“銅與濃、稀硝酸反應(yīng)”教學(xué)設(shè)計(jì)

李 捷

(韓山師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東 潮州 521041)

一、教材分析

銅與濃硝酸、稀硝酸的反應(yīng)在高中必修一中占據(jù)著很重要的地位，通過觀察銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)使同學(xué)們更直觀地了解硝酸的氧化性強(qiáng)弱。在常規(guī)試驗(yàn)中，由于需要藥品的量比較多，在短時(shí)間內(nèi)易生成大量的二氧化氮?dú)怏w，不易控制反應(yīng)的速率，并且尾氣收集較困難，危險(xiǎn)系數(shù)較大。而在微型實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)藥品用量較少，反應(yīng)相比之前容易控制，效果更加明顯并且尾氣容易收集處理。因此，微型實(shí)驗(yàn)更適合用來作為演示實(shí)驗(yàn)。學(xué)生的理解也會(huì)更透徹。

二、學(xué)情分析

“硝酸的性質(zhì)—銅與濃稀硝酸的反應(yīng)”是人教版化學(xué)1的內(nèi)容。在本節(jié)課之前，學(xué)生對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作已經(jīng)有了一定的了解。并渴望在實(shí)驗(yàn)室中動(dòng)手操作完成實(shí)驗(yàn)。因此，本節(jié)課通過銅與濃稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生能夠自主思考，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)實(shí)踐與創(chuàng)新的樂趣。

三、三維教學(xué)目標(biāo)

(一)知識(shí)與技能

了解銅與濃硝酸、稀硝酸的反應(yīng)原理；熟悉掌握該實(shí)驗(yàn)的操作與注意事項(xiàng)。

(二)過程與方法

通過小組討論研究增進(jìn)對實(shí)驗(yàn)的理解以及對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)；通過對比濃、稀硝酸與銅反應(yīng)的現(xiàn)象和產(chǎn)物，增強(qiáng)對濃、稀硝酸氧化性強(qiáng)弱的理解。

(三)情感態(tài)度與價(jià)值觀

通過微型實(shí)驗(yàn)對銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)進(jìn)行探索，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)，操作實(shí)驗(yàn)的能力，培養(yǎng)學(xué)生之間團(tuán)結(jié)合作的精神。

四、教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：銅與濃、稀硝酸反應(yīng)原理、反應(yīng)現(xiàn)象、反應(yīng)產(chǎn)物顏色和尾氣的處理。

難點(diǎn)：微型實(shí)驗(yàn)器材的組裝和實(shí)驗(yàn)操作。

五、教學(xué)方法

講授法、演示實(shí)驗(yàn)法、多媒體教學(xué)法、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)法。

六、教學(xué)過程

(一)溫故知新

老師：同學(xué)們好，這節(jié)課我們要學(xué)習(xí)的是銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)之前，請同學(xué)們先回顧一下之前學(xué)習(xí)的硝酸的知識(shí)，請大家先寫出銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。

學(xué)生：Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2(稀)+2NO↑+4H2O

設(shè)計(jì)意圖：通過讓同學(xué)們回憶已學(xué)過的知識(shí)，引出本節(jié)課的內(nèi)容。

(二)實(shí)驗(yàn)引入

老師：這兩個(gè)反應(yīng)是在硝酸的不同濃度下進(jìn)行的，因而反應(yīng)產(chǎn)物也不一樣，但反應(yīng)生成的氣體都是有毒的。那么，同學(xué)們今天能不能在教材已有的實(shí)驗(yàn)裝置圖上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

實(shí)驗(yàn)器材：操作臺(tái)、U型管、針筒兩個(gè)、具支試管、套上乳膠管的尖嘴管及乳膠管各一支、橡膠塞兩個(gè)、銅絲若干、內(nèi)空的多用滴管、濃硝酸、蒸餾水。

兩到三個(gè)同學(xué)一組，參考已有的實(shí)驗(yàn)裝置圖，根據(jù)已有知識(shí)，充分利用實(shí)驗(yàn)室中的儀器，組裝實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)裝置。發(fā)揮自己的想象和推理，設(shè)計(jì)出可行的實(shí)驗(yàn)裝置。

注意：本次實(shí)驗(yàn)利用的試劑具有強(qiáng)氧化性和腐蝕性，并且生成的氣體有毒性，因此同學(xué)們在實(shí)驗(yàn)中要格外小心。

