實驗探究錫紙中的金屬成分

摘要： 為有效地復(fù)習(xí)常見金屬的性質(zhì)，基于化學(xué)學(xué)科教室的資源支持，設(shè)計了“探究錫紙中的金屬成分”系列實驗。通過“視頻激趣初步判斷”、“查閱資料進(jìn)一步排除”、“設(shè)計實驗再次探究”、“定量分析得出結(jié)論”4個環(huán)節(jié)，既有效復(fù)習(xí)了常見金屬的性質(zhì)等知識，又激發(fā)了學(xué)生持續(xù)的探究欲望，培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 實驗探究； 錫紙； 常見金屬的性質(zhì)； 知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)； 化學(xué)學(xué)科教室

文章編號： 10056629（2018）9008003 中圖分類號： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 研究背景

每年3月底或4月初，九年級化學(xué)教學(xué)就進(jìn)入了總復(fù)習(xí)階段。教師普遍對復(fù)習(xí)課這種課型的準(zhǔn)備感到非常棘手： 既要回顧舊知識，又不能讓學(xué)生感覺像在“炒冷飯”。既要夯實基礎(chǔ)，又要在原來的基礎(chǔ)上有所突破、升華[1]。常見金屬的性質(zhì)是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的一個重點，特別是要掌握金屬與酸溶液、鹽溶液反應(yīng)的規(guī)律，學(xué)會用金屬活動性順序表對有關(guān)的置換反應(yīng)進(jìn)行判斷更是一個難點。

如何有效地復(fù)習(xí)常見金屬的性質(zhì)？筆者的觀點是從生活情境中挖掘引發(fā)學(xué)生深刻思維的探究問題，引導(dǎo)學(xué)生通過實驗探究來解決問題，既充分激發(fā)學(xué)生的興趣，又在探究過程中將常見金屬的性質(zhì)等知識聯(lián)系到一起，構(gòu)建較完整的知識體系，加深對知識的再認(rèn)識。

我校創(chuàng)建了化學(xué)學(xué)科教室。學(xué)科教室中三邊柜子里存放平時實驗所用的儀器與藥品，可滿足學(xué)生隨時進(jìn)行實驗探究、自主進(jìn)行個人探究和多人合作探究的需求。中控臺上放了各種化學(xué)雜志、化學(xué)資料，方便學(xué)生隨時查閱。幾臺電腦可供學(xué)生上網(wǎng)查閱資料、播放視頻等[2]。

基于化學(xué)學(xué)科教室的資源支持，筆者設(shè)計了“探究錫紙中的金屬成分”系列實驗。

2 實驗設(shè)計

2.1 視頻激趣初步判斷

教師先在課堂上播放了生活中常見的用錫紙包裝花蛤，在電磁爐上燒烤花蛤的視頻。學(xué)生概括出這種錫紙具有導(dǎo)熱性、延展性，還有銀白色的金屬光澤。市售的錫紙，也有稱作鋁箔、鋁箔錫紙等，那么錫紙中的金屬是什么？根據(jù)錫紙的顏色，結(jié)合金屬的活動性、價格等因素，學(xué)生猜測其中的金屬可能是錫、鋁、鎂、鋅、鐵中的一種，并設(shè)計實驗初步判斷。

2.1.1 藥品及儀器

藥品： 錫紙條、磁鐵

儀器： 酒精燈、火柴、坩堝鉗

2.1.2 實驗操作及現(xiàn)象

（1） 用磁鐵靠近錫紙條，錫紙條沒有被吸引。

（2） 用坩堝鉗夾取錫紙條在酒精燈上點燃，錫紙條熔化但沒有滴落，也沒有燃燒。

2.1.3 依據(jù)原理及結(jié)論

依據(jù)原理： 鐵有磁性，鎂易在空氣中燃燒。

實驗結(jié)論： 錫紙中沒有鐵、鎂。

2.1.4 設(shè)計目的

讓學(xué)生復(fù)習(xí)常見的金屬的通性，如： 導(dǎo)熱性、延展性、有光澤。但金屬也有個性，如： 鐵具有磁性，鎂很易在空氣中燃燒。利用金屬的個性可用來檢驗金屬。該設(shè)計可以幫助學(xué)生構(gòu)建金屬的性質(zhì)的知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（見圖1）。

