初中化學(xué)“證據(jù)推理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)例談

丘蔚琴（福建省長(zhǎng)汀縣第三中學(xué)）

NaOH、CO2、Na2CO3是初中階段最重要的堿、非金屬氧化物和鹽，它們的學(xué)習(xí)對(duì)構(gòu)建起元素化合物知識(shí)的整體框架起支架作用，為了引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，可采用綜合探究的方式進(jìn)行課標(biāo)中的“物質(zhì)化學(xué)變化”主題的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生將零散的知識(shí)構(gòu)建為相互聯(lián)系的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，使物質(zhì)變化觀建構(gòu)更加清晰。

一、證據(jù)推理實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)一定實(shí)驗(yàn)條件達(dá)成對(duì)產(chǎn)物的分析及物質(zhì)的檢驗(yàn)。

通過(guò)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，師生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，在實(shí)驗(yàn)探究中培育學(xué)生證據(jù)推理的學(xué)科素養(yǎng)，達(dá)成多維度證實(shí)CO2與NaOH的反應(yīng)。

通過(guò)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生體驗(yàn)尊重事實(shí)和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。

二、證據(jù)推理實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)過(guò)程

（一）實(shí)驗(yàn)原理

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

無(wú)明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)顯形的一般方法：

1.驗(yàn)證反應(yīng)物的減少或消失：酚酞在濃的氫氧化鈉溶液中會(huì)褪成無(wú)色，當(dāng)無(wú)色的滴有酚酞的氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)后溶液變紅可證明氫氧化鈉的濃度變化，說(shuō)明氫氧化鈉被消耗。

2.驗(yàn)證生成物即對(duì)特殊離子的檢驗(yàn)：生成物是碳酸鈉，驗(yàn)證碳酸鈉的本質(zhì)就是對(duì)碳酸根離子的檢驗(yàn)，加入稀鹽生成氣體，從而使生成物顯形。

3.有氣體參與的反應(yīng)可驗(yàn)證密閉容器壓強(qiáng)的變化：裝置中兩個(gè)氣球的變化，甚至注射器活塞的移動(dòng)都能直觀體現(xiàn)壓強(qiáng)的變化，但由于CO2能與溶于水并與水反應(yīng)的特殊性，所以CO2與NaOH的反應(yīng)不能通過(guò)簡(jiǎn)單的壓強(qiáng)變化來(lái)驗(yàn)證，需要增加對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

（二）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

用注射器抽取20mL滴有酚酞的5%的氫氧化鈉無(wú)色溶液，插入橡膠塞里，塞緊橡膠塞。將二氧化碳的發(fā)生裝置連接尖嘴玻璃管，收集二氧化碳，直到抽濾瓶細(xì)頸處的氣球膨脹大約100mL（提前用100mL水測(cè)量氣球膨脹的大?。?，將止水夾夾住，撤掉二氧化碳發(fā)生裝置。

（三）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.將注射器中20mL滴有酚酞的5%氫氧化鈉溶液（無(wú)色）注入抽濾瓶、震蕩，充分反應(yīng)。抽濾瓶細(xì)頸處的氣球變癟、溶液變紅。

針對(duì)現(xiàn)象思考問(wèn)題：①氣球變癟能否證明NaOH與CO2發(fā)生了反應(yīng)？②酚酞為何顯色變紅了？

問(wèn)題②中酚酞的異常變色與學(xué)生的認(rèn)知不相符，所以需要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)查閱資料來(lái)獲取相關(guān)信息。酚酞試液的顯色與溶液的pH有關(guān)，在濃的NaOH溶液中酚酞會(huì)褪色；而實(shí)驗(yàn)中酚酞由無(wú)色變紅色則說(shuō)明，溶液的pH減小，溶質(zhì)一定發(fā)生了變化，通過(guò)驗(yàn)證反應(yīng)物的減少使該無(wú)明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)得到顯形。

2.將抽濾瓶倒置，將尖嘴玻璃管連接的導(dǎo)管伸入1:7濃度的稀鹽酸中，打開(kāi)止水夾，稀鹽酸倒吸形成噴泉；振蕩，有氣泡產(chǎn)生、細(xì)頸處氣球再次鼓起、溶液變成無(wú)色。

針對(duì)現(xiàn)象思考問(wèn)題：①?lài)娙a(chǎn)生的原因？②氣泡產(chǎn)生及溶液變?yōu)闊o(wú)色的原因？從宏觀現(xiàn)象探尋微觀本質(zhì)，生成氣體是因?yàn)槿芤褐写嬖贑O32-，學(xué)生可以歸納出：通過(guò)驗(yàn)證生成物，即CO32-的存在，可使無(wú)明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)得到顯形。學(xué)生書(shū)寫(xiě)兩步操作涉及的化學(xué)方程式：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

