高中化学必修新教材的实验研究,本文主要内容关键词为:新教材论文,实验研究论文,高中化学论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
作为处在课程大变革时代的一名教师,对于新教材我认为应采取的态度是:要认真实践、勇于探索、发扬传统、灵活处理。不能因为有了新教材,就全盘否定旧教材,也不要因为新教材在使用过程中出现困难和问题,就完全否定新教材,这样才能在课程改革中提高教学水平和教学能力。现把我在宋心琦主编的人教版普通高中课程标难实验教科书《化学1(必修)》、《化学2(必修)》(以下简称为必修1、必修2)的实验研究的经验介绍如下,不足之处敬请同行批评指正。
一、认真实践,勇于探索
在必修1、必修2中有些实验由于说明简单,没有实验的具体步骤,进行实验时,如果对某些细节把握得不好,往往现象不明显,或不易做成功,因此需要通过广大师生的探索实践和经验的总结,才可以把这些实验改进得更好。如在必修1中有几张关于实验现象的彩色照片新颖有趣,值得探索,如果死板地按教材要求只观察、只分析,而不去真正做实验,真是太可惜了,因为你失去了能够充分调动学生积极性来学好化学必修模块不可多得的好机会。具体实验研究如下:
1.金属有哪些共同的化学性质?(必修1第38页的思考与交流)
围绕初中化学所学的知识,并结合从这四张彩色照片中所观察到的现象展开讨论,可得出这四张彩色照片分别是:螺旋铝条与等铜盐溶液反应形成“铜树”、螺旋镁带在空气或氧气中燃烧、铜丝与溶液反应形成“银根”、螺旋镁带与盐酸等酸溶液反应放出气泡。这四张照片中,第2张照片和第4张照片比较容易判断,第1张照片较难判断,第3张照片最难判断。对于第1张照片学生几乎都说成是螺旋铁条与硫酸铜等铜盐溶液反应,只有在老师的提示下问螺旋铝条与溶液反应能不能有此现象发生时,学生才会说有。对于第3张照片,学生很少见到这样的现象,不知从何下手,甚至观察不出反应后生成的溶液为蓝色,这恰好就是解决问题的关键地方。针对第一张“铜树”和第三张“银根”补做两个有趣的实验。
附图
(1)有关“铜树”的实验
观察 第1张照片的实验现象是把一根螺旋状的金属条伸入到一种溶液中,该金属条在试管上部分的试液中生成疏松的红色物质,上部分的试液为无色,下部分的试液为蓝色。
分析 下部分的蓝色溶液无金属条,说明下部分的蓝色溶液为原试液,因为金属条未跟蓝色溶液接触,未发生反应。蓝色溶液是含的盐溶液,也就是说原试液可以是溶液,也可以是等溶液,所加入的金属条应该是金属活动顺序表中Cu前面的金属,学生容易想到的是Fe,而教师教学用书上说的却是Al,在试管上部分的无色试液中生成疏松的红色物质就是Cu,反应的化学方程式可能是,也可能是。
实验 关于第1张照片到底是铁跟硫酸铜溶液发生的置换反应,还是铝跟硫酸铜溶液发生的置换反应?我们做实验后就会发现第1张照片是铝跟硫酸铜溶液发生的置换反应较为贴切。
附图
(上面六张照片从左起的前三张是把螺旋铁条伸入硫酸铜溶液变黑、变红的现象,第4张是放置一天后上部分试液有黄色的现象,第5张是第4张“铜树”的特写,第6张是铝箔绕成的螺旋铝条伸入硫酸铜溶液反应一天后上部分溶液是无色的现象)
因为螺旋状的铁条伸入硫酸铜溶液开始先变黑,一会儿后变为红色,一天后就能形成美丽的“铜树”,但上部分的溶液不是无色,而是黄色,因为生成的硫酸亚铁是有颜色的,时间长后就会被氧化为三价铁离子而使上部分溶液显黄色。对于螺旋状铝条,实验前要先用酸溶液或碱溶液处理其表面,用水清洗后,把其伸入到硫酸铜溶液,一天后就会形成美丽的“铜树”,由于硫酸铝是无色溶液,所以上部溶液是无色的,Al与溶液反应生成的红色的“铜树”较为疏松,由于学生未学过盐类水解的知识,不宜解释Al比铁与溶液反应生成的红色“铜树”更疏松的原因。
