張儀軒
摘要:通過分析教材“燃燒條件”探究實驗存在的不足之處,在教學實踐中對原實驗進行了改進設(shè)計。以白磷作為燃燒物,通過改變水溫、有無空氣兩個變量,對比分析實驗結(jié)果,得出了燃燒的條件。實驗無需制取氧氣,且白磷是在密閉裝置內(nèi)燃燒。改進后的實驗兼具簡約性、環(huán)保性、科學性和趣味性。
關(guān)鍵詞:燃燒條件;白磷燃燒;探究實驗;改進設(shè)計
文章編號:1005–6629(2016)11–0076–03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
實驗教學是初中化學教學的重要組成部分,強化實驗教學是提高學生學科素養(yǎng)、探究能力的突破口。在實驗過程中,學生可以通過觀察、思考來獲取知識,使實驗結(jié)論與探究過程有機地融合起來,使知識與能力得到和諧發(fā)展,感受到化學學習的樂趣。因此,教師要致力于教材經(jīng)典實驗的改進,使實驗更易操作、更易觀察到現(xiàn)象,使學生更能體會到實驗的趣味,同時能科學地推演結(jié)論。本文以“燃燒條件”探究實驗為例,淺談筆者在教學實踐中對經(jīng)典實驗的創(chuàng)新設(shè)計。
1 問題的提出
“燃燒與滅火”是人教版《化學》(九年級上冊)第七單元的課題,為引導(dǎo)學生理解可燃物的燃燒必須同時具備“與氧氣充分接觸”和“溫度達到可燃物著火點”的條件,教材設(shè)計了如下的演示實驗,見圖1。
在進行上述實驗時,存在以下問題:
第一,實驗甲(見圖1)中白磷和紅磷均處在敞口開放體系,銅片上的白磷燃燒會產(chǎn)生大量白煙,白煙主要成分為五氧化二磷,逸散到空氣中,易與空氣中的水蒸氣結(jié)合,生成有毒的偏磷酸,危害師生健康,所以該實驗需要在通風櫥中操作。由于不便在課堂上演示該實驗,實際教學中,教師通常采用講授與多媒體視頻相結(jié)合的方式,弱化了這一經(jīng)典實驗的教學效果。
第二,白磷固體遇熱水熔化,用導(dǎo)氣管通入氧氣后,熔化的白磷會在氣流的作用下,四處游動,使氧氣不能和白磷充分接觸,實驗成功率較低[1]。
第三,實驗結(jié)束后,水中殘留的白磷有劇毒,須小心進行后續(xù)處理,否則會引起白磷自燃或中毒等安全隱患。
第四,白磷在水下燃燒通入的是氧氣,和白磷在空氣中的燃燒對比,沒有嚴格地控制變量,實驗缺乏嚴謹性和科學性。
經(jīng)查閱文獻,發(fā)現(xiàn)針對上述問題,已有不同角度的改進方案[2~6],例如圖2,甲實驗在密閉裝置中進行,解決了白煙逸散造成污染的問題。乙實驗在導(dǎo)氣管末端連接一倒置的漏斗,能將熔化的白磷局限在漏斗內(nèi),但在實際操作中發(fā)現(xiàn),通入氧氣的量不易控制,若通入的氧氣不足,無法排盡白磷表面的水,氧氣和白磷不能充分接觸;若通入的氧氣過量,由于漏斗內(nèi)壓強過大,氧氣從漏斗下端逸出,實驗效果仍不佳。
源于教學的創(chuàng)新應(yīng)永無止境,該實驗的簡約性、可操作性、環(huán)保性、科學性等方面仍存在改進空間。在尊重教材原實驗的教學意圖的前提下,力求盡可能采用簡單的裝置或方法,用較少的實驗步驟和藥品,在較短的時間內(nèi)能觀察到明顯的現(xiàn)象。經(jīng)過反復(fù)實驗,對該實驗進行了創(chuàng)新設(shè)計,取得了良好的實驗效果。直接通過注射器抽取空氣,使用注射器、球型干燥管和橡膠塞,利用反應(yīng)前后壓強的變化,使白磷的燃燒發(fā)生在密閉裝置內(nèi),大大提高了實驗的安全性和可操作性。無需紅磷作對照,僅用白磷這一可燃物,學生即可通過對兩組對比實驗的歸納分析,科學地得出燃燒的條件。
2 實驗的改進
2.1 實驗儀器和試劑
500mL燒杯兩個、注射器兩支、球型干燥管兩支、橡膠塞兩枚(大小與球型干燥管口徑相匹配)、鑷子、膠皮管、白磷、80℃左右的熱水、冷水、5%氫氧化鈉溶液
2.2 實驗操作方法及現(xiàn)象
2.2.1 實驗一
