優(yōu)化課堂演示實(shí)驗(yàn) 提升學(xué)生核心素養(yǎng)
——以乙烯與溴的四氯化碳溶液反應(yīng)為例

屠飛杰

(浙江省紹興市華維外國語學(xué)校 312300)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，在日常教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)探究是化學(xué)科學(xué)研究物質(zhì)及其變化的重要方式，是學(xué)生研習(xí)化學(xué)科學(xué)的必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力.教師的課堂演示實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)和提出實(shí)驗(yàn)問題的能力；猜想與假設(shè)能力；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力；控制實(shí)驗(yàn)條件的能力；收集證據(jù)的能力；得出結(jié)論能力；反思與評(píng)價(jià)能力起著積極的作用.但由于一線教師做演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)候急于達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，缺少給學(xué)生思考和質(zhì)疑的時(shí)間，使演示實(shí)驗(yàn)失去了提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要功能，僅僅成為吸引學(xué)生興趣類似于“魔術(shù)”的淺層次的觀賞.筆者以乙烯與溴的四氯化碳溶液反應(yīng)這一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)為例，通過教師對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，師生共同探究加成反應(yīng)的本質(zhì)，共同提升師生的化學(xué)核心素養(yǎng).

乙烯與溴的四氯化碳溶液反應(yīng)是高中課本中的重要的演示實(shí)驗(yàn)，通過該反應(yīng)來引導(dǎo)學(xué)生對(duì)加成反應(yīng)的學(xué)習(xí).但蘇教版《必修二》第63頁中活動(dòng)與探究的演示實(shí)驗(yàn)只說明了乙烯與溴的四氯化碳溶液發(fā)生了反應(yīng)，于是學(xué)生提出疑問：1.用濃硫酸和乙醇反應(yīng)制取的乙烯中有沒有雜質(zhì)也會(huì)與溴的四氯化碳溶液反應(yīng)？2.為什么乙烯與溴的四氯化碳溶液發(fā)生了加成反應(yīng)而不是像甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)呢？針對(duì)學(xué)生的兩個(gè)問題，筆者對(duì)乙烯制取的方法進(jìn)行了調(diào)整，對(duì)該反應(yīng)是加成反應(yīng)還是取代反應(yīng)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)裝置加以驗(yàn)證.

一、改變乙烯制取的方法

傳統(tǒng)的制取乙烯的方法是通過濃硫酸和乙醇在加熱到170℃來獲取，由于濃硫酸有脫水性和氧化性，濃硫酸能將乙醇氧化，生成CO2、CO和C等，而它本身還原成SO2.而這些氣體在加熱時(shí)會(huì)隨著乙烯一起出來，SO2也能與溴反應(yīng)而使溴的四氯化碳溶液褪色，從而干擾了實(shí)驗(yàn).

用NaOH固體與藥品乙烯利溶液反應(yīng)，反應(yīng)得到的產(chǎn)物為乙烯、氯化鈉、磷酸鈉和水，最終獲取只含少量水蒸氣的乙烯.

二、合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究反應(yīng)的本質(zhì)

乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色，只能說明發(fā)生了反應(yīng)，不能說明是發(fā)生了加成反應(yīng)還是取代反應(yīng)？乙烯與溴發(fā)生加成反應(yīng)的產(chǎn)物是1,2-二溴乙烷，假設(shè)發(fā)生了取代反應(yīng)那么反應(yīng)的產(chǎn)物為乙烯的溴代物和溴化氫.那么如何來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)反應(yīng)是加成反應(yīng)而不是取代反應(yīng)就成為一個(gè)難點(diǎn).

