自制管道疏通劑項(xiàng)目式復(fù)習(xí)教學(xué)案例

吳冰玉

摘要： 以“自制管道疏通劑”為項(xiàng)目進(jìn)行氫氧化鈉及碳酸鈉性質(zhì)等知識的復(fù)習(xí)教學(xué)。通過初識疏通劑、使用疏通劑、自制疏通劑等項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)探究，對氫氧化鈉的性質(zhì)、氧氣二氧化碳等氣體的檢驗(yàn)，以及碳酸鈉、過氧化氫的性質(zhì)進(jìn)行綜合復(fù)習(xí)，以期培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作技能和綜合計(jì)算等能力。

關(guān)鍵詞： 項(xiàng)目式復(fù)習(xí)教學(xué)； 氫氧化鈉及碳酸鈉性質(zhì)； 管道疏通劑； 綜合復(fù)習(xí)

文章編號： 10056629（2023）07006205

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 項(xiàng)目主題分析

氫氧化鈉和碳酸鈉均為初中化學(xué)的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容，作為常見物質(zhì)的代表被編入“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”這一內(nèi)容主題中?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對其的學(xué)習(xí)要求如下［1］：“以氫氧化鈉、碳酸鈉為例，通過實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識堿、鹽的主要性質(zhì)和用途；能基于真實(shí)問題情境，依據(jù)常見物質(zhì)的性質(zhì)，初步分析和解決相關(guān)的綜合問題?！?/p>

管道疏通劑是一種新型管道清潔疏通產(chǎn)品，主要針對家庭中廚衛(wèi)設(shè)施由于油脂、毛發(fā)、菜渣、紙棉纖維等各種有機(jī)物質(zhì)造成的管道堵塞進(jìn)行疏通。目前市售疏通劑主要分為固體和液體兩大類：液體疏通劑的主要成分是表面活性劑；固體類的疏通劑（相關(guān)資料見表1）主要成分為氫氧化鈉，通過利用氫氧化鈉的腐蝕性來腐蝕軟化堵塞物。除此之外還會添加鋁粉或過碳酸鈉（2Na2CO3·3H2O2），通過和其他成分反應(yīng)產(chǎn)生氣體的壓強(qiáng)差沖開管道內(nèi)的腐蝕物。本項(xiàng)目選用市售某品牌固體疏通劑，根據(jù)使用注意事項(xiàng)進(jìn)行主要成分的探究，以成分的配比研究與制作為主題任務(wù)，通過制作固體管道疏通劑對人教版教材第九、十單元的常見堿（氫氧化鈉）、鹽（碳酸鈉）和過氧化氫制取氧氣的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行綜合復(fù)習(xí)。

2 項(xiàng)目任務(wù)及教學(xué)流程

本項(xiàng)目的任務(wù)與教學(xué)流程設(shè)計(jì)如表2所示。

3 項(xiàng)目實(shí)施過程及學(xué)生學(xué)習(xí)成果

3.1 初識疏通劑，定性介紹疏通劑

學(xué)習(xí)任務(wù)一：（1）根據(jù)疏通劑的外觀（如圖1）、疏通劑的溶解效果（如圖2）和使用注意事項(xiàng)（見表1），總結(jié)疏通劑主要成分及特點(diǎn)，并思考可能的成分是什么？（2）你認(rèn)為為什么疏通劑禁止用于鋁管？

［學(xué)生討論匯報(bào)］（1）觀察到疏通劑是兩種白色固體和一種有金屬光澤的固體的混合物；可以把蔬菜、毛發(fā)、肉類腐蝕掉；注意事項(xiàng)中提到嚴(yán)禁接觸皮膚或口服；溶解時會放熱，不得與酸性物質(zhì)混用；要密封保存防潮。根據(jù)上述內(nèi)容，猜想其主要成分（含量最多的成分）是氫氧化鈉。（2）猜測鋁會與主要成分反應(yīng)。

［教師支持］總結(jié)氫氧化鈉的性質(zhì)（白色片狀固體，易潮解，會與空氣中的二氧化碳反應(yīng)需要密封保存，會與酸性物質(zhì)反應(yīng)，溶于水放出大量的熱，具有強(qiáng)烈腐蝕性不可以直接接觸皮膚，如果不慎沾染需應(yīng)急處理）；講述利用氫氧化鈉腐蝕性對管道內(nèi)的堵塞物進(jìn)行腐蝕溶解；請學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想：鋁會和主要成分氫氧化鈉反應(yīng)。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究］鋁是否會和氫氧化鈉反應(yīng)。添加適量的鋁和氫氧化鈉至試管中，倒入水，觀察到產(chǎn)生大量的氣泡。

［教師提問］產(chǎn)生的氣體是什么？請根據(jù)元素守恒進(jìn)行猜想并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］猜想可能是氫氣；類比金屬與酸的反應(yīng)對產(chǎn)生氣體氫氣的驗(yàn)證方法，用橡膠塞塞緊試管，一段時間后，打開橡膠塞，用燃著的木頭放在試管口，聽到爆鳴聲，說明產(chǎn)生的氣體是氫氣。

