二氧化碳实验室制法的实验探究

摘 要:阐述了探究性实验的教学价值和教学思路,结合实例研究了探究性实验教学的活动方式,为化学教学中以实验为载体培养学生的创新能力提供了可行的方法和程序。

关键词:探究; 教学设计; 创新

中图分类号:G633.8 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2010)4-012-001

化学是一门以实验为基础的自然科学。化学实验是化学教育的一种最有效的教学手段,更是化学教学的亮点和重点。它可以帮助学生建立和巩固化学基本概念,获得化学知识、训练科学方法、培养科学素质,同时也关注学生情感、态度的培养,因此,在化学教学中,要尽可能地实施实验探究。

实验探究模式是以实验为基本手段,按学生的主体活动程度可分为引导探究和开放探究两种模式。它的一般过程是:

提出问题:在阅读、观察、调查中对自然现象、生活现象或实验现象产生好奇,发现或提出一些有探究价值的问题。

假设与猜想:在已掌握的化学实验和实践经验的基础上对所提出问题的可能性答案,做出猜想与假设。

设计实验:针对探究目的和条件,设计可行性的操作步骤,达到预期目标。

动手实验,获取实验事实与证据:正确操作,科学记录实验现象及数据,并在实验中注意观察与思考的结合。

分析得出结论:将收集到的现象与数据用化学知识加以分析、处理,得出结论。并与假设相比较,对与猜想不一致的现象加以解释。

这种模式虽然是预先已构建好的,但教师的引导并不是刻意的引导出一个唯一的结果,而是让学生在探究过程中理解科学方法。此模式的教学效果是否卓有成效,关键在于教师对实验主题的选择和问题的设置,教师应根据具体的教学目标、教学重点和难点,设计一些探究性实验、提出富有启发性的问题,引导学生积极思维。

二氧化碳的实验室制法演示实验是说明探究式教学优越性好例子。

教师可提出问题,为什么采用石灰石与稀盐酸做为实验室制二氧化碳的反应物,而不用其它的物质呢?学生会觉得问题很难。不过教师再提示学生以前学习过哪些产物有二氧化碳的化学反应,学生开始积极思考回忆学过的方程式。学生总结出如下反应:加热碱式碳酸铜生成二氧化碳;碳酸分解生成二氧化碳;单质碳在空气或氧气中燃烧生成二氧化碳;甲烷燃烧生成二氧化碳;还有即将学习的工业上高温煅烧石灰石制取二氧化碳。学生会认为它们都行,但在教师的引导下一一排除,碱式碳酸铜生成二氧化碳需加热,碳酸本身不稳定,单质碳或甲烷燃烧产物一定混有空气体的杂质,煅烧石灰石制取二氧化碳需要高温,条件苛刻,实验室实现不了。相比之下用石灰石与稀盐酸反应,不需加热,室温反应,反应前没有气体,产物的气体只是二氧化碳,容易净化。又提问此实验采用石灰石能不能用纯净的碳酸钙粉末、碳酸钠、草木灰等代替,稀盐酸能用稀硫酸代替吗?在教师的提示下,学生们思维活跃地提出了多种猜想与假设,教师适当地对学生的思维加以引导。假设一:碳酸钠也是含碳酸根的物质,它能够与稀盐酸反应生成二氧化碳。假设二:稀硫酸中也含有氢离子,它也能够与碳酸钙反应生成二氧化碳。但它们的反应速率如何?反应进行的程度如何?这也是在实验室制取气体时应考虑的问题。在学生提出假设的基础上,设计出实验方案,教师找若干名学生到前台协助完成下一步实验。

每人发一只试管,分别放入等量少量的如下药品:块状儿石灰石、粉末状的碳酸钙、碳酸钠固体、碳酸钠粉末等,再同时滴入稀盐酸,学生亲自操作观察现象,其他学生也全神贯注,看到只有石灰石固体反应速率较适中,容易控制,其它的反应太剧烈无法控制,甚至溶液溢出试管。每人再发一只试管,同样放入等量少量的如下药品:块状儿石灰石、粉末状的碳酸钙、碳酸钠固体、碳酸钠粉末等,同时滴入稀硫酸,同样看到粉末状的碳酸钙、碳酸钠固体、碳酸钠粉末等反应速率过快,剧烈无法控制,但石灰石固体反应表面生成许多白色固体,一段时间后反应中止。学生感到困惑不解,同样石灰石固体与稀盐酸和稀硫酸反应,为什么一个顺利进行,另一个反应中止呢?

教师可在黑板上画个解释的草图,说明稀硫酸与石灰石反应时,生成一种难溶的化合物硫酸钙覆盖在表面,慢慢积累,内部的石灰石跟外部的稀硫酸隔绝,故反应中止。由此得出反应物应当采用块状儿石灰石固体与稀盐酸。既然此反应是在常温进行的,应当采用什么样的反应发生仪器装置呢?让学生回忆实验室制氧和制氢的装置有哪些区别!教师也可在前边挂出两者的装置图以示区别。学生能答出制氧气时,反应物都是固体,需加热,采用大试管和酒精灯;而制氢气时,反应物有固体和溶液,不需加热,采用启普发生器或带长颈漏斗的大试管。

学生对比发现实验室制取二氧化碳的装置和制氢气的装置雷同,因为都是块状固体与酸反应,生成气体。教师还应在此基础上说明反应不能生成沉淀,否则反应可能中止,气体也不能极易溶于水,否则收集不到气体。然后,请一名学生在前台选择仪器并连接成制二氧化碳装置。结合实验特点,让学生思考除此之外,还有哪些可行的替代装置方案?集思广益,根据学生的回答,归纳几种方案。教师也可展示教参上的几种方案,大开学生的视野。

在探讨研究的平和气氛中,蕴涵着无穷趣味,在教师的一步步的严谨逻辑关系引导中,培养学生的思考分析能力,提高分析联想的思维流畅性,学生的智能得到健康发展,优良的思维品质就会慢慢形成。

在初中化学中多实施探究性实验教学,使教学过程变成学生发现信息、捕捉信息、加工信息、研究问题、增长知识的过程,是培养学生探究能力的有效途径。