在500mL燒杯中加入300mL 80℃左右的熱水,將橡膠塞倒置于燒杯內(nèi),用長鑷子將一綠豆粒大小的白磷放置在橡膠塞上。此時,溫度雖達到白磷的著火點以上,但浸沒在水中的白磷不燃燒(如圖3)。用膠皮管連接注射器和球型干燥管,拉動注射器活塞,在注射器中預(yù)留20mL空氣,將球型干燥管插入水中,倒扣在橡膠塞上方。推動注射器,緩緩鼓入空氣,熱水從球型干燥管和橡膠塞的縫隙中流出,輕輕下壓,使球型干燥管和橡膠塞之間形成一氣室,白磷和空氣中的氧氣充分接觸,立即可以觀察到白磷燃燒,發(fā)出火光,并產(chǎn)生濃厚的白煙(如圖3),實驗現(xiàn)象十分明顯[7]。由于白磷燃燒消耗氧氣,裝置內(nèi)氣壓減小,在大氣壓的作用下,球型干燥管和橡膠塞緊密連接在一起,形成密閉裝置,直至白磷燃燒結(jié)束,整個過程白煙都不會逸散到空氣中。
2.2.2 實驗二
在500mL燒杯中加入300mL冷水,將橡膠塞倒置于燒杯內(nèi),用長鑷子將一綠豆粒大小的白磷放置在橡膠塞上。此時,水中的白磷不燃燒(如圖4)。在注射器中預(yù)留20mL空氣,將球型干燥管插入水中,倒扣在橡膠塞上方。推動注射器,緩緩鼓入空氣,白磷雖然接觸空氣中的氧氣,但因溫度沒有達到著火點,冷水中的白磷不能燃燒。
觀察到實驗現(xiàn)象并不是最終目的,通過現(xiàn)象分析,探究出燃燒必需的條件才是實驗的根本所在。教師應(yīng)引導(dǎo)學生對實驗結(jié)果進行剖析(見表1),學生可以清晰地得出結(jié)論:可燃物要發(fā)生燃燒,“與氧氣充分接觸”和“溫度達到著火點”這兩個條件缺一不可。
3 改進后實驗的優(yōu)點
第一,利用反應(yīng)前后裝置內(nèi)壓強的變化,使熱水中的白磷燃燒發(fā)生在密閉裝置內(nèi),避免了白煙逸散造成的污染,提高了實驗的安全性,不僅可以實現(xiàn)課堂演示,還可以在教師指導(dǎo)下開展學生分組實驗。實驗過程中,白磷燃燒充分,幾乎無殘留;若有殘留,在使用氫氧化鈉溶液處理生成物五氧化二磷后,再加入適量硫酸銅溶液消除可能存在的微量的白磷液滴[9],體現(xiàn)了實驗的環(huán)保性,教師也可適時利用該實驗對學生進行環(huán)保教育。
第二,改進前,白磷在熱水中熔化,隨通入的氧氣流四處游動,偶爾看見火光一閃,白磷又跑開了,較低的實驗成功率降低了學生觀察實驗的積極性。改進后,白磷被局限在球型干燥管內(nèi),不會四處游動,而且能與空氣充分接觸,學生能明顯地觀察到熱水中的白磷發(fā)生燃燒,增強了實驗感受,體會到實驗的樂趣。待冷卻后,教師還可引導(dǎo)學生觀察生成物五氧化二磷的顏色和狀態(tài),從而增強學生的感性認識。
第三,改進前,實驗時需組裝氧氣的制取裝置,不僅占用了有限的課堂時間,而且操作步驟繁瑣。改進后,直接利用注射器抽取空氣,使實驗步驟簡潔明了;同時實驗儀器簡單易得,無需進行特殊處理,提高了實驗的可操作性。
第四,改進前,銅片上的白磷和水中的白磷燃燒實驗,對比不明顯,學生得出結(jié)論有一定的困難。改進后,僅用白磷一種可燃物,就實現(xiàn)了燃燒條件的探究,通過改變水溫、有無空氣兩個因素,體現(xiàn)了實驗設(shè)計中的“控制變量”的思想,提高了實驗的科學性。冷水和熱水中的兩組實驗同時進行,更加有利于學生理解燃燒的條件。
成功的實驗設(shè)計是體現(xiàn)化學教學魅力的有效手段,它能化枯燥為生動,化抽象為具體,化平淡為神奇,既提高了課堂效率,也讓學生對化學學習保持著濃厚的興趣。在實驗過程中,教師應(yīng)引導(dǎo)學生積極開展思維活動,啟發(fā)他們對現(xiàn)象進行分析,經(jīng)過總結(jié)和歸納,使學生的思維從表象到本質(zhì),從感性認識上升到理性認識。
教師只有在日常教學中,時刻以優(yōu)化課堂效果、提高學生科學素養(yǎng)為目標,促進教師深耕教材、不斷探究,繼而在探究中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,才能不斷提高教師的專業(yè)素養(yǎng),讓課堂多一些精彩。
參考文獻:
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