(2)有关“银根”的实验
观察 第3张照片的实验现象是把一种不知形状的金属伸入到一种溶液中,生成非常蓬松的白色絮状沉淀,形状为“树根”,尤其是上部的沉淀相对较紧并为黑色。
分析 试液能观察到浅蓝色,说明反应后生成的溶液含,浅蓝色说明生成的浓度小,所以加入的金属应为Cu。这样生成的树根状的、蓬松的白色絮状沉淀就只能是Cu所置换出的Ag,其反应的化学方程式为
附图
实验 为什么上部的沉淀相对较紧,并为黑色,这种黑色的物质与蓬松的白色絮状沉淀是同一种物质?还是不同的物质?为了回答这个问题,可向学生展示一瓶还原性铁粉,观察其颜色,并补做把一根铜条放入硝酸银溶液中进行反应的实验,可观察到开始铜表面的物质迅速变为黑色,由于此现象非常明显,学生们对此感到很惊讶,过一段时间才会有蓬松的白色絮状沉淀,无色溶液变为浅蓝色,这些现象太能激发起学生的求知探索欲望了。同样我们可提供铜条和螺旋铜条给学生做实验。
解释 上述做法主要是创设条件,给学生思考问题,提供阶梯,让学生通过思考,恍然大悟,自己说出这种黑色物质和白色沉淀都是Ag。从铁粉是黑色物质的事实说明金属在粉末状时,通常为黑色,而形成整块时为银白色,从而可解释所看到的实验现象是由于开始Cu和溶液反应,生成的Ag非常少,析出的银粒非常细小为黑色,银粒变大后就会变为白色。生成的沉淀的蓬松和紧密跟什么有关系?跟反应放出的气泡多少和快慢等有关。至于为什么会有气体生成,由于学生目前的知识,暂不讲解。
(3)实验注意事项:
①螺旋状的铁丝或螺旋状的铜条、螺旋状的铝条的制作,可以用一根铁丝或铜条、铝条绕一支铅笔旋转八、九圈,就可以得到均匀、美观的螺旋状铁丝或铜条、铝条。
②为了得到鲜艳亮丽的铜条,必须去除氧化膜,螺旋状的铜条一般因为外表有氧化而没有鲜艳的红色,为了得到鲜艳的红色铜可采用以下方法:第一种方法是把铜条、螺旋状的铜条放在酒精灯上加热至红,然后迅速伸入装有5-6ml酒精的试管,反复几次即可得到鲜艳红色的铜,以使铜伸入硝酸银溶液刚反应的那一瞬间现象对比明显。第二种方法是把铜和硝酸银溶液反应后析出的蓬松的“银根”,用水冲洗干净,所得的红色铜同样也是鲜艳亮丽。
③为了保证铜和硝酸银溶液反应后,溶液的蓝色要能较深,硝酸银溶液不能太稀。为了使该反应能有多条白色的银根,可以用一根15cm长的导线(要含有多条细小的铜丝的导线)用火烧掉外面的塑料,使一端除去5cm漆包涂层,另一端留下10cm左右的漆包线。除去漆包涂层的铜丝红色鲜艳,让下一端3cm处的铜丝适当散开,把3cm至5cm处的铜丝旋转拧紧成一股铜丝,加入试管的硝酸银溶液的量从试管底部到液面大约为6cm处,这样可以保证这根铜丝伸入硝酸银溶液里,散开的铜丝下端在离试管底部2cm处悬放,以便生成的白色“银根”能有向下生长的空间,同时拧紧成股的铜丝还能有1cm左右浸入硝酸银溶液里,这样得到的现象非常接近于教科书上的第3张“银根”的照片。
④取用硝酸银固体或溶液时,要带橡皮手套以免硝酸银腐蚀手上的皮肤和手指甲,使其变棕黑色。硝酸银很容易腐蚀皮肤和手指甲,需要1到2个星期左右的时间才可能完全褪去。
2.做水果电池实验应注意的地方(必修2第37页的实践活动)
做此实验关键是选用合适量程的电流表,同时还要看不同季节的水果。如果水果有甜味选用量程为500A的电流表,如果水果有酸味的话,选用量程为100mA的电流表。如果用量程为0.6A以上的电流表来测水果电池的电流,电流表的指针仍为“0”刻度,就会导致实验失败。
