夏中偉

(江蘇省昆山市婁江實(shí)驗(yàn)學(xué)校 215300)

一、教學(xué)設(shè)計(jì)初衷

金屬的性質(zhì)，在教材中屬于比較重要的內(nèi)容.在教學(xué)中廣大老師也會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué).但是通常是書(shū)本上的一些規(guī)定實(shí)驗(yàn).有些實(shí)驗(yàn)甚至是錯(cuò)誤的.在平時(shí)教學(xué)中，會(huì)遇到黃銅中銅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定.按照一貫的做法，就是將黃銅取樣后與足量的稀鹽酸反應(yīng)，充分反應(yīng)后經(jīng)過(guò)洗滌、烘干，再次稱(chēng)量剩余固體的質(zhì)量即為金屬銅的質(zhì)量.實(shí)際操作中，筆者發(fā)現(xiàn)，這種操作根本不可能完成實(shí)驗(yàn).黃銅是銅鋅兩種金屬的合金，它們?cè)诤辖鹬芯鶆虻姆稚⒃谝黄?實(shí)際操作中，很難靠這種辦法，將活潑的鋅全部反應(yīng)掉，留下不活潑的銅.因?yàn)楸砻娴匿\反應(yīng)完了，表面留下的銅，會(huì)將內(nèi)部的黃銅包裹起來(lái)，產(chǎn)生一種“屏蔽效應(yīng)”，阻止了內(nèi)部的鋅繼續(xù)反應(yīng).因此在教學(xué)中，筆者將實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)換了新的思路.為了避免在實(shí)驗(yàn)室灼燒過(guò)程中產(chǎn)生空氣污染物，筆者在金屬和酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，加入氧化劑雙氧水，既能將金屬反應(yīng)掉，也避免了空氣污染，更好地完成了實(shí)驗(yàn).

二、課堂實(shí)錄

[引入]教師首先展示一張白象牌干電池的照片

[問(wèn)]你知道干電池的正極用的什么金屬材料嗎？(注：不同品牌的電池，所用的金屬材料不同.此實(shí)驗(yàn)僅以白象電池為例.南孚等電池多數(shù)用鐵.)

[生]可能是鐵，因?yàn)轭伾倾y白色的.

[問(wèn)]你還知道其他哪些金屬的顏色呢？

[生]鋁、鎂、鐵等大多數(shù)常見(jiàn)金屬都是銀白色，但也有一些金屬不是銀白色.比如銅是紅色，黃金是金黃色.但同時(shí)，金屬的顏色和它狀態(tài)也有關(guān)系，鐵粉、銀粉就是黑色的.

[師]那么干電池正極所用金屬中有沒(méi)有銅呢？

[資料] 焰色反應(yīng)：某些金屬或它們的化合物，在無(wú)色火焰中灼燒時(shí)，使火焰呈現(xiàn)特殊顏色的反應(yīng).

[演示實(shí)驗(yàn)] 將銅帽在砂紙上打磨掉外面鍍層.在酒精燈上灼燒片刻，再放入稀鹽酸中浸泡，再次放在酒精燈上灼燒，觀察焰色反應(yīng).(注：直接灼燒銅通常很難看到焰色反應(yīng).經(jīng)過(guò)上述操作，形成銅的氯化物后，灼燒時(shí)焰色反應(yīng)的現(xiàn)象比較明顯.)

[生]看到了綠色火焰，證明白象電池的正極金屬中確實(shí)含有銅.

[問(wèn)]同學(xué)們，你知道電池工廠在生產(chǎn)的時(shí)候，為什么要在金屬帽的表面鍍一層銀白色金屬嗎？

[生]可能是為了防銹并且鍍的這種金屬顏色更美觀.

[問(wèn)]銅的價(jià)值是比較高的，而且銅是我們國(guó)家的緊缺資源，同學(xué)們沒(méi)有辦法根據(jù)所學(xué)的知識(shí)回收其中的銅呢？

[生]我覺(jué)得可以試一試用鹽酸將表面的鍍層金屬反應(yīng)掉.

[師]那我們就來(lái)試一試，剛才同學(xué)說(shuō)的方法行不行.

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]取一個(gè)金屬帽，放入試管中，加入適量稀鹽酸.對(duì)試管加熱至沸騰后撤去酒精燈，并觀察現(xiàn)象.

[現(xiàn)象]能看到金屬帽表面在加熱時(shí)有少量氣泡，但是不加熱現(xiàn)象很不明顯.

[總結(jié)]看樣子表面的這種金屬是一種能和稀鹽酸反應(yīng)的金屬.但是反應(yīng)比較慢.不加熱幾乎沒(méi)反應(yīng).我們換個(gè)角度來(lái)想一想，既然它能夠在空氣中保持不生銹，說(shuō)明它的耐腐蝕性是比較強(qiáng)的.這種方法可行，但效果顯然不好.

