蔗糖與濃硫酸實驗改進及探究教學(xué)設(shè)計

陳文婷

摘要：教材中蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的實驗存在不足之處，缺乏探究性和環(huán)保性。為了便于學(xué)生進行實驗探究，對此實驗進行改進，簡化實驗儀器和操作。同時，將此部分內(nèi)容設(shè)計為探究教學(xué)。學(xué)生利用改進后的實驗裝置探究氣體產(chǎn)物，掌握濃硫酸的脫水性和強氧化性，并學(xué)會根據(jù)化學(xué)問題提出假設(shè)，并設(shè)計實驗方案，完成操作，得出結(jié)論，從而培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：蔗糖與濃硫酸反應(yīng);實驗改進;實驗探究

文章編號：1008-0546（2019）03-0081-02 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.025

一、研究的背景

濃硫酸的性質(zhì)是高中化學(xué)必修1專題四中重要的教學(xué)內(nèi)容，濃硫酸的脫水性利用蔗糖與濃硫酸的反應(yīng)實驗進行教學(xué)。此實驗在人教版中以大家熟悉的“黑面包”實驗呈現(xiàn)，優(yōu)點是現(xiàn)象明顯，學(xué)生有強烈的感官認(rèn)識，但是大量的刺激性氣味氣體排放到空氣中不環(huán)保，也無法對產(chǎn)生的氣體進行檢驗。蘇教版中將此實驗經(jīng)過一定的改進，增加了橡膠塞比較環(huán)保，并利用品紅檢驗SO：，但該實驗是驗證性實驗，缺乏探究性，驗證的氣體單一。很多教師對此實驗進行了改進，吳松原、吳叔娥、何婧等老師主要進行了一體化的改進;王建芬老師主要關(guān)注環(huán)保性的改進;李鳳英老師等進行了微型化的設(shè)計改進。可見，大多改進集中在將該實驗進行一體化、趣味性、環(huán)?；?、微型化的設(shè)計改進，一體化的改進所用儀器多、組裝復(fù)雜、所消耗藥品較多，有些微型化的設(shè)計現(xiàn)象不明顯不利于學(xué)生觀察，更重要的是這些改進實驗操作較繁瑣不利于學(xué)生的探究操作。

二、設(shè)計思路

普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）提出了培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)“核心素養(yǎng)”。實驗探究是一種重要的科學(xué)實踐，是化學(xué)核心素養(yǎng)的維度之一，是培養(yǎng)學(xué)生高階思維的重要方式。核心素養(yǎng)之“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”中對學(xué)生提出了不同水平要求，對于高一學(xué)生應(yīng)該達到水平1和水平2，水平2要求學(xué)生“能對簡單化學(xué)問題的解決提出可能的假設(shè)，依據(jù)假設(shè)設(shè)計實驗方案，組裝儀器，與同學(xué)合作完成實驗操作……”。

因此，筆者認(rèn)為應(yīng)深入挖掘此實驗的功能：①認(rèn)識濃硫酸的脫水性;②對產(chǎn)生的氣體進行探究，調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力;③補充炭和濃硫酸反應(yīng)的實驗，彌補教材的不足，使學(xué)生對濃硫酸的強氧化性有更深入的理解。為了更適合學(xué)生的探究操作，筆者對此實驗進行了改進，簡化了實驗所需的儀器和操作步驟，并設(shè)計了利用此改進實驗進行濃硫酸脫水性和強氧化性的探究式教學(xué)。

三、實驗改進

1.實驗儀器和藥品

儀器：抽濾瓶（250mL）、針筒（25mL或50mL）、燒杯、橡膠塞、橡膠管、止水夾。

藥品：蔗糖、濃硫酸、BaCI2溶液、酸性高錳酸鉀溶液、澄清石灰水、NaOH溶液、銀氨溶液。

2.實驗裝置圖和操作原理（見圖1）

收集氣體：在抽濾瓶中加入稱好的蔗糖（10g），預(yù)先加入幾滴水，并用針筒注入濃硫酸（6mL），觀察現(xiàn)象，排除空氣一段時間后（瓶中出現(xiàn)較多霧時），用針筒收集氣體，蓋上針帽，可收集2～3針筒備用。

氣體探究：用已收集氣體的針筒抽取不同的試劑，觀察現(xiàn)象從而探究氣體的成分。

尾氣處理：收集完氣體將導(dǎo)管末端伸入NaOH溶液中，尾氣處理。

四、實驗探究教學(xué)設(shè)計

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過觀察蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的實驗操作，了解濃硫酸的脫水性。

