立足化学实验,培养探究能力

时间:2022-10-10 01:52:01

立足化学实验,培养探究能力

【摘 要】通过实验探究发现,氮气、二氧化碳均能支持镁的燃烧,从而拓展燃烧概念,认识到不能用镁代替磷测定空气中氧气的体积分数。

【关键词】实验探究 镁带燃烧 氮气 二氧化碳

一、设计思路

以探究性学习为手段培养学生的探究能力是课程改革的迫切需要,也是化学学科教学特点的充分体现。通过科学实验探究活动,有利于深化学科知识,提高操作技能,激发学习兴趣,发展科学素养。

在“测定空气中氧气的体积分数”的实验中,不少学生根据“镁能与氧气反应并生成固体氧化镁”的实验事实,误认为“可以使用镁带代替红磷”。另外,一些选拔性试题里还经常出现镁在二氧化碳中燃烧、镁在氮气中燃烧等一系列问题,很多学生因为思维定势的干扰,答题情况也很不理想。

综上,笔者设计了“探究镁带的燃烧”这一校本课程,以帮助学生拓展燃烧的概念,认识测量氧气含量实验中耗氧物的选择标准,体会化学物质的特殊性和化学性质的相对性,同时培养学生敢于质疑、大胆探索的科学品质。

本探究活动以发现问题和解决问题为主线,以设计实验和动手操作为中心,以培养创新精神和实践能力为目标,充分体现了探究的自主性、合作性、悬念性、生成性和实践性。

二、学习目标

根据新课程理念和教科书的相关内容,并结合所教学生的接受能力,确定本活动的学习目标如下:①通过镁在氮气、二氧化碳中的燃烧实验,拓展燃烧的概念。②通过实验探究活动,认识化学实验的重要性,学习科学探究的基本方法。③培养勇于探索、敢于创新的思维品质;保持学习化学的兴趣,激发探究的欲望。

三、探究过程

师演示:镁带在空气中燃烧的实验;学生观察实验现象。

师:我们已经知道,镁带能在空气中燃烧生成固体氧化镁。那么,镁带能否用来测定空气中氧气的体积分数呢?镁带还能否在其他气体中燃烧呢?今天我们就采用实验的手段,来探究与镁带燃烧有关的一些问题。

板书课题:探究镁带的燃烧。

1.发现问题。

师:镁带能否代替红磷,用于测定空气中氧气的体积分数呢?

生1:完全可以使用。因为镁带容易燃烧,而且生成物只有固体,没有生成气体。

师:这个同学说得很有道理,其他同学如果没有不同的意见,下面就利用镁带(化学纯)代替红磷测定空气中氧气的体积分数。

师强调:实验注意事项(如实验前要将止水夹夹紧橡皮管,镁带点燃后伸入集气瓶内要迅速,橡皮塞要转动一下以便塞紧等)。

【分组实验】学生按照图1装置进行实验。主要操作:把30cm长的镁带弯折成适宜的长度后用大头针固定在橡皮塞的反面,然后在酒精灯上将镁带引燃,立即伸入125ml集气瓶内,同时塞紧橡皮塞;镁带燃烧结束,等到集气瓶冷却后打开止水夹,观察水吸入集气瓶的情况。教师巡视、参与、指导,学生汇报实验现象和测定结果。

生2:我们观察到镁带在集气瓶内剧烈燃烧,发出强光,冒白烟,产生白色固体。

师板书:2Mg+O2 2MgO

生3:打开止水夹后水进入集气瓶内,水面最终在2/5刻度处。

生4:我们小组的实验,倒吸的水最终在3/5刻度处。

【小结】每个小组测定的氧气的体积分数都大于1/5。

2.提出猜想。

师提问:为什么大家使用镁带代替红磷,测量值都大于1/5呢?

生1:可能是装置漏气。

师反问:我们所有小组的测定结果都大于1/5,这应该不是实验装置漏气造成的。如果不是实验装置漏气,那可能是什么原因呢?

生2:我猜是镁带的质量有问题。

师释疑:我们使用的镁带是正规厂家生产的,而且包装盒上也有产品检验合格的标志。尤其是,我们刚才做镁带在空气中燃烧的实验时,观察到的燃烧现象很正常。所以,镁带的质量没有问题。

师启发:集气瓶中是空气,空气中除了氧气,还含有哪些气体?

生3:主要是氮气。

生4:如果装置气密性好,而进入的水又这么多,那我猜只能是镁与空气中的氮气反应了。

师点评并过渡:这位同学的猜想很有道理,那我们如何证明这个猜想是合理的呢?

生5:想办法弄一瓶氮气来,试验镁带能否在氮气中燃烧。

师点评:你真了不起,这个验证方案切实可行。

3.实验验证。

师:我们的化学实验室里没有现成的氮气,怎么办?如何利用已学的知识制取少量的氮气呢?

