基于傳感器技術(shù)的化學(xué)教學(xué)設(shè)計

吳琳潔

【中圖分類號】G623.21 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）19-0-01

鈉與水的反應(yīng)是人教版必修1第三章第一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，作為堿金屬元素的代表，鈉的性質(zhì)在教材和教學(xué)中的地位一直不變。而鈉與水的反應(yīng)作為驗證金屬鈉性質(zhì)的重要實驗，是本節(jié)的重點，也是難點，重點的突出和難點的突破，就是通過鈉與水的反應(yīng)實驗來實現(xiàn)的。為了符合教學(xué)的需要，鈉與水反應(yīng)的改進(jìn)和完善實驗層出不窮，基本圍繞金屬鈉的用量、氣體的檢驗、實驗操作的安全性、實驗效果的直觀性、實驗裝置的簡便性等方面，均缺乏有力的數(shù)據(jù)支撐。新課標(biāo)提出核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)必須把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和探究能力作為核心素養(yǎng)，其中明確指出：“通過以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，使學(xué)生體驗科學(xué)研究的過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強(qiáng)化科學(xué)探究的意識，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力?！币虼宋覈L試圍繞氣體的檢驗、并借助于傳感器技術(shù)對鈉與水的實驗教學(xué)設(shè)計做相應(yīng)的改進(jìn)。

一、教材分析

初中化學(xué)介紹的金屬主要是鈉、鋁、鐵，以物理性質(zhì)為為主，化學(xué)性質(zhì)只提到金屬鐵與氧氣的反應(yīng)，同時介紹了金屬活動性順序，使學(xué)生初步掌握金屬與鹽、酸的反應(yīng)規(guī)律。本節(jié)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”是在初中介紹的金屬材料的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加深和提高。其中活潑金屬最具代表性的是鈉，而鈉與水的反應(yīng)是鈉的重要性質(zhì)之一。通過鈉與水的反應(yīng)的學(xué)習(xí)，可以對上一章所學(xué)氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的知識加以鞏固、應(yīng)用，同時對后續(xù)其他金屬化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)有指導(dǎo)意義。鈉與水的反應(yīng)，是通過實驗來認(rèn)識的，現(xiàn)象比較多，為了更好的觀察實驗，教材設(shè)計了觀察提示，引導(dǎo)學(xué)生得出鈉的密度、熔點、反應(yīng)產(chǎn)物與熱效應(yīng)等相關(guān)結(jié)論，可以更好的培養(yǎng)學(xué)生的觀察與分析能力。優(yōu)化實驗現(xiàn)象，對鈉與水的反應(yīng)實驗進(jìn)行改進(jìn)，有利于提高學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新能力，培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)。

二、學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)掌握金屬活動性順序，結(jié)合金屬鈉原子結(jié)構(gòu)的分析，能推斷出金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)比較活潑。通過第一章化學(xué)實驗基本方法的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具體基本的實驗操作技能，通過對實驗現(xiàn)象的觀察與分析，可得出金屬鈉所具有的相關(guān)性質(zhì)。同時通過觀察本實驗設(shè)計中存在的不足，思考相應(yīng)的改進(jìn)措施與方案，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新能力。

三、教學(xué)目標(biāo)

知識與技能：知道鈉與水反應(yīng)的實驗現(xiàn)象，并能夠通過現(xiàn)象分析出鈉的相關(guān)性質(zhì)，正確寫出鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式，認(rèn)識金屬鈉的活潑性。

過程與方法：對實驗中的現(xiàn)象的分析，了解一種推斷產(chǎn)物的方法，提高學(xué)生的觀察與分析能力。

情感態(tài)度與價值觀：通過鈉與水實驗的創(chuàng)新設(shè)計，啟迪學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新的思維，培養(yǎng)學(xué)生對于實驗的興趣，體會成功的喜悅。

四、教學(xué)過程

1.復(fù)習(xí)回顧

金屬物理性質(zhì)的通性：銀白色、有金屬光澤，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延展性;金屬鐵能夠與氧氣、非氧化性酸、鹽反應(yīng)

