经验交流 |对初中化学“中和反应”实验的分析与创新

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你关注的正是我们专注的关注教育 | 关注教学 | 关注化学 立即关注摘要：对现行不同版本的九年级化学教科书中编排的中和反应实验作分析对比，在保留原实验教学意图的基础上，对中和反应实验进行改进。用固态碱、无水酸及新装置将酸碱混合，并采用蓝色硅胶和简易导电性测量仪测试，不仅清晰地说明酸与碱发生了化学反应，而且可以直接观察到中和反应有水和热量产生。将改进后的实验补充用于教学实践，更有利于学生认识中和反应的实质，激发学生学习化学的兴趣。关键词：初中化学;中和反应;实验创新中和反应是初中化学的核心概念之一。现行各个版本的九年级化学教科书中均安排了中和反应实验，并选用稀盐酸、稀氢氧化钠溶液和酚酞试液（或pH试纸）等进行有关的实验。1 对九年级化学教科书上“中和反应”实验的分析对比1.1 人教版“中和反应”实验设计现行人教版九年级化学教科书中的中和反应[1]是在烧杯中加入约5mL稀氢氧化钠溶液，滴入几滴酚酞溶液，然后用胶头滴管慢慢滴入稀盐酸，并用玻璃棒不断搅拌溶液（如图1所示），至溶液恰好变为无色为止。实验结束，教科书给出了多个酸与碱反应的化学方程式。接着，为了说明酸与碱反应的特征和实质，教材上呈现了氢氧化钠与盐酸反应的微观过程示意图（如图2所示）[2]，从离子反应的视角引领学生认识酸碱反应时OH-和H+结合成H2O、金属离子与酸根离子结合成盐，进而给出中和反应的概念。上述设计，有利于学生从微观层面及化学用语的视角认识中和反应的产物，但是对“中和反应生成水”及“反应伴随能量变化”缺少直观的印证。1.2 沪教版“中和反应”实验设计现行沪教版（全国版）九年级化学教科书是通过3个“活动与探究”进行“中和反应”实验的[3]。实验1：将盐酸逐滴加入滴有酚酞试液的氢氧化钠溶液中，同时用温度计测量溶液温度;当烧杯中溶液刚好变成无色时，停止加入盐酸。在实验过程中，溶液的碱性发生了什么变化？溶液的温度有什么变化？实验2：取实验1所得的少量溶液于一支试管中，另取一根胶头滴管，向试管中加入1滴氢氧化钠溶液，溶液的颜色又发生什么变化？这说明了什么？实验3：如图3所示，用玻璃棒蘸取实验1所得的溶液，加热至蒸干，观察到什么现象？实验1说明盐酸可以与氢氧化钠反应、反应时放热;实验2从半定量的视角说明，反应物的量决定了酸碱混合后溶液的酸碱性;实验3说明中和反应的产物有“盐”。上述设计，有利于学生了解中和反应的特征（放热），认识中和反应的产物“盐”，培养了学生的定量思维，但是对中和反应的“实质”有所忽视。1.3 鲁教版“中和反应”实验设计现行鲁教版九年级化学教科书通过“实验探究”途径学习中和反应[4]。探究活动的流程是“提出问题→收集证据→解释与结论”，选用的实验试剂是0.4%的氢氧化钠溶液、0.4%的盐酸、水、pH试纸。通过观察溶液pH的变化，推出“酸碱之间发生了化学反应”。上述设计，学生体验了较为完整的科学探究过程，从定量的视角判断反应是否发生，但教科书对中和反应中“能量变化”和“水的生成”都缺少直观验证。综上可知，三套九年级化学教科书都选用稀盐酸、稀氢氧化钠溶液、酸碱指示剂作为中和反应实验的药品，都注重探讨“酸与碱能否发生化学反应”。由于上述实验均是溶液的反应，无法观察到水的生成，因而三套九年级化学教科书对中和反应的“实质”均有所忽视;另外，由于实验中反应物浓度较小、用量较少、仪器常规，导致了中和反应“放热现象”不明显。2 对“中和反应”实验的改进在实际教学中，我们适时补充了如下的改进实验，取得了显著的实验教学效果。2.1 实验用品主要是冰醋酸，氢氧化钠固体，蓝色硅胶，红色液体（清水中滴几滴红墨水）;125mL广口瓶，15mm×150mm试管，自制的简易导电性测量仪[5]（见图4），带有气孔的S形管。2.2 实验装置改进后的实验装置如图5所示。2.3 实验原理（1）变色硅胶一般为蓝色，当吸水后变为红色，本实验用的硅胶是将硅酸凝胶用CoCl2溶液浸泡，再干燥活化后制得，遇到水后蓝色的CoCl2转化为红色的CoCl2·6H2O，有关反应的化学方程式是CoCl2（蓝色）+6H2OCoCl2·6H2O（红色）。（2）酸、碱、盐的水溶液中含有大量自由移动的离子，能够导电。2.4 实验过程本实验在室温20℃左右时进行。（1）取直径约8mm、长约50cm的硬质玻璃管，通过热熔、弯曲等操作，将其制成S形，其中左端U形管的短支管长约7cm，右端U形管的两个支管长约12cm;然后在左端U形管的底部打一个小孔，再将长约2cm的一段橡皮管套在小孔上（见图6）。至此，一个带有调压气孔的S形管就制好了（通过拨动橡皮管，露出气孔，即可使右端U形管的内外压强相等）。

