yīng)的介紹，直接給出了復(fù)分解的條件。教材只要求學(xué)生在宏觀層面通過(guò)判斷反應(yīng)是否有氣體、沉淀和水來(lái)確定反應(yīng)能否發(fā)生；但在微觀的層面對(duì)學(xué)生并沒(méi)有作要求。但是，人教版高中化學(xué)必修1中關(guān)于離子反應(yīng)的認(rèn)知，是通過(guò)復(fù)分解反應(yīng)導(dǎo)入；所以在初步認(rèn)識(shí)了復(fù)分解反應(yīng)的條件之后，再進(jìn)一步從離子的角度認(rèn)識(shí)復(fù)分解反應(yīng)的本質(zhì)，對(duì)學(xué)生高中化學(xué)的學(xué)習(xí)是很好的鋪墊。

在前面的課題“常見(jiàn)的酸和堿”中，課本有一個(gè)關(guān)于探究溶液的導(dǎo)電性的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)燈泡是否發(fā)光，來(lái)判斷酸堿的溶液是否導(dǎo)電，從而引出酸（堿）在溶液中能電離出氫離子（氫氧根）離子的內(nèi)容。到此，學(xué)生已經(jīng)了解了溶液導(dǎo)電的真正原因是溶液中含有大量的自由移動(dòng)的離子，這為深入探究復(fù)分解反應(yīng)的條件奠定了基礎(chǔ)。但是，如何讓學(xué)生更直觀地感受到溶液中的離子變化呢？借助電導(dǎo)率傳感器，我設(shè)計(jì)了下面的探究實(shí)驗(yàn)，取得了很好的教學(xué)效果。

一、教學(xué)片段

【提問(wèn)】上一節(jié)課我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了復(fù)分解反應(yīng)的條件是生成物中有氣體、沉淀或水生成。請(qǐng)同學(xué)們思考一下，為什么復(fù)分解反應(yīng)需要達(dá)到這樣的條件呢？復(fù)分解反應(yīng)的本質(zhì)是什么呢？你們想知道嗎？

【生】想！

【師】好！那么今天我們就一起來(lái)探究一下！

【師】現(xiàn)在講臺(tái)上有三瓶溶液，他們分別是稀硫酸、氫氧化鋇、蒸餾水。請(qǐng)問(wèn)，它們的導(dǎo)電性分別如何？

【生1】稀硫酸和氫氧化鋇溶液可以導(dǎo)電，蒸餾水不導(dǎo)電。

【師】為什么呢？

【生1】上一節(jié)課做過(guò)稀硫酸、氫氧化鈉溶液以及蒸餾水的導(dǎo)電性的實(shí)驗(yàn)，得出了酸和堿的溶液都能導(dǎo)電；蒸餾水不導(dǎo)電。

【師】能否從離子的角度解釋一下？

【生2】是因?yàn)樗崛芤褐卸己凶杂梢苿?dòng)的氫離子，堿溶液中都含有自由移動(dòng)的氫氧根離子；蒸餾水中幾乎沒(méi)有自由移動(dòng)的離子。

【師】很好！看來(lái)大家對(duì)上一節(jié)課的內(nèi)容掌握得很好！今天老師給大家?guī)?lái)了一種新的儀器來(lái)檢驗(yàn)這些離子的存在。

【師】這是威尼爾電導(dǎo)率傳感器，它能夠檢測(cè)溶液導(dǎo)電性的狀況，我們先來(lái)測(cè)一下蒸餾水的電導(dǎo)率。

1.測(cè)定蒸餾水的電導(dǎo)率

實(shí)驗(yàn)藥品和儀器：

蒸餾水、計(jì)算機(jī)、Logger Pro軟件、導(dǎo)電率傳感器、數(shù)據(jù)采集器

實(shí)驗(yàn)裝置如下圖：

■

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：蒸餾水的電導(dǎo)率開(kāi)始為10-18μS/cm，最后穩(wěn)定在3μS/cm。

【教師】因?yàn)檎麴s水有著很微弱的電離，電離出極少量的氫離子和氫氧根離子，所以蒸餾水幾乎不導(dǎo)電。

2.測(cè)定稀硫酸和氫氧化鋇溶液的電導(dǎo)率

實(shí)驗(yàn)藥品和儀器：

計(jì)算機(jī)、Logger Pro軟件、導(dǎo)電率傳感器、數(shù)據(jù)采集器、1mol/L氫氧化鋇溶液、1mol/L硫酸溶液

實(shí)驗(yàn)裝置：如上圖所示，將燒杯中的液體分別換成1mol/L氫氧化鋇溶液、1mol/L硫酸溶液，分別測(cè)出它們的電導(dǎo)率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：硫酸溶液電導(dǎo)率開(kāi)始為20000μS/cm，最終穩(wěn)定在20670μS/cm。氫氧化鋇溶液電導(dǎo)率開(kāi)始為16900μS/cm，最終穩(wěn)定在16960μS/cm

【師】由此可見(jiàn)，稀硫酸和氫氧化鋇溶液都有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，溶液中存在大量的自由移動(dòng)的離子。

【師】分別都是哪些離子呢？

【生3】稀硫酸中存在大量的氫離子和硫酸根離子，氫氧化鋇溶液中存在大量的鋇離子和氫氧根離子。

【師】如果將稀硫酸和氫氧化鋇溶液混合在一起，他們反應(yīng)嗎？反應(yīng)后溶液的電導(dǎo)率如何？

【生4】它們能反應(yīng)，因?yàn)橐粋€(gè)是酸，一個(gè)是堿，會(huì)生成水，符合復(fù)分解反應(yīng)的條件。反應(yīng)后的電導(dǎo)率會(huì)減小，因?yàn)槿芤褐械臍潆x子和氫氧根離子沒(méi)了。