[師]所以我們還要想點(diǎn)別的辦法.請(qǐng)大家向剛才的試管中逐滴加入6%的過(guò)氧化氫溶液.并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

[現(xiàn)象] 劇烈反應(yīng)，有氣泡產(chǎn)生.金屬帽表面的銀白色物質(zhì)消失，金屬帽露出紅色固體.過(guò)氧化氫溶液滴加過(guò)量會(huì)有藍(lán)色溶液產(chǎn)生.

[問(wèn)]產(chǎn)生的氣泡是什么氣體呢？

[生]可能是氫氣或者氧氣

[師]那我們用帶火星的木條檢驗(yàn)一下.

[現(xiàn)象]帶火星的小木條復(fù)燃

[總結(jié)]加入的過(guò)氧化氫產(chǎn)生了氧氣，幫助了酸和表面的銀白色金屬反應(yīng).剩下的紅色固體是內(nèi)部的銅.

[問(wèn)]產(chǎn)生了藍(lán)色溶液說(shuō)明了說(shuō)明呢？

[生]可能有氯化銅生成

[師]反應(yīng)過(guò)程中，我們需要控制滴加過(guò)氧化氫的量，否則就會(huì)有銅被反應(yīng)，生成氯化銅而損失.我們有沒(méi)有辦法將氯化銅提煉出來(lái)呢？

[生]可以用價(jià)格便宜的活潑金屬比如鐵，將其置換出來(lái)

[師]請(qǐng)大家動(dòng)手試一試能不能置換得到銅

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]另取一支試管，倒入少量得到的藍(lán)色溶液.并在試管中插入一根打磨過(guò)的鐵絲，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

[現(xiàn)象]鐵絲表面有紅色固體產(chǎn)生.

[問(wèn)]大家從回收效率，反應(yīng)速率，效益等方面，思考一下用這個(gè)方法回收銅好不好？

[生]反應(yīng)速率較快，但是不容易控制，稍有不慎會(huì)損失部分銅.反而增加了回收步驟.

[師]老師也做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，如果精確控制加入的各種試劑的量，確實(shí)能回收其中的銅.回收得到的粗通產(chǎn)率為91.3%.

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]我們更進(jìn)一步研究得到的固體的成分.將試管中的金屬倒出，洗凈，擦干，用砂紙輕輕的打磨表面，請(qǐng)觀察顏色變化.

[師]同學(xué)們有沒(méi)有觀察到，經(jīng)過(guò)打磨后，其實(shí)并不是紅色，有點(diǎn)發(fā)黃.實(shí)際上金屬帽用的是黃銅.黃銅是銅鋅兩種金屬的合金，它們?cè)诤辖鹬芯鶆虻姆稚⒃谝黄?實(shí)際操作中，我們很難將活潑的鋅反應(yīng)掉，留下不活潑的銅.因?yàn)楸砻娴匿\反應(yīng)完了，表面剩余的銅會(huì)將金屬帽包裹起來(lái)，產(chǎn)生一種“屏蔽效應(yīng)”，阻止了內(nèi)部的鋅繼續(xù)反應(yīng).如果我們要回收得到純銅，還需要進(jìn)一步提煉.那么工業(yè)上是如何大規(guī)模提純，分離各種金屬成分的呢.我們來(lái)看看其中一種流程(如圖1所示).

圖1

[資料]見(jiàn)表1

表1

資料：你認(rèn)為工業(yè)制法的優(yōu)點(diǎn)是____

[總結(jié)]日常生活中，我們所用的金屬通常為各種合金，很少會(huì)用到純金屬.工業(yè)上在回收金屬時(shí)所遇到的問(wèn)題會(huì)更復(fù)雜.如何高效，全面的回收各種金屬，將效益最大化，是工廠追求的目標(biāo).因此采取的辦法也比實(shí)驗(yàn)室更加復(fù)雜，要求也比實(shí)驗(yàn)室高的多.為適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)，通常會(huì)用到各種專(zhuān)業(yè)機(jī)械和設(shè)備，這也是我們實(shí)驗(yàn)室提煉和工廠大規(guī)模生產(chǎn)的不同.在理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的過(guò)程中，我們會(huì)遇到各種實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有的問(wèn)題，就需要我們發(fā)揮聰明才智，調(diào)動(dòng)我們的各種技能，希望同學(xué)們多掌握各種知識(shí)，做一個(gè)復(fù)合型人才.

[教學(xué)反思]本節(jié)課選取了生活中常見(jiàn)的物品，將原本枯燥的理論復(fù)習(xí)，轉(zhuǎn)變成了有趣的實(shí)驗(yàn).將復(fù)習(xí)課建立在實(shí)際問(wèn)題的解決上.將學(xué)生學(xué)到的知識(shí)重新構(gòu)建，再將所學(xué)的知識(shí)和能力在實(shí)際問(wèn)題的解決中得到提升.這樣就不會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得我們的化學(xué)課就是實(shí)驗(yàn)室瓶瓶罐罐，就是練習(xí)本上的刷題，就是一些書(shū)本上的理論知識(shí).復(fù)習(xí)課也不再是令人反感的炒冷飯.這種基于就地取材的真是情境能讓學(xué)生關(guān)注課堂，喜歡課堂.