筆者在相關(guān)文獻(xiàn)中找到了驗(yàn)證乙烯與溴反應(yīng)為加成反應(yīng)的方法.其方法如下：在充滿乙烯的礦泉水瓶中倒入適量的溴的四氯化碳溶液，迅速塞好瓶塞，充分振蕩.現(xiàn)象：橙紅色褪去，礦泉水瓶瓶身凹陷.該實(shí)驗(yàn)利用了乙烯與溴的四氯化碳溶液反應(yīng)生成1,2-二溴乙烷，使原來充滿乙烯氣體的礦泉水瓶壓強(qiáng)減小而凹陷來說明是加成反應(yīng).如果是取代反應(yīng)就有溴化氫氣體生成，就不會(huì)使礦泉水瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小而使礦泉水瓶凹陷.對(duì)此個(gè)人覺得有以下幾個(gè)問題：1.用排水法進(jìn)行收集乙烯，礦泉水瓶會(huì)有水殘留，如果說發(fā)生的是取代反應(yīng)，生成的溴化氫氣體極易溶于水也可能會(huì)引起礦泉水瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小而使礦泉水瓶凹陷.2.如果用排空氣法收集乙烯，就會(huì)導(dǎo)致礦泉水瓶?jī)?nèi)乙烯不純，具體里面量有多少也不清楚.3.溴的四氯化碳溶液配置中，溴的量無法控制，為了提高實(shí)驗(yàn)的成功率，溴的量應(yīng)少一些.4.實(shí)驗(yàn)的成功率不是很高，受到礦泉水瓶乙烯的量的多少和溴的四氯化碳溶液中溴的量的多少兩個(gè)影響因素，有幾次實(shí)驗(yàn)礦泉水瓶凹陷，但是溶液顏色褪色不明顯.

針對(duì)上述問題，筆者還是從加成反應(yīng)和取代反應(yīng)的最大區(qū)別是是否有溴化氫氣體生成入手，調(diào)整了思路，既然直接驗(yàn)證溴化氫存在溴的干擾，那為什么不能換個(gè)角度去驗(yàn)證溴化氫不存在，從而說明不是取代反應(yīng).于是筆者組裝了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置.

打開分液漏斗的旋塞，使乙烯利溶液滴到盛有NaOH固體的錐形瓶中，兩種物質(zhì)快速反應(yīng)獲得乙烯，乙烯氣體中會(huì)含有少量水蒸氣.將氣體通入盛有濃硫酸的具支試管中進(jìn)行洗氣，除去水蒸氣，得到純凈的乙烯氣體.乙烯氣體能使溴的四氯化碳溶液褪色，說明乙烯能與溴發(fā)生反應(yīng).第三個(gè)盛有四氯化碳溶液的具支試管的作用是吸收少量可能從第二個(gè)具支試管中揮發(fā)出來的溴，防止對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行干擾.筆者在課堂上等溴的四氯化碳溶液褪色后，取下最后一個(gè)試管，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，假設(shè)有溴化氫氣體生成，利用溴化氫不溶于四氯化碳溶液的性質(zhì)，那么最后的水溶液就會(huì)變成氫溴酸，可以用pH計(jì)測(cè)量溶液的pH或者取樣滴加硝酸銀溶液觀察有無沉淀的方法來判斷有無溴化氫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證明無溴化氫，那么就可以證明沒有發(fā)生取代反應(yīng)，發(fā)生的是加成反應(yīng).

通過如圖設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，不僅保留了課本演示實(shí)驗(yàn)中的使溴的四氯化碳溶液褪色的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而且可以更好的說明該反應(yīng)是加成反應(yīng)而不是取代反應(yīng)，有利于學(xué)生進(jìn)一步掌握加成反應(yīng)和取代反應(yīng)的不同機(jī)理.

實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新意識(shí)是化學(xué)核心素養(yǎng)的實(shí)踐基礎(chǔ)，是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容.教師需要不斷學(xué)習(xí)，去借鑒和改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)，從而不斷的優(yōu)化課堂演示實(shí)驗(yàn)，并科學(xué)合理的設(shè)問，使演示演示真正成為激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生的思維，闡明化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的捷徑.