（2）通過探究蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的氣體，掌握濃硫酸的強氧化性。

（3）學(xué)會根據(jù)化學(xué)問題提出假設(shè)，并設(shè)計實驗方案，完成操作，得出結(jié)論。

2.教學(xué)過程

環(huán)節(jié)1“黑面包”實驗引入

【播放視頻】播放“黑面包”實驗視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象。

【提問】“為什么白色蔗糖變黑？”

【學(xué)生觀察】學(xué)生觀察到白色蔗糖先變黃，繼而變黑。學(xué)生討論，得出濃硫酸的脫水性。

環(huán)節(jié)2提出問題，作出假設(shè)

①為何黑色固體膨脹？②氣體從何而來？③氣體的成分是什么？

【學(xué)生回答】“黑色固體膨脹”是因為產(chǎn)生了大量的氣體。學(xué)生從脫水后的產(chǎn)物，提出假設(shè)“可能是c和濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生了氣體”，并提出該氣體可能是“CO、CO2、SO2、SO3”。

【資料信息】提供三氧化硫的熔沸點。由于S03的沸點很低，常溫下為液體，但該體系放出大量的熱，故此時S03很可能是以氣體的形式存在。

環(huán)節(jié)3設(shè)計探究氣體的實驗方案

【提問】如何探究這些氣體成分？學(xué)生討論設(shè)計方案，最終制定以下方案。

SO3用BaCl2溶液檢驗，觀察是否有白色沉淀生成;

SO2用KMnO4溶液檢驗，觀察是否褪色;

CO2用ca（OH）2溶液檢驗，是否產(chǎn)生白色沉淀，檢驗前需要確認(rèn)SO2是否除盡;

CO用CuO檢驗需加熱，操作不便。經(jīng)查資料用銀氨溶液檢驗，觀察是否出現(xiàn)黑色的銀單質(zhì)。

環(huán)節(jié)4學(xué)生實驗探究，獲取證據(jù)

【學(xué)生實驗】指導(dǎo)學(xué)生利用改進后的實驗裝置進行實驗，見圖2。

步驟1：稱取10g蔗糖置于抽濾瓶中，用針筒注入6mL濃硫酸，蓋上橡膠塞，導(dǎo)管一端先伸A～NaOH溶液中，待排出一段氣體（主要為空氣），將針筒前端插入導(dǎo)管中，收集氣體（圖3），可收集2～3針筒氣體。收集完畢，將導(dǎo)管伸入NaOH溶液中進行尾氣處理。

步驟2：取一針筒氣體I，抽取BaCl2溶液，振蕩，未觀察到白色沉淀。

步驟3：另取一針筒氣體Ⅱ，抽取KMnO4溶液（圖4），振蕩，觀察到紫紅色褪去。

步驟4：檢驗COz時，為了避免sO2的干擾，將針筒氣體Ⅱ中褪色的KMnO4溶液排出，再抽取KMnO4溶液，振蕩，發(fā)現(xiàn)紫紅色未完全褪色，說明針筒內(nèi)已無SO2氣體。

步驟5：將未完全褪色的KMnO4溶液排出，抽取澄清石灰水（圖5），振蕩，注入小試管中，發(fā)現(xiàn)澄清石灰水變渾濁（圖6）。

步驟6：最后，針筒Ⅱ抽取銀氨溶液，檢驗CO的存在，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)黑色固體。

環(huán)節(jié)5分析解釋，形成結(jié)論

環(huán)節(jié)6反思

經(jīng)過以上一系列的環(huán)節(jié)，學(xué)生最后對整個過程進行了交流和總結(jié)，認(rèn)為此實驗探究有趣、操作簡便、環(huán)保。而且通過探究過程對濃硫酸的脫水性和強氧化性有非常深刻的認(rèn)識。

五、改進實驗的優(yōu)點

筆者對蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實驗進行了改進并運用于學(xué)生探究教學(xué)中。本實驗的教學(xué)有以下幾點改進：（1）將講授式教學(xué)改為探究式教學(xué)，提升學(xué)生探究思維水平、實驗探究能力，切實培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。（2）補充了炭與濃硫酸反應(yīng)的探究實驗，深化學(xué)生對濃硫酸強氧化性的認(rèn)識。（3）進一步復(fù)習(xí)鞏固了sO：的性質(zhì)。（4）儀器簡化、操作方便。針筒抽取試劑很方便，避免了多套儀器連接的麻煩。學(xué)生更容易操作，更適合學(xué)生探究，激發(fā)學(xué)生的興趣。（5）環(huán)保、可控制藥品用量。針筒可選擇不同的規(guī)格，抽取的試劑的量也可多可少，節(jié)約藥品。