生1:我认为,可以利用红磷燃烧耗尽集气瓶内的氧气,剩余的气体几乎是氮气。

师点评:你太有才了,这个办法科学严谨,可以使用。

【要求】为了防止磷燃烧污染环境,同时防止集气瓶内的气体受热逸出,我们打算“先把磷密闭在集气瓶内”,然后引燃磷。

【讨论】如何采用简便的方法引燃密闭容器内的磷。教师巡视、参与、释疑;学生讨论,组长汇报结果。

生2:使用白磷,因为白磷着火点低,容易引燃,而且耗氧彻底。

生3:可以利用凸透镜聚光,穿透玻璃瓶壁,照射白磷,从而引燃白磷。

生4:在橡皮塞中插入一根长短合适、能上下移动的玻璃棒;将玻璃棒烧热后,立即用橡皮塞封闭集气瓶口,再按下玻璃棒即可引燃白磷。

师小结并过渡:同学们引燃白磷的方法新颖、巧妙、可行。下面我们一起来组装实验装置,并用它制取氮气。

【分组实验】大部分学生按照图2-a装置进行实验。主要操作:按图装配好实验用品,然后利用太阳光(或红外灯泡)聚光照射白磷;白磷燃烧结束,等到集气瓶冷却后,打开止水夹放水。教师巡视、参与、指导、释疑,学生汇报实验结果。

生5:白磷剧烈燃烧,瓶内充满了浓厚的白烟;白烟是五氧化二磷的固体小颗粒。

师板书:4P+5O2 2P2O5

生6:进入瓶内的水约占集气瓶容积的1/5,剩余4/5的气体几乎都是氮气。

师:下面同学们就用自己制取的氮气,验证镁带能否在氮气里燃烧。

【提示】另取一个大小合适的橡皮塞,把30cm长的镁带弯折成适宜的长度后,用大头针固定在橡皮塞的反面。

【分组实验】学生按照图3装置,验证镁带能否在氮气里燃烧。主要操作:将镁带在酒精灯上引燃后,拔掉集气瓶口上原来的橡皮塞,再迅速将燃着的镁带伸入集气瓶内(镁带继续燃烧使学生激动不已)。教师巡视、参与、指导,学生汇报实验现象和实验结果。

生7:镁带在氮气里剧烈燃烧,发出白光,产生淡黄色固体。

师:淡黄色固体叫氮化镁。

师板书:3Mg+N2 Mg3N2

4.得出结论。

师:从镁带能在氮气中燃烧,你能得出什么结论?

生1:测定空气中氧气的体积分数,不能使用镁带。

生2:燃烧不一定要有氧气参加;氮气在一定条件下也能支持燃烧。

生3:如果镁带失火,不能使用氮气扑灭。

生4:在测定空气中氧气的体积分数时,选择耗氧物的标准应该是“可燃物仅与氧气反应且生成固体物质”。

师:同学们的观点非常正确。

5.拓展延伸。

师:性质活泼的镁带还能在其他气体中燃烧吗?比如二氧化碳气体。

生1:不会燃烧,因为二氧化碳是灭火剂,不能支持物质的燃烧。

生2:可能会燃烧,因为氮气通常也不能助燃,而镁带却在其中燃烧了。

师:实验是化学的最高法庭,孰是孰非让实验来说话。

【演示】教师用坩埚钳夹持一段镁带在酒精灯上引燃后,迅速伸入集满二氧化碳的集气瓶内(镁带的继续燃烧再一次使学生惊奇、惊呼)。学生观察,并汇报实验现象。

生3:镁带在二氧化碳中继续剧烈燃烧,发出白光。

生4:集气瓶的内壁上有白色固体和黑色固体。

师:白色固体是氧化镁,黑色固体是炭粒。

板书:2Mg+CO2 2MgO+C

师:由这个实验,你能得出哪些结论?

生5:一定条件下,二氧化碳也会支持物质的燃烧。

生6:镁带厂失火,不能使用二氧化碳灭火。

生7:再一次说明,燃烧不一定要有氧气参加。

师小结:镁带不仅可以在空气中剧烈燃烧,还可以在氮气、二氧化碳中燃烧;其实,任何剧烈的发光、放热的化学反应都属于燃烧。

师板书:剧烈的发光、放热的化学反应都属于燃烧。

6.反思与评价。

教师对学生在本次探究活动中的出色表现和探究成果给予高度评价;学生对自己和同学在本次探究活动中的表现进行评价。

7.表达与交流。

要求学生写出本次探究活动的实验报告,并利用QQ群、博客、墙报等在同学中交流。

【参考文献】

[1]王金龙.探讨氮化镁的几个问题[J].化学教学,2006(12)

[2]钱嘉乐等.空气中镁燃烧时白烟的成分与成因探究[J].化学教学,2012(8)

(作者单位:江苏省徐州市第十三中学)

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