2.2 查閱資料進(jìn)一步排除

教師進(jìn)一步追問： 如何進(jìn)一步確定錫紙中的金屬是錫、鋁、鋅中的哪一種？學(xué)生利用學(xué)科教室中的電腦上網(wǎng)查閱資料。

資料1： 金屬鋅似晶體狀，室溫下，鋅較硬且相當(dāng)脆。

資料2： 最初的錫紙真的是錫造的，錫紙比鋁箔軟，包裹食物多少會帶點錫味。鋁降價后，逐漸得到廣泛應(yīng)用，鋁箔可用來燒烤、烘焙。

根據(jù)資料1，可進(jìn)一步排除鋅的可能性。資料2讓學(xué)生產(chǎn)生了疑問： 燒烤花蛤的錫紙中的金屬到底是錫還是鋁？激發(fā)了學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望。

2.3 設(shè)計實驗再次探究

根據(jù)金屬活動性順序表中鋁和錫的位置，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計以下探究實驗進(jìn)一步證明錫紙中的金屬是鋁還是錫。

2.3.1 對比實驗法

藥品： 錫紙條1支、鐵釘1支、20%的鹽酸20mL、 15%的稀鹽酸10mL、蒸餾水

儀器： 試管、砂皮紙、鑷子

實驗準(zhǔn)備： 將錫紙條卷成和鐵釘一樣粗細(xì)，先在20%的鹽酸中浸泡至產(chǎn)生較多氣泡，以除去錫紙表面可能存在的氧化膜，再取出用蒸餾水清洗，然后浸在蒸餾水中備用。

實驗操作及現(xiàn)象： 將鐵釘用砂皮紙打磨后放入試管，從蒸餾水中取出錫紙條放入另一支試管，向兩支試管中各倒入5mL 15%的稀鹽酸，錫紙與稀鹽酸反應(yīng)冒氣泡速率比鐵釘與稀鹽酸反應(yīng)冒氣泡速率快。

依據(jù)原理： 鋁的金屬活動性比鐵強，錫的金屬活動性比鐵弱，鋁與稀鹽酸反應(yīng)冒氣泡速率比鐵釘與稀鹽酸反應(yīng)冒氣泡速率快。

實驗結(jié)論： 錫紙中的金屬是鋁。

設(shè)計目的： 向?qū)W生滲透“對比”實驗思想，讓學(xué)生復(fù)習(xí)了活潑金屬能與酸溶液反應(yīng)，且金屬的活動性越強，與酸溶液反應(yīng)的速率越快。同時讓學(xué)生學(xué)會運用金屬活動性順序表來解決生活中的實際問題，進(jìn)一步完善金屬的性質(zhì)的知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（見圖2）。

2.3.2 與鹽溶液反應(yīng)法

藥品： 錫紙條、飽和硫酸鋅溶液

儀器： 試管、鑷子

實驗操作及現(xiàn)象： 將蒸餾水中的錫紙條取出放入試管，倒入硫酸鋅溶液至浸沒錫紙條，發(fā)現(xiàn)無明顯現(xiàn)象。等待3分鐘，仍無明顯現(xiàn)象。

組織討論： 問題1： 通過對比實驗法已知錫紙中的金屬是鋁，鋁的金屬活動性比鋅強，能把鋅從其鹽溶液中置換出來，但為什么錫紙條放入硫酸鋅溶液中無明顯現(xiàn)象？學(xué)生猜測： 可能因為反應(yīng)速率較慢，短時間觀察不到明顯現(xiàn)象。問題2： 如何加快反應(yīng)速率？學(xué)生認(rèn)為可以提高反應(yīng)溫度。

實驗操作及現(xiàn)象： 將試管加熱至沸騰，但仍無明顯現(xiàn)象。

再次組織討論： 問題1： 為什么加熱后仍無明顯現(xiàn)象？學(xué)生回答： 因為鋁是銀白色金屬，置換出的鋅也是銀白色金屬，區(qū)分不明顯。問題2： 有辦法證明鋁和硫酸鋅溶液能反應(yīng)嗎？學(xué)生思考。

設(shè)計目的： 通過該實驗設(shè)計，既讓學(xué)生復(fù)習(xí)了金屬與鹽溶液反應(yīng)的條件，又讓學(xué)生認(rèn)識到某些金屬與鹽溶液的反應(yīng)并沒有明顯現(xiàn)象，從定性的角度無法證明該反應(yīng)是否發(fā)生，為后面的定量研究埋下伏筆。