一般学校的物理实验室都有灵敏电流表,关键是它可以连接很多不同的电阻片,测量不同量程的电流,用于演示实验效果非常好,做水果电池实验时一般选用最大量程为500μA、100mA两种电阻片,电流表指针会发生偏转,所以调节电流表的量程,是做水果电池实验能否成功的关键。
3.加热铝箔的实验应注意的地方(必修1第40页的科学探究)
(1)要注意铝箔的厚薄对实验的影响,一般铝箔厚度约为0.1mm,较适合于做此实验,太薄铝箔很容易烧成灰漂走,太厚铝箔烧红的时间过长,铝箔容易撕裂下来。
(2)把厚度约为0.1mm铝箔加热至熔化变红(做此实验酒精灯的火焰要集中不能随风飘来飘去,因此可用废弃的石棉网做成一个圆筒,罩在酒精灯的火焰上),轻轻晃动熔化的铝箔并不滴落下来,好像有一种东西兜着,冷却后铝箔失去了光泽。原来铝表面的氧化膜起了保护铝的作用,构成薄膜的熔点为2050℃,高于熔点为660℃的Al,所以熔化了的液态铝不会像其他金属那样熔化变红后会滴落下来。注意晃动不要过急过快,否则铝箔也会容易被撕裂下来。
(3)把铝箔放入装有稀硫酸的烧杯中处理表面的氧化膜半分钟左右后(时间稍长,铝箔会变成金属泥溶解在稀硫酸溶液中,或容易碎裂不能整块取出,以至于不能再做铝箔加热的实验,用酸液或碱液处理铝表面的薄膜这种方法,比用砂纸打磨好,其优点是所花时间少而且除膜均匀,缺点是除膜时间掌握得不好,容易把铝箔损坏),取出用水洗净,然后加热至熔化,熔化的铝仍不会滴落下来,说明在空气中铝表面又会很快地生成一层新的薄膜,把熔化的铝兜着使其不能滴落下来。这层氧化膜起着保护内部金属的作用,这也就是性质活泼的铝在空气中能稳定存在的原因。
4.乙醇与金属钠反应的实验应注意的地方(必修2第66页)
为了实验安全,大多数的老师和学生做乙醇与金属钠反应这一实验时取用的金属钠,点燃放出的氢气火焰小,学生难于观察到,甚至于不易点燃氢气,这样干烧杯罩在火焰上就根本看不到水珠。使用大针头,气流量小,火焰不高。为此把反应的试管改用为大试管,大针头可以改为滴管,金属钠可以取适量大,如花生米这样大(注意金属钠不能太大了,否则容易出危险),这样收集的氢气就会足够多,验纯后,点燃氢气,火焰有足够高,并且火焰持续时间长,用冷烧杯罩在火焰上方可以看到明显的水珠。并且在反应的大试管里可以清楚地看到,金属钠开始是沉在乙醇试液的下部,反应一段时间后,钠会浮在乙醇试液的液面上,可以向学生提问,这是为什么?改进后的装置特别适用于教师演示。
5.新制的氢氧化铜与葡萄糖溶液反应的实验应注意的地方(必修2第72页)
为了做好该实验,关键是配制好新制的氢氧化铜,最好是呈胶状的,一般是往2-3ml氢氧化钠溶液中加入1-2滴硫酸铜溶液,使生成的氢氧化铜呈胶状。往蓝色的氢氧化铜胶体中加入1m1左右的葡萄糖溶液后,为了看清楚颜色变化的各个阶段,最好不用加热,可看到混合溶液的蓝色加深,然后蓝变绿,绿变黄,黄变桔红,桔红变砖红的现象,出现这一系列丰富的颜色变化,大约用十分钟左右的时间。如果加热可能就直接变红,或者变绿后就很快变红。如果生成的氢氧化铜是沉淀形式,滴入葡萄糖溶液后,加热时或者放置一会儿就会出现变黑现象,影响学生对砖红色沉淀氧化亚铜的判断。由于中学生对颜色变化非常感兴趣,请老师们不要轻易放过这种激发学生兴趣的好机会。
二、发扬传统,灵活处理
对新课标教材中只有文字要求、或者有实验,但实验现象不够明显、实验设计不够合理的地方,可根据传统教材,灵活处理,补做一些简单易做,现象明显,所用时间短的实验。
1.蛋白质的颜色反应实验的研究讨论
