以“氯氣的性質(zhì)”例說元素化學(xué)的“實驗化教學(xué)”

摘要：如何在“非金屬元素及其化合物”的教學(xué)中由傳統(tǒng)講授型向“實驗化教學(xué)”轉(zhuǎn)移，文章以“氯氣的性質(zhì)”淺述例說，并期待拋磚引玉。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)法；形象記憶；實驗設(shè)計；驗證性；探究性；微型化

文章編號：1008-0546（2016）10-0081-02 中圖分類號：G632.41 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.028

高中化學(xué)“元素及其化合物”部分的核心思想，就是通過元素單質(zhì)及其化合物性質(zhì)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生對“化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)”的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的實驗意識、操作技能，觀察能力和分析問題的能力[1]。通過結(jié)合實驗的教學(xué)并側(cè)重于實驗為主線進行的課堂設(shè)計，進而讓學(xué)生系統(tǒng)掌握“元素及其化合物”的學(xué)習(xí)方法，實現(xiàn)學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奶嵘c發(fā)展。

一、從事實現(xiàn)象提出問題

筆者曾聽過多所學(xué)校的青年教師的“氯氣的性質(zhì)”公開課。多數(shù)老師采用的是：“物理性質(zhì)（展示氯氣以供觀色）→化學(xué)性質(zhì)（演示氯氣與氫氣混合光照、氯水的漂白等系列實驗）→由性質(zhì)推及制法與用途”的經(jīng)典但很傳統(tǒng)的授課模式。盡管老師們都試圖突破傳統(tǒng)，如采用先實物展示，再根據(jù)其所觀察到的理化性質(zhì)加以總結(jié)歸納……但仍給人以脫不開“以講為主的灌輸式教學(xué)”烙印之感，沒有充分利用化學(xué)以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科教學(xué)優(yōu)勢。作為“旁觀者”，我想，如果根據(jù)所學(xué)元素的性質(zhì)精心設(shè)計實驗，甚至將實驗貫穿于整個“元素及其化合物”的教學(xué)始終，再結(jié)合實驗思考題，那學(xué)生獲得的學(xué)習(xí)體驗將會是更好的，他（她）的觀察、思維、探究等綜合學(xué)習(xí)的能力也定會得以提升。怎樣設(shè)計這樣的實驗?zāi)兀?/p>

二、基于問題的解決方法

非金屬元素氯、氮、硫等的單質(zhì)、氧化物、氫化物、含氧酸及其鹽的許許多多的物理化學(xué)性質(zhì)，都可以設(shè)計成系列實驗進而將整個知識體系貫穿起來，從而實現(xiàn)元素化合物的“實驗化”教學(xué)。下文以“氯氣的性質(zhì)”為例，示設(shè)如下：

1. “實驗化教學(xué)”思路

氯氣是活潑的非金屬氣體，有強烈的刺激性氣味，有毒，易液化，在水中的溶解度為1∶2.0，溶于水形成黃綠色的氯水，并與水反應(yīng)生成HClO（極不穩(wěn)定、極強氧化性、漂白性且有弱酸性）；氯氣氧化性極強，能與幾乎所有的金屬反應(yīng)，能與堿、還原性酸、還原性鹽等物質(zhì)反應(yīng)。Cl2與水的反應(yīng)內(nèi)容豐富，知識點眾多，且與水生成的HClO因具有強氧化性，而使有機色素發(fā)生漂白褪色，但干燥的氯氣則不能，這一現(xiàn)象會給學(xué)生留下先疑后釋的思維沖擊，從而加深對氯水成分的深刻認(rèn)識，而氯水中各成分的分析正是本課需要重點討論的內(nèi)容之一。所以優(yōu)化編制好實驗的先后順序并設(shè)計好實驗流程，會讓學(xué)生在鮮明的實驗現(xiàn)象的“耳濡目染”下取得良好的學(xué)習(xí)效果。

2. “實驗化教學(xué)”設(shè)計

[實驗Ⅰ]①出示一瓶氯氣，觀色、聞味，后放入一片紅色布條，置于桌面2到3分鐘；②在靜候現(xiàn)象時完成如下實驗：將收集有30mL氯氣的針筒吸進10mL的水，觀察現(xiàn)象；③用酒精噴燈加熱密封有氯氣的“香蕉管”的一端，觀察現(xiàn)象。

[問題Ⅰ]①集氣瓶中觀察到的現(xiàn)象說明什么問題？②據(jù)針筒中的現(xiàn)象你能得到什么結(jié)論？③怎么解釋加熱時“香蕉管”的一端卻出現(xiàn)了黃綠色的液體？