［教師總結(jié)］金屬鋁是兩性金屬，除了與酸反應(yīng)，還可以與堿氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生氫氣（2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑），這個知識點(diǎn)我們會在高中進(jìn)一步學(xué)習(xí)。那么制備疏通劑只用氫氧化鈉就夠了嗎？下面開始我們的項(xiàng)目之旅。

3.2 使用疏通劑，從體驗(yàn)角度再探疏通劑

學(xué)習(xí)任務(wù)二：對比分別向疏通劑中加水（使用疏通劑）與氫氧化鈉中加水后的現(xiàn)象，猜測疏通劑中是否存在其他物質(zhì)。

［學(xué)生猜想］疏通劑中加水瞬間產(chǎn)生大量的氣體，伴有熱量變化，氫氧化鈉溶于水只存在溫度的變化。說明疏通劑中還存在能產(chǎn)生氣體的物質(zhì)。

［教師支持］疏通劑中存在能產(chǎn)生氣體的物質(zhì)，通過產(chǎn)生的氣體制造壓強(qiáng)差，把被腐蝕溶解后的物質(zhì)沖開從而起到疏通效果。結(jié)合注意事項(xiàng)中的保存方式需要避免陽光直射，大家猜測其他有效成分具有什么特點(diǎn)？

［學(xué)生猜想］避免陽光直射說明其他有效成分受熱易分解。

［教師支持］為什么加水就可以讓這種物質(zhì)分解呢？這種物質(zhì)可能是什么？

［學(xué)生猜想］氫氧化鈉溶于水放出的熱可以使該物質(zhì)分解，推測可能是過氧化氫。

［教師支持］另一種有效成分其實(shí)是過碳酸鈉（2Na2CO3·3H2O2），這是一種無機(jī)化合物，外觀為白色結(jié)晶，是過氧化氫與碳酸鈉的加成化合物，主要作用是漂白劑和氧化劑［2］。思考產(chǎn)生的氣體可能是什么？

［學(xué)生猜想］根據(jù)元素守恒和過氧化氫與碳酸鈉的性質(zhì)推測產(chǎn)生氣體可能是二氧化碳或氧氣（猜想一：二氧化碳；猜想二：氧氣；猜想三：氧氣和二氧化碳）。

［教師支持］碳酸鈉在何種情形會反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)生氣體。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究］操作：將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰石，觀察是否變渾濁；將燃著的木條放在試管口，觀察現(xiàn)象。結(jié)論：疏通劑與水作用產(chǎn)生的氣體是氧氣。

［教師提問］為什么不直接添加過氧化氫？而是選用過碳酸鈉？

［學(xué)生思考］猜想一：過碳酸鈉制氧速率更穩(wěn)定；猜想二：過碳酸鈉制氧效果更好。

［教師支持］提供兩種物質(zhì)制氧效率圖表：過氧化氫的制氧效率與過氧化氫溶液的濃度有關(guān)（如圖3），濃度較低時制取速率較慢，濃度過高時無法長時間持續(xù)供氧［3］。過碳酸鈉制氧需要在水溶液體系中進(jìn)行，采用過碳酸鈉為制氧劑可以持續(xù)穩(wěn)定供氧（如圖4），產(chǎn)氧量和產(chǎn)氧速率均隨加水量的增加而增大［4］。

［教師總結(jié)］疏通劑的主要成分為氫氧化鈉和過碳酸鈉，其中氫氧化鈉在腐蝕堵塞物的同時，還會溶于水并放出大量的熱，使得過碳酸鈉遇熱可以持續(xù)穩(wěn)定地放出氧氣，一方面可以產(chǎn)生壓強(qiáng)差沖擊堵塞物，另一方面未分解的過碳酸鈉還可以利用自身的氧化性去除頑固污漬，使附著在管道上的污垢分解脫離。

［教師提問］結(jié)合管道疏通劑的疏通原理，推測另一種具有金屬光澤的固體是什么物質(zhì)？

［學(xué)生推測］從外觀看這是一種金屬，從用途反推性質(zhì)，該金屬物質(zhì)可能在氫氧化鈉溶液中會產(chǎn)生氣體。該金屬可能為鋁。

［教師總結(jié)］這種金屬就是鋁，管道疏通劑添加鋁也可以加快產(chǎn)生氣體的速率，同時放出更多的熱。

3.3 自制疏通劑，從定量角度制作疏通劑

學(xué)習(xí)任務(wù)三：（1）計(jì)算管道疏通劑中的成分配比（氫氧化鈉與過碳酸鈉比例）；（2）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，配制簡易版管道疏通劑（無需添加鋁）并進(jìn)行成果檢驗(yàn)，疏通堵塞的“管道”。