2.演示實驗

實驗儀器和試劑

三頸燒瓶、玻璃導(dǎo)管、分液漏斗、蒸發(fā)皿、磁力攪拌器、普通溫度傳感器、pH傳感器、數(shù)據(jù)采集器、鑷子、濾紙、玻璃片、小刀、大頭針

金屬鈉、蒸餾水、肥皂水。

實驗裝置如圖：

實驗過程：

①向三頸燒瓶中放入磁子，加入適量蒸餾水。在橡膠塞內(nèi)部穿插一根針，同時在針尖部位固定一塊黃豆大小的金屬鈉，塞緊橡膠塞。

②打開磁力攪拌器開關(guān)，點擊工具欄上“開始”按鈕進(jìn)行采集，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，拔掉橡膠塞上的大頭針，鈉塊進(jìn)入水中，觀察溶液中溫度和pH值變化的情況。

③當(dāng)肥皂水中有氣泡產(chǎn)生，用導(dǎo)管末端蘸取肥皂液，等氣泡長大后，輕輕抖動玻璃導(dǎo)管，觀察到氣泡向上飛走。待蒸發(fā)皿中產(chǎn)生較多氣泡時，用點燃的木條靠近氣泡。

（3）實驗現(xiàn)象

可以看到鈉塊浮在水面上，發(fā)出“嘶嘶”響聲，熔成一個小球。加入鈉塊之后，也就是采集數(shù)據(jù)的第42S，溶液的pH開始明顯增大，從7迅速上升到11;同時溫度開始升高，從18.3℃一直上升到21.5℃。導(dǎo)管末端產(chǎn)生的氣泡上浮，用燃著的木條靠近，氣泡燃燒，聽到“噗”的爆鳴聲。

（4）現(xiàn)象討論

討論的問題如下：

①鈉塊浮在水面上，說明了什么問題？（鈉的密度比水小）

②pH讀數(shù)由小變大，說明了什么？（反應(yīng)過程中有堿性物質(zhì)生成）

③溫度讀數(shù)逐漸升高，說明了什么？（反應(yīng)過程中放出熱量）

④產(chǎn)生的氣泡上浮，且能夠燃燒，說明生成的是什么氣體？（氫氣）

（5）分析原因

鈉塊與水反應(yīng)時，浮在水面上，說明鈉的密度比水小;熔成一個小球，同時測得溶液的溫度升高，說明反應(yīng)過程中放出熱量;四處游動，通過點燃所產(chǎn)生氣泡，說明反應(yīng)過程中有氣泡產(chǎn)生;pH不斷升高，說明反應(yīng)過程中有堿NaOH生成。

（6）實驗結(jié)論

鈉與水反應(yīng)生成堿NaOH和氫氣，同時放出熱量。2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

（7）學(xué)生分組實驗

A.用鑷子取黃豆大一塊金屬鈉，吸干表面的煤油，投入CuSO4溶液，觀察現(xiàn)象。

B.用鑷子取一小塊金屬鈉，吸干表面的煤油，投入鹽酸溶液，觀察現(xiàn)象。

（8）學(xué)生分析

問題1：鈉浮在液面上，融成一個小球，四處游動，有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生，鈉首先與水反應(yīng)，生成的NaOH再與CuSO4發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成難溶性的Cu（OH）2

問題2：現(xiàn)象同鈉與水的反應(yīng)類似，且反應(yīng)更劇烈。鈉與水反應(yīng)置換出H2，實質(zhì)是與水電離出來的H+反應(yīng)，鹽酸溶液中含有大量的H+，所以鈉投入鹽酸中，實質(zhì)是與HCl電離出來的H+置換產(chǎn)生氫氣。

（9）課堂小結(jié)

鈉是一種活潑金屬，跟水劇烈反應(yīng)，生成堿和氫氣，放出大量的熱。

（10）課堂練習(xí)

①寫出鈉與水反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程和離子方程。

②鈉與水反應(yīng)時產(chǎn)生的各種現(xiàn)象如下：鈉浮在水面上;鈉沉在水底;鈉融化成小球;小球迅速游動逐漸減小，最后消失;發(fā)出嘶嘶的聲音;滴入酚酞后溶液顯紅色。

五、傳感技術(shù)在課堂教學(xué)中應(yīng)用

化學(xué)課程注重發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，是適應(yīng)世界教育改革發(fā)展趨勢、提升我國教育國際競爭力的迫切需要。將手持技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)，突破教學(xué)難點、促進(jìn)學(xué)生理解，可以更好地發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，在全球信息化的環(huán)境中給予學(xué)生未來發(fā)展必備的品格和關(guān)鍵能力[1]。

參考文獻(xiàn)

[1]劉姝姮，金士寶.利用手持技術(shù)發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).吉林省教育學(xué)院學(xué)報，2019（1）.