（2）将125mL广口瓶、15mm×150mm试管、S形管、双孔橡皮塞，按图5所示装置连接好。（3）用注射器向S形管的右端U形管内加入适量红色液体。（4）轻轻拨动橡皮管，露出再封闭调压气孔，使U形管两边的液面保持水平。将两手搓热后手捂广口瓶中下部，如果右端U形管内出现液面差（右高左低），则说明广口瓶不漏气，装置的气密性良好。（5）将适量的氢氧化钠固体与2～3粒蓝色硅胶放入一支试管中，然后在试管口塞紧橡皮塞（以防空气中的水蒸气干扰实验），轻轻振荡试管一会儿，观察到蓝色硅胶没有明显变化;再将简易导电性测量仪插入试管内的物质中，观察发光二极管不发光。上述实验现象说明，固体氢氧化钠中不含水，固体氢氧化钠与蓝色硅胶均不导电。（6）将适量的冰醋酸与2～3粒蓝色硅胶装入另一支试管中，然后塞紧橡皮塞，轻轻振荡试管一会儿，观察到蓝色硅胶没有明显变化;再将简易导电性测量仪插入试管内的物质中，观察发光二极管不发光。上述实验现象说明，冰醋酸中不含水，冰醋酸与蓝色硅胶均不导电。（7）将上述两支试管中的混合物先后倒入图5所示装置的试管中，并用玻璃棒在试管中不断地轻轻搅拌。很快可以观察到，蓝色硅胶逐渐变成红色，说明酸与碱混合后有水生成;并且试管发烫、右端U形管内液面左低右高（见图7），说明酸与碱混合会伴随着能量（热）的释放。有关反应的化学方程式是NaOH+CH3COOHCH3COONa+H2O+热。

（8）待试管冷却至常温后，将简易导电性测量仪插入试管内的混合物中，观察到发光二极管发光变亮。该实验现象说明，混合物中含有大量自由移动的离子，进而可知中和反应生成了水。2.5 实验注意事项（1）固体氢氧化钠与冰醋酸的用量，应根据两者反应的质量关系进行取用，即固体氢氧化钠与冰醋酸的质量比约为2︰3。但是反应物的量不宜过多，以防反应大量放热，使试管里的水沸腾，造成U形管中的液体溢出。（2）尽量使用细小颗粒状的氢氧化钠固体，这比使用片状氢氧化钠固体的反应速率快得多。（3）如果本实验中的蓝色硅胶用无水硫酸铜粉末代替[6]，则固体烧碱的用量要少（即冰醋酸要过量），以防硫酸铜与氢氧化钠在水中反应（生成蓝色沉淀，反应放热还会使蓝色沉淀变为黑色），对正常实验产生干扰。（4）实验过程中，由于反应放热、醋酸易挥发，为了减少刺激性气体逸出，可在试管口套一个小气球。2.6 实验优点（1）改进实验通过多种途径，引领学生真切感受中和反应的实质（生成水）、中和反应的特征（放出热量）。将其作为补充实验用于教学，可强化对中和反应概念的认识，提高实验教学效果。（2）改进装置性能稳定、安全可靠、现象明显;还可以完成其他涉及能量变化的化学实验，如物质溶解热效应实验、活泼金属与酸反应实验、Ba（OH）2·8H2O与氯化铵反应实验[7]、过氧化物参与反应的实验等，因此丰富了实验教学资源。（3）本实验中蓝色硅胶可重复使用（从反应残留物中分离出来后，可以用电吹风或放入烘箱对其进行加热，使其失水变回蓝色），节约了药品。（4）借助简易导电性测量仪，促进学生从“酸、碱、盐的溶液能导电”视角，探寻中和反应有水生成，同时说明水是“解离出自由移动离子”的重要条件。这种设计不仅新颖有趣，而且扩大思维空间，有利于初、高中化学教学的衔接。实验是学习化学的重要手段，它使学生更真切地学习科学知识、感受化学之美。在实验教学中，化学教师理性质疑教科书中实验的不足，并对其进行改进与创新，可以突出化学实验激趣、啟智、立德、练技等功能，有效提升化学实验的简约性、实用性、趣味性和探究性[8]。参考文献：[1][2]王晶主编.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级下册）[M]. 北京：人民教育出版社，2016：60.[3]王祖浩主编.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级下册）[M]. 上海：上海教育出版社，2018：48.[4]义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级下册）[M]. 济南：山东教育出版社，2013：18～19.[5]张玲. 导电性测试实验改进[J]. 教学仪器与实验，2008，（5）：24.[6]卢家瑞. 中和反应有水生成的证明[J]. 化学教学，1990，（6）：20.[7]朱红文. 自制“多功能化学实验装置”[J]. 实验教学与仪器，2017，（4）：54～55.[8]李德前. 例谈初中化学实验创新的思维方法[J]. 化学教学，2013，（3）：65～68.

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