［學(xué)生討論方案一］利用二氧化碳的質(zhì)量計(jì)算過碳酸鈉的質(zhì)量。

學(xué)生以小組為單位，討論了多種實(shí)驗(yàn)方案，選取具有代表性的方案進(jìn)行探討與展示。方案1（如圖5）基本思路正確，但是忽略了裝置的壓強(qiáng)問題，密閉裝置產(chǎn)生氣體壓強(qiáng)過大會造成危險(xiǎn)，經(jīng)提示后在裝有氫氧化鈉溶液的裝置添加了一根短導(dǎo)管，卻忽略了空氣中存在的二氧化碳也會被氫氧化鈉溶液吸收。方案2（如圖6）忽略了鹽酸的揮發(fā)性，部分鹽酸揮發(fā)出的HCl氣體也會被氫氧化鈉溶液吸收，故應(yīng)選用稀硫酸為好。

［教師追問］除了考慮酸的種類、尾氣處理，還需要考慮什么會造成測量二氧化碳?xì)怏w的誤差？

［學(xué)生思考］要保證反應(yīng)前裝置內(nèi)不存在二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w全部被排入裝有濃氫氧化鈉溶液的裝置中，可以在實(shí)驗(yàn)開始前就向裝置內(nèi)持續(xù)通入氮?dú)狻?/p>

［學(xué)生討論方案二］利用氧氣的質(zhì)量計(jì)算過碳酸鈉的質(zhì)量。

方案3（如圖7）的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了學(xué)生對排水法有了一定的掌握，但是又忽略了干燥裝置。方案4（如圖8）采用了注射器，思維比較先進(jìn)，但是未考慮到受較小注射器容量限制，測量氣體的體積也存在一定的限制。

［教師總結(jié)］實(shí)驗(yàn)可以通過兩種方案測定配比：一種是通過測定氫氧化鈉增重質(zhì)量得到二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算出過碳酸鈉的質(zhì)量，再利用樣品質(zhì)量減去過碳酸鈉質(zhì)量求得氫氧化鈉的質(zhì)量；另一種是測定氧氣體積換算為質(zhì)量，利用氧氣質(zhì)量計(jì)算過碳酸鈉的質(zhì)量。

［教師支持］廠家做了大量的測試，綜合疏通效果與經(jīng)濟(jì)成本選取了最佳的成分配比生產(chǎn)產(chǎn)品。請大家根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，自制管道疏通劑，對堵塞“管道”（如圖9）進(jìn)行疏通測試，檢查自制產(chǎn)品的實(shí)際效果。

［學(xué)生活動］根據(jù)計(jì)算結(jié)果，稱取一定質(zhì)量的過碳酸鈉與氫氧化鈉，置于樣品瓶中混合均勻，對堵塞的“管道”進(jìn)行疏通（實(shí)際效果需要等待20分鐘左右，因此可以組織學(xué)生在下一節(jié)課的課間再次返回觀看產(chǎn)品效果）。

4 教學(xué)反思及改進(jìn)建議

4.1 項(xiàng)目式教學(xué)可以改善傳統(tǒng)復(fù)習(xí)課的弊端，提升復(fù)習(xí)效果

傳統(tǒng)的復(fù)習(xí)課很容易變?yōu)橹R的堆砌，長此以往學(xué)生很容易失去對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)讓學(xué)生通過解決真實(shí)情境中的實(shí)際問題，幫助學(xué)生將理論知識有效遷移到實(shí)際生活的應(yīng)用中去，可以將知識進(jìn)一步升華，大大提升了復(fù)習(xí)的效果，改善了傳統(tǒng)復(fù)習(xí)課的弊端［5］。

4.2 考慮學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，設(shè)置合理的項(xiàng)目任務(wù)

項(xiàng)目的設(shè)置要考慮到學(xué)生的已有知識與認(rèn)知發(fā)展水平，任務(wù)的難度一定要適宜：如果過難非但對知識的再構(gòu)建沒有益處，還會引起學(xué)生的畏難情緒；如果任務(wù)過易對知識的重組、構(gòu)建、升華幫助也不大。因此要確保任務(wù)難度適中，循序漸進(jìn)，層層遞進(jìn)。由于初中的化學(xué)知識容量較小，在開展項(xiàng)目式教學(xué)時往往會有一些額外拓展補(bǔ)充的知識，所以要關(guān)注學(xué)生對該部分知識的可接受性，根據(jù)學(xué)情開展教學(xué)。

4.3 根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)，及時提供相應(yīng)的支持

在項(xiàng)目實(shí)施的過程中，密切關(guān)注學(xué)生的思維方式，及時糾錯，在保證學(xué)生自主探究的基礎(chǔ)上，對于迷思之處提供相應(yīng)的知識腳手架。

參考文獻(xiàn)：

［1］中華人民共和國教育部制定. 義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［S］. 北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2022： 19～20.

［2］江錫鈞， 張琳. 以過碳酸鈉為素材的一道原創(chuàng)化工流程題［J］.? 化學(xué)教學(xué)， 2012， （4）： 59～61.

［3］［4］張虹利， 魏銳， 黃鳴春. 研究型實(shí)驗(yàn)活動——設(shè)計(jì)與制作家用制氧機(jī)［J］. 化學(xué)教育， 2022， 43（9）： 90～94.

［5］范標(biāo). 以情境設(shè)計(jì)與問題引領(lǐng)促進(jìn)知識方法復(fù)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成——?dú)溲趸c變質(zhì)問題的專題復(fù)習(xí)［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2017，（9）： 51～53.