2.4 定量分析得出結(jié)論

2.4.1 依據(jù)原理

根據(jù)鋁和硫酸鋅溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式，對比鋁和鋅的相對原子質(zhì)量可發(fā)現(xiàn)： 每54份質(zhì)量的鋁參加反應(yīng)，可以析出195份質(zhì)量的鋅。所以只要稱量反應(yīng)前后金屬的質(zhì)量，若反應(yīng)后金屬的質(zhì)量增加，說明錫紙條中的金屬能和硫酸鋅溶液反應(yīng)，即可確定是金屬鋁。

2.4.2 藥品及儀器

藥品： 錫紙片、飽和硫酸鋅溶液、20%的鹽酸20mL、蒸餾水

儀器： 燒杯、鑷子、電子天平

2.4.3 實驗操作、現(xiàn)象及結(jié)論

實驗操作及現(xiàn)象： 將錫紙剪成寬0.6mm、長2cm左右的紙片，共8片，在20%的鹽酸中浸泡至產(chǎn)生較多氣泡，再用蒸餾水清洗，然后烘干放入燒杯中，在電子天平上稱量，錫紙的質(zhì)量為0.3g。向燒杯中倒入飽和的硫酸鋅溶液至浸沒錫紙片。5分鐘后，取出錫紙片，用蒸餾水清洗，烘干，再次在電子天平上稱量金屬的質(zhì)量為0.6g。

實驗結(jié)論： 金屬鋁能與硫酸鋅溶液反應(yīng)，且反應(yīng)后金屬的質(zhì)量增加。

2.4.4 設(shè)計目的

讓學(xué)生認(rèn)識到定量研究對于化學(xué)科學(xué)發(fā)展有重大作用，讓學(xué)生養(yǎng)成從定量的角度研究化學(xué)的習(xí)慣，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和分析問題、解決問題的能力。

將金屬的性質(zhì)相關(guān)知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步完善（見圖3）。

3 反思

3.1 真實的生活情境激發(fā)學(xué)生探究興趣

化學(xué)源于生活又服務(wù)于生活。生活中處處有化學(xué)，人的衣食住行都與化學(xué)密不可分，只要留意觀察，便可把生活中豐富的化學(xué)現(xiàn)象和問題加工成化學(xué)學(xué)習(xí)情境[3]。本實驗從生活中挖掘素材，選擇“燒烤的錫紙”作為探究對象，不僅能激發(fā)學(xué)生的探究興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)方法解決日常生活中的問題的意識。

3.2 學(xué)科教室提供場所和資源支撐

本實驗設(shè)計和操作由學(xué)生在教師帶領(lǐng)下在學(xué)科教室內(nèi)完成，學(xué)生的設(shè)計準(zhǔn)備和課堂教學(xué)均以學(xué)科教室現(xiàn)場實驗為背景，避免了設(shè)計的盲目性[4]。學(xué)科教室中的化學(xué)資料、電腦資源等可讓學(xué)生隨時查閱，進(jìn)一步豐富了探究的手段，為學(xué)生設(shè)計實驗打開了思路，充足的化學(xué)藥品也為他們動手實驗提供了多種選擇。在學(xué)科教室中，可以盡可能多地讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，既培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，又充分體現(xiàn)學(xué)科教室的價值。

3.3 實驗內(nèi)容層層遞進(jìn)培養(yǎng)理性思維

“探究錫紙中的金屬成分”實驗設(shè)計，從初步判斷到進(jìn)一步排除，從再次探究到得出結(jié)論，分別從依據(jù)經(jīng)驗判斷到定性分析再到定量研究，大大拓展了學(xué)生的知識廣度和深度，不斷激發(fā)學(xué)生持續(xù)的探究欲望，鍛煉了探究能力，讓學(xué)生的理性思維得到充分訓(xùn)練。

化學(xué)復(fù)習(xí)課的目的是幫助學(xué)生在知識重構(gòu)的過程中進(jìn)一步鍛煉思維和發(fā)展能力。本實驗探究的問題源于生活，設(shè)計基于學(xué)科教室，通過系列實驗探究，增強了學(xué)生的化學(xué)探究意識，培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

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