這個(gè)環(huán)節(jié)意在滲透“宏觀—微觀—符號(hào)”三重表征的思維模式來(lái)幫助學(xué)生理解變化的本質(zhì)。

3.學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)使抽濾瓶?jī)?nèi)的氣球膨脹，生生、師生評(píng)價(jià)原理是否正確、操作是否簡(jiǎn)單、現(xiàn)象是否明顯、過(guò)程是否安全、環(huán)保。

實(shí)驗(yàn)操作：將空注射器快速取下，手指堵住針頭保證裝置密閉，將另一盛裝15mL10%氫氧化鈉溶液的注射器快速安裝好；逐滴將NaOH溶液加入抽濾瓶。溶液出現(xiàn)紅色又馬上變無(wú)色，最終變?yōu)榧t色；細(xì)頸處氣球變癟；成分反應(yīng)后打開(kāi)與抽濾瓶?jī)?nèi)氣球相連的止水夾，抽濾瓶?jī)?nèi)的氣球鼓起。

引發(fā)學(xué)生深度思考：為何選擇濃度更大的NaOH溶液進(jìn)行該操作？針對(duì)該問(wèn)題，學(xué)生的思維可能會(huì)遇到障礙，引導(dǎo)學(xué)生重新審視實(shí)驗(yàn)課題“基于現(xiàn)象進(jìn)行證據(jù)推理”，從細(xì)微的現(xiàn)象“溶液出現(xiàn)紅色又馬上變無(wú)色”思考背后的本質(zhì)。經(jīng)過(guò)層層剖析最終得出合理的推理：溶液為無(wú)色說(shuō)明此時(shí)的溶液并非堿性，即NaOH并未與CO2反應(yīng)生成Na2CO3，NaOH與溶液中的HCl先反應(yīng)，所以需要利于濃度來(lái)保證氫氧化鈉溶液的溶質(zhì)是足量的。

反應(yīng)的化學(xué)方程式：NaOH+HCl=NaCl+H2O；2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。

這一環(huán)節(jié)培育學(xué)生形成關(guān)鍵能力，透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中能夠積極思考，遷移應(yīng)用多方面的化學(xué)知識(shí)解決層層上升的問(wèn)題，逐步進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)。

三、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)與反思

利用酚酞試液的變色特點(diǎn)，在較濃的氫氧化鈉溶液中褪色，將無(wú)色的滴有酚酞的氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)，通過(guò)酚酞再次變紅這一系列非常規(guī)的現(xiàn)象變化喚起學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力，基于現(xiàn)象進(jìn)行推理，通過(guò)酚酞變紅說(shuō)明氫氧化鈉濃度減小，從而證明氫氧化鈉被消耗的事實(shí)。

為了避免減少橡皮塞的打孔選擇了抽濾瓶，實(shí)驗(yàn)裝置一體化且簡(jiǎn)約易操作。抽濾瓶細(xì)頸處連接的氣球不僅能使整個(gè)密閉裝置靈活地收集到更多的定量的二氧化碳，同時(shí)也能讓學(xué)生非常直觀地感受密閉裝置內(nèi)氣壓變化過(guò)程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)步驟①學(xué)生能從物理和化學(xué)的雙重視角感知?dú)溲趸c與二氧化碳的反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)步驟②鹽酸倒吸的噴泉實(shí)驗(yàn)同樣能讓學(xué)生從物理和化學(xué)雙重視角感知物質(zhì)的變化過(guò)程，壓強(qiáng)的變化以及新物質(zhì)的生成。這些現(xiàn)象是學(xué)生未曾體驗(yàn)過(guò)的，靜態(tài)的知識(shí)變得鮮活，對(duì)于激發(fā)學(xué)生的復(fù)習(xí)課興趣作用可見(jiàn)一斑。

歸納出使無(wú)明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)顯形的一般方法：可通過(guò)驗(yàn)證反應(yīng)物的減少或消失、驗(yàn)證生成物即對(duì)特殊離子的檢驗(yàn)、有氣體參與的反應(yīng)可對(duì)比驗(yàn)證密閉容器壓強(qiáng)的變化等。

學(xué)生根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)驗(yàn)證了反應(yīng)物的減少、生成物的增加，進(jìn)而確認(rèn)了化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。

最后拋出的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生初步從定量的角度認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鹽酸過(guò)量，所以在注射器容積固定的情況下只能選擇更高濃度的氫氧化鈉溶液來(lái)參與混合體系的反應(yīng)；并且細(xì)頸處氣球再次膨脹的大小與實(shí)驗(yàn)前相比大了一些，可以粗略反映了二氧化碳的守恒。

學(xué)生體驗(yàn)到了認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化的一般方法與思路，也初步體會(huì)實(shí)驗(yàn)條件的控制對(duì)完成實(shí)驗(yàn)及探究的作用。