依據(jù)學(xué)生的反應(yīng)或引導(dǎo)或追問，最終通過實驗現(xiàn)象的分析，讓學(xué)生得到氯氣的諸多物理性質(zhì)（色、態(tài)、味、溶解性和常溫下的溶解度以及易液化等性質(zhì)）包括干燥氯氣無漂白性的結(jié)論。

這一階段，教師實際上無須講述太多，因為現(xiàn)象“鮮活”，學(xué)生大多會輕松有效地完成氯氣物理性質(zhì)及部分化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)。

[實驗Ⅱ]①打開放有色布條的氯氣瓶塞，滴水將布條潤濕，注意觀察現(xiàn)象；②將“實驗Ⅰ”針筒里的溶液分別滴加到盛有AgNO3、NaHCO3、淀粉-KI溶液、品紅溶液的四支試管中，觀察現(xiàn)象。

[問題Ⅱ]①的現(xiàn)象說明什么問題？你是怎樣推理到這一結(jié)論的？

②中分別觀察到什么現(xiàn)象？其對應(yīng)的離子方程式如何書寫？通過分析說明氯水中含有哪些分子，哪些離子？

[說明]由于此處設(shè)計的驗證性實驗較多，所以應(yīng)該分門別類地對每一組實驗取得的現(xiàn)象進行討論、分析、研判，由此推理得出氯水中所含的各種成分，特別是與淀粉-KI溶液形成藍(lán)色時，I2到底是被何物質(zhì)氧化而來？而品紅褪色又是誰的功勞？這些都是本課的關(guān)鍵之處。

通過上述的實驗設(shè)計，基本上完成了氯氣物理性質(zhì)的觀察與總結(jié)，氯水成分的分析與推理，而所有這些都是以眼見為實的實驗現(xiàn)象展現(xiàn)在學(xué)生面前的，對照實驗現(xiàn)象的分析以及由此得到的結(jié)論也是學(xué)生親自體驗并自行完成的。

[實驗Ⅲ]①展示一倒置燒瓶（告知學(xué)生：這是課前制得的一滿瓶飽和氯水，倒立水槽中并在陽光直射下二小時以上）。②將燒瓶中溶液取出，分別滴加到硝酸銀溶液、藍(lán)色石蕊試紙、CaCO3粉末中，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

[問題Ⅲ]①倒置的燒瓶底部有一較大的無色氣泡，通過觀色確定不是氯氣，則可能是什么氣體？如何驗證你的推測？②中的現(xiàn)象表明溶液中含有Cl-、H+，還有其他物質(zhì)存在，它能使藍(lán)色石蕊試紙褪色，可與CaCO3反應(yīng)，這些物質(zhì)可能是什么？如何證明你的猜測？

事實上問題②的提出是在原有問題基礎(chǔ)上的再深化，是為深入探究HClO的強氧化性、漂白性和酸性弱于H2CO3而設(shè)計的。那么怎樣檢出氯水中加入CaCO3后HClO的濃度提高了呢？這是整個實驗設(shè)計中比較困難的部分。可以啟發(fā)學(xué)生設(shè)計對比實驗加以驗證：理論上可以將新制氯水和加入了CaCO3粉末后的新制氯水，同時在陽光下照射，觀察其冒氣泡的快慢程度，進而推斷出HCl、H2CO3、HClO三者的相對強弱。但現(xiàn)象的對比會因光照強度、觀察環(huán)境、等待時間等因素的不同而存在一定的不確定性。討論以上問題時學(xué)生或熱烈或冷場，作為老師要時刻關(guān)注并積極調(diào)控學(xué)生的情緒。

另一思路是，借助傳感器（這要視學(xué)校條件而定），引出如下“可視化”的實驗：

[實驗Ⅳ]用兩只小燒杯，取新制飽和氯水25mL，一支加入2g左右的CaCO3粉末后，攪拌靜置，一支不作變化。連接好電腦與H+濃度傳感器，分別測定溶液中c（H+），投影測定曲線。結(jié)果表明與CaCO3反應(yīng)消耗了溶液中大量的H+；再換成檢測HClO含量的余氯傳感器（煙臺東潤儀表有限公司DRCL-99 極譜型余氯檢測儀），結(jié)果表明加CaCO3的試管中HClO的濃度增大了。

[問題Ⅳ]上述實驗的結(jié)論說明什么？為何消耗了酸反而換來了HClO濃度的增大？

實驗設(shè)計和問題討論目標(biāo)明確，指向的都是氯氣性質(zhì)的核心知識點，作為“氯氣的性質(zhì)”的教學(xué)，其主要的核心內(nèi)容在本設(shè)計中幾乎都得以體現(xiàn)，而且現(xiàn)象與結(jié)果直觀可靠。