【師】反應(yīng)后的溶液還能導(dǎo)電嗎？

【生5】還能導(dǎo)電，溶液中還有鋇離子和硫酸根離子。

【生6】不能導(dǎo)電了，鋇離子和硫酸根離子會(huì)變成沉淀，我提前預(yù)習(xí)過(guò)后面的內(nèi)容，我知道！

【師】很好！請(qǐng)大家把課本翻到第127頁(yè)，這里有酸堿鹽的溶解性表，大家看看鋇離子和硫酸根離子相遇會(huì)怎么樣？

【生齊】不溶！

【師】對(duì)！會(huì)變成硫酸鋇沉淀！所以大家想想這個(gè)反應(yīng)最終溶液導(dǎo)電性會(huì)怎么樣？

【生7】導(dǎo)電性會(huì)減小。

【追問(wèn)】會(huì)一直減小嗎？減小到蒸餾水的電導(dǎo)率3μS/cm嗎？

【生7】開(kāi)始會(huì)一直減小，但是要是硫酸過(guò)量的話，溶液導(dǎo)電性還應(yīng)該再次變強(qiáng)。

【師】非常好！你考慮到了過(guò)量的問(wèn)題！那么下面我們就來(lái)做一下實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證一下你的猜想！

3.測(cè)定氫氧化鋇溶液中逐漸滴加稀硫酸后溶液電導(dǎo)率的變化

實(shí)驗(yàn)藥品和儀器：

計(jì)算機(jī)、Logger Pro軟件、導(dǎo)電率傳感器、數(shù)據(jù)采集器、1mol/L氫氧化鋇溶液、1mol/L硫酸溶液、酸式滴定管、磁力攪拌器。

實(shí)驗(yàn)裝置：如下圖

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.量取20.00mL 1mol/L氫氧化鋇溶液放入洗凈的100mL燒杯中，放入磁子，放置到磁力攪拌器上，將裝好標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液的酸式滴定管固定好待用。

2.打開(kāi)電磁攪拌器開(kāi)關(guān)，逐滴滴入硫酸溶液，采集數(shù)據(jù)。

圖形記錄如下：

【師】這個(gè)變化趨勢(shì)和剛才那位同學(xué)的猜想完全一致，大家給他一些掌聲鼓勵(lì)！

（學(xué)生們興奮地鼓掌……）

【提問(wèn)】請(qǐng)問(wèn)這個(gè)圖形呈現(xiàn)V字形最低點(diǎn)代表什么含義？

【生7】（獲得掌聲的那一位）最低點(diǎn)表示硫酸和氫氧化鋇恰好完全反應(yīng)，生成了沉淀和水，這個(gè)時(shí)候溶液中的自由移動(dòng)的離子數(shù)目最小，所以電導(dǎo)率最低。

【師】為什么圖形上面的最低點(diǎn)的值比蒸餾水的電導(dǎo)率還要大呢？不是完全反應(yīng)了嗎？按道理應(yīng)該和純水（蒸餾水）一樣?。。?/p>

（學(xué)生都很沉默）

【師】提示一下，前面我們學(xué)過(guò)溶解度！難溶物的溶解度是個(gè)什么范圍？

【生8】我想起來(lái)了，常溫下，溶解度小于0.01克是難溶，也就是說(shuō)，硫酸鋇還是有一點(diǎn)點(diǎn)溶在水中的。所以電導(dǎo)率大于蒸餾水！

【師】（帶頭鼓掌）很好！沒(méi)有絕對(duì)不溶的物質(zhì)，難溶物硫酸鋇還是有很小一部分溶在了水中，所以電導(dǎo)率大于蒸餾水。另外由于反應(yīng)后的溶液中水的量變多，所以后來(lái)滴入硫酸相當(dāng)于被稀釋了，所以電導(dǎo)率回升的幅度沒(méi)有下降的幅度大，大家看到了嗎？

【師】通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，你對(duì)復(fù)分解反應(yīng)的條件有沒(méi)有新的認(rèn)識(shí)呢？

【生9】物質(zhì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)時(shí)，溶液中的離子濃度會(huì)減少！

【師】很好！所以說(shuō)復(fù)分解反應(yīng)的條件實(shí)質(zhì)是：反應(yīng)朝著離子濃度的減少方向進(jìn)行。生成氣體、沉淀或水其實(shí)就是離子濃度的減少的三種方式而已！大家明白了嗎？

【生齊】噢……

【師】好！下面我們來(lái)看幾道練習(xí)題……

二、課后反思

復(fù)分解反應(yīng)是初中酸堿鹽知識(shí)板塊的一個(gè)重要反應(yīng)，對(duì)這一塊內(nèi)容的掌握情況將直接影響學(xué)生高一離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)。本堂課采用了數(shù)字實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能夠定量地、直觀地分析稀硫酸和氫氧化鋇溶液的反應(yīng)的微觀過(guò)程，弄清了復(fù)分解反應(yīng)的本質(zhì)，展示了數(shù)字實(shí)驗(yàn)的魅力，更提高了學(xué)生的思維品質(zhì)，為以后更高一級(jí)的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

（作者單位：1.安徽省馬鞍山市二中實(shí)驗(yàn)學(xué)校 2.安徽省馬鞍山市第八中學(xué)）