新课标教材必修2第72页在做蛋白质的颜色反应的实验时,使用鸡皮,但效果没有使用鸡蛋白好。为了使教学效果更好建议给学生做往鸡皮中滴入浓硝酸的实验,教师做往鸡蛋白中加入浓硝酸的实验。为了观察鸡蛋白的颜色反应,取两支试管加入鸡蛋白,一支加入浓硝酸显黄色,另一支什么都不用加,只是为了用于对比;教师还可以根据《全日制普通高级中学教科书(试验修订本·必修)化学第二册》第144页所采用的实验6-8,进一步做取1毫升左右的鸡蛋白加入20毫升左右水中,配成稀的蛋白质溶液,然后取2毫升左右稀的蛋白质溶液于试管中,加入1毫升左右的65%的浓硝酸,这样就能清楚地看到蛋白质变黄慢慢析出的过程,现象明显,给学生印象就更深刻。
实验准备 (1)鸡皮不能买黄色鸡皮,因为黄色鸡皮加入浓硝酸后,看不出颜色变化,最好选用白净无油的腿部或腹部的鸡皮,加入几滴浓硝酸后,可以明显看到鸡皮萎缩卷折起来,并显黄色,加热后黄色进一步加深。(2)鸡蛋白的取法可以用两种办法,一种方法是把鸡蛋壳打破,倒入烧杯中,注意不要把鸡蛋黄和鸡蛋白捣碎,用滴管直接吸取鸡蛋白,这种方法又快又方便。另一种方法是在鸡蛋壳的两端各取一个小孔,然后把两个小孔上下对齐,固定地放在竖直的试管口上,在重力的作用下使鸡蛋白流出,让鸡蛋白和鸡蛋黄完全分开,这种分离方法所得的鸡蛋白不易混有鸡蛋黄,但所需时间稍长。
2.淀粉的特征反应实验的研究讨论
新课标教材必修2第72页淀粉的特征反应实验是用土豆和碘酒反应来说明的。
(1)用土豆做实验为什么要用碘酒,而不用碘水?由于水是无机物,酒精是有机物,土豆也是有机物,根据相似相溶原理,酒精易渗入土豆,水难渗入土豆,碘酒中的碘易与土豆中的淀粉结合而显蓝黑色,碘水中的碘不易与土豆中的淀粉结合,因而显不出蓝色。所以用土豆做实验要用碘酒,而不用碘水。
(2)用淀粉溶液与碘水反应效果更好。为了使学生对淀粉与碘反应显蓝色这一特征反应有深刻印象,建议采用《全日制普通高级中学教科书(试验修订本必修)化学第一册》第75页的实验4—11。用淀粉溶液与碘水反应显蓝色,现象明显,效果好,若显紫色可加热淀粉溶液,若要使蓝色加深可多滴入几滴碘水。
用土豆中的淀粉做实验,让学生感到亲切,跟生活靠得近,但蓝色不够明显,学生看到的是蓝黑色,学生用土豆与碘酒做实验,可激发学生的兴趣,教师用淀粉溶液与碘水做实验,蓝色明显,可加深学生对淀粉特征反应的印象。
3.糖类水解实验的研究讨论
糖类的水解反应新课标教材必修2第72页是用蔗糖溶液来做实验的,由于实验室买回来的蔗糖大多不纯,含有葡萄糖,这样的蔗糖不水解也能使新制的氢氧化铜变红。如果思维严密的同学要求先检查不水解的蔗糖能不能与新制的氢氧化铜反应,就会有问题。建议采用《全日制普通高级中学教科书(试验修订本·必修)化学第二册》第135页的实验6-5,用棉花来做多糖的水解实验更为严谨一些,更为贴近生活,更有悬念,也更容易引起学生的关注。
具体实验 先用水浸湿棉花(以免滴浓硫酸炭化变黑),将湿棉花放入试管底部,再滴入2-3滴浓硫酸,用玻璃棒不断捣烂棉花使其溶解,滴加2滴硫酸铜溶液,然后加入氢氧化钠溶液,不断振荡试管,直到生成的蓝色沉淀不再溶解为止,这个现象太好了,可以帮助我们直观地判断加入的氢氧化钠溶液是否把作为多糖(纤维素——棉花)水解催化剂的浓硫酸完全中和(振荡试管,生成的蓝色沉淀又溶解了,说明硫酸未被中和,还需要继续加入氢氧化钠溶液)。当试管里氢氧化铜呈胶状最好,放置一会儿就能看到试管变绿后的多种颜色变化,如加热会很快变红,如生成的氢氧化铜沉淀量多,生成的红色沉淀会很快变黑。由于棉花中不会含有葡萄糖分子,用棉花水解来说明糖类水解比用蔗糖来说明更形象、更生动、更具有说服力。