3. “實驗化教學(xué)“效果

課后一周，筆者在所教的兩個平行班（“實驗化教學(xué)”班與“常規(guī)教學(xué)”班）做過一次比較性小測試（4大題共50分限于篇幅，此處不再列出題目）結(jié)果如下：

對比實驗與采集的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)4舍5入全部取整）如下：

數(shù)據(jù)表明，將元素單質(zhì)或化合物呈現(xiàn)的某些性質(zhì)巧妙地設(shè)計成表征性、驗證性或探究性實驗，對元素化學(xué)的學(xué)習(xí)來說，其作用和效果都是不錯的。

三、實驗設(shè)計的原則

上述實驗設(shè)計對于“氮的氧化物、氫化物（氨氣）及其鹽、氮的含氧酸及其鹽”；“硫的氧化物、氫化物、含氧酸（硫酸、亞硫酸等）”的教學(xué)也有一定借鑒作用，關(guān)于元素化學(xué)“實驗化教學(xué)”中的實驗設(shè)計須注意如下幾點：

（1）要根據(jù)所學(xué)元素的知識，認(rèn)真思考實驗設(shè)計的內(nèi)容，實驗現(xiàn)象呈現(xiàn)的先后和所要達成的實驗教學(xué)目標(biāo)，切忌僅僅為了熱鬧好玩吸引學(xué)生眼球而進行實驗和問題設(shè)計。

（2）由于實驗過程的現(xiàn)象綜合而復(fù)雜，除在實驗及課程的設(shè)計上要認(rèn)真謀劃外，對可能會耗時較多的實驗，可做前期的準(zhǔn)備工作，例如先配好溶液，搭好裝置等；實驗現(xiàn)象展示時應(yīng)該盡可能將現(xiàn)象完整明顯地呈現(xiàn)給每位同學(xué)，以便學(xué)生通過現(xiàn)象，依據(jù)創(chuàng)設(shè)的問題去尋找結(jié)論或結(jié)果。

（3）根據(jù)不同元素的特點，還可以進行分組實驗，采用“微型化”實驗等，讓學(xué)生參與其中，既給了學(xué)生更清晰的實驗現(xiàn)象，又在大大滿足學(xué)生的參與欲望的同時，提升其動手能力。

（4）課堂上能通過實驗解決說明的問題，那就少講或不講，能做的實驗就不要以實驗視頻代替，能親自體驗實驗就不必以課本結(jié)論為據(jù)……總之要將“實驗化”充分發(fā)揮、充分挖掘！

四、課堂實踐的點滴反思

“實驗化教學(xué)”在學(xué)生掌握與記憶“元素化學(xué)”知識時是有優(yōu)勢的，常言道“百聞不如一見”也說明了這一點。同時“實驗化教學(xué)”對于提升學(xué)生觀察能力、思維能力、思維的品質(zhì)皆有其優(yōu)勢，如此，就值得去推行去嘗試，因為“教育就是生長，其本質(zhì)是人的發(fā)展，也就是說，教育的過程就是發(fā)掘人的天性、潛能以及潛在價值的過程[4]?！?/p>

“實驗化教學(xué)”的優(yōu)點是在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的同時，可以將整個元素及化合物的知識巧妙地穿插在所設(shè)計的實驗中，讓學(xué)習(xí)者去觀察、發(fā)現(xiàn)、分析、討論、概括直至進行探究性嘗試，培養(yǎng)學(xué)生多渠道獲取知識及信息加工的能力，讓學(xué)生逐步掌握學(xué)習(xí)元素化合物知識的一般方法，這正是“實驗化教學(xué)”的優(yōu)勢所在[5]。

參考文獻

[1] 人民教育出版社課程教材研究所化學(xué)課程教材開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)教科書·化學(xué)1（必修） 教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2007：38-43

[2] 江蘇省教育考試院. 2013江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試（選修科目）說明[M].南京：江蘇教育出版社，2013：32

[3] 北京師范大學(xué)，華中師范大學(xué)，南京師范大學(xué)無機化學(xué)教研室.無機化學(xué)下冊[M].北京：高等教育出版社，2003：456

[4] 林格. 教育是一種大智慧 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2007

[5] 李虎山.“金屬元素及其化合物”的“實驗化教學(xué)”方法初探[J]. 化學(xué)教與學(xué)，2014（12）：33～34，46