設(shè)計(jì)意圖：通過讓學(xué)生發(fā)揮想象，小組間相互配合設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案，激發(fā)學(xué)生的思考能力以及增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

一段時(shí)間后，老師開始巡查指導(dǎo)，請同學(xué)們描述自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其他同學(xué)仔細(xì)觀察，和教師一起討論評價(jià)。

(三)成果展示

學(xué)生講述自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。每一組同學(xué)輪流講解自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，最后師生共同總結(jié)這節(jié)課的內(nèi)容，課后思考怎樣改進(jìn)能使該實(shí)驗(yàn)有更好的效果。

例：我們先在U型管底部放入適量銅絲和水(水的體積要浸過彎管部分以形成液封)，再往U型管中放入一個(gè)盛有少量銅絲的小試管。然后在U型管的上部利用膠塞插入針筒，針筒里面放置濃硝酸，通過針筒活塞的推拉來控制濃硫酸的量，達(dá)到控制反應(yīng)速率的目的。

接著將U型管右側(cè)上部插入套上乳膠管的尖嘴管并在支管口處用乳膠管與具支試管管口連接。在具支試管中放入適量的氫氧化鈉達(dá)到尾氣處理的目的。

然后再準(zhǔn)備一支具支試管，里面放入少量的銅絲，先適量的濃硝酸稀釋成稀硝酸，在具支試管管口用膠塞插入針筒，針筒里面放置稀硝酸，通過針筒活塞的推拉來控制稀硝酸的量，達(dá)到控制反應(yīng)速率的目的。分支口用乳膠管連接到盛有氫氧化鈉的試管口，達(dá)到尾氣處理的目的。

圖 實(shí)驗(yàn)裝置

注入濃硝酸后，試管里反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生紅棕色氣體。氣體因壓強(qiáng)作用往U型管底部擴(kuò)散，與水中的銅絲反應(yīng)。水的顏色變?yōu)闇\藍(lán)色。一段時(shí)間后，通過內(nèi)空的多用滴管進(jìn)行注氣，會(huì)發(fā)現(xiàn)支管口處出現(xiàn)紅棕色氣體，同時(shí)具支試管里的水由無色變藍(lán)色。

當(dāng)往小試管注射濃硝酸時(shí)，會(huì)發(fā)生銅與濃硝酸的反應(yīng)，即：

Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

會(huì)產(chǎn)生紅棕色氣體。接著氣體往U型管底部擴(kuò)散，與水中的銅絲發(fā)生反應(yīng)，即：

3NO2+H2O=2HNO3+NO

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

因此溶液顏色會(huì)變藍(lán)色。一段時(shí)間后，生成的NO會(huì)經(jīng)過具支試管的支管口處，這時(shí)利用內(nèi)空的多用滴管注氣，支管口處會(huì)有紅棕色氣體NO2生成，即：

2NO+O2=2NO2

最后NO和NO2會(huì)與具支試管的水反應(yīng)，達(dá)到尾氣處理的目的。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生講述自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，鍛煉了學(xué)生的講解分析實(shí)驗(yàn)的能力，同時(shí)讓其他同學(xué)聆聽并思考，達(dá)到共同進(jìn)步的目的。

(四)歸納總結(jié)

老師：同學(xué)們，我們今天完成了銅和濃硝酸、稀硝酸的實(shí)驗(yàn)，知道了NO2和NO的物理性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生小結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容，并布置課后作業(yè)鞏固本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

七、板書設(shè)計(jì)

Cu與濃、稀硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

1、物理性質(zhì)：

NO是無色、無味、有毒且難溶于水的氣體；NO2是一種紅棕色、有剌激性氣味的有毒氣體。

2、化學(xué)性質(zhì)：

NO2易和水反應(yīng)，有強(qiáng)氧化性。

NO在水中的溶解度較小，而且不與水發(fā)生反應(yīng)。

常溫下NO很容易氧化為二氧化氮。

3、反應(yīng)方程式：

Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2(稀)+2NO↑+4H2O

2NO+O2=2NO2

八、教學(xué)設(shè)計(jì)反思

微型實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)裝置簡單，可操作性強(qiáng)，適用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的演示以及學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)提高實(shí)驗(yàn)的安全性、可控性，并且節(jié)約了反應(yīng)所需的試劑用量及反應(yīng)時(shí)間。

充分利用資源，能夠在短時(shí)間內(nèi)觀察到銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的現(xiàn)象，使學(xué)生對硝酸的氧化性強(qiáng)弱有了直觀深刻的了解。