初中化学“证据推理实验”教学例谈

2022-03-16丘蔚琴福建省长汀县第三中学

基础教育论坛 2022年3期

丘蔚琴（福建省长汀县第三中学）

NaOH、CO2、Na2CO3是初中阶段最重要的碱、非金属氧化物和盐，它们的学习对构建起元素化合物知识的整体框架起支架作用，为了引导学生进行深度学习，可采用综合探究的方式进行课标中的“物质化学变化”主题的学习，帮助学生将零散的知识构建为相互联系的知识网络，使物质变化观建构更加清晰。

一、证据推理实验探究的教学目标

通过一定实验条件达成对产物的分析及物质的检验。

通过创新性实验的设计，师生进行实验探究，在实验探究中培育学生证据推理的学科素养，达成多维度证实CO2与NaOH的反应。

通过创新性实验，帮助学生体验尊重事实和科学严谨的实验态度。

二、证据推理实验探究的教学过程

（一）实验原理

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

无明显现象的化学反应显形的一般方法：

1.验证反应物的减少或消失：酚酞在浓的氢氧化钠溶液中会褪成无色，当无色的滴有酚酞的氢氧化钠溶液与二氧化碳反应后溶液变红可证明氢氧化钠的浓度变化，说明氢氧化钠被消耗。

2.验证生成物即对特殊离子的检验：生成物是碳酸钠，验证碳酸钠的本质就是对碳酸根离子的检验，加入稀盐生成气体，从而使生成物显形。

3.有气体参与的反应可验证密闭容器压强的变化：装置中两个气球的变化，甚至注射器活塞的移动都能直观体现压强的变化，但由于CO2能与溶于水并与水反应的特殊性，所以CO2与NaOH的反应不能通过简单的压强变化来验证，需要增加对比实验。

（二）实验准备

用注射器抽取20mL滴有酚酞的5%的氢氧化钠无色溶液，插入橡胶塞里，塞紧橡胶塞。将二氧化碳的发生装置连接尖嘴玻璃管，收集二氧化碳，直到抽滤瓶细颈处的气球膨胀大约100mL（提前用100mL水测量气球膨胀的大小），将止水夹夹住，撤掉二氧化碳发生装置。

（三）实验过程

1.将注射器中20mL滴有酚酞的5%氢氧化钠溶液（无色）注入抽滤瓶、震荡，充分反应。抽滤瓶细颈处的气球变瘪、溶液变红。

针对现象思考问题：①气球变瘪能否证明NaOH与CO2发生了反应？②酚酞为何显色变红了？

问题②中酚酞的异常变色与学生的认知不相符，所以需要引导学生通过查阅资料来获取相关信息。酚酞试液的显色与溶液的pH有关，在浓的NaOH溶液中酚酞会褪色；而实验中酚酞由无色变红色则说明，溶液的pH减小，溶质一定发生了变化，通过验证反应物的减少使该无明显现象的化学反应得到显形。

2.将抽滤瓶倒置，将尖嘴玻璃管连接的导管伸入1:7浓度的稀盐酸中，打开止水夹，稀盐酸倒吸形成喷泉；振荡，有气泡产生、细颈处气球再次鼓起、溶液变成无色。

针对现象思考问题：①喷泉产生的原因？②气泡产生及溶液变为无色的原因？从宏观现象探寻微观本质，生成气体是因为溶液中存在CO32-，学生可以归纳出：通过验证生成物，即CO32-的存在，可使无明显现象的化学反应得到显形。学生书写两步操作涉及的化学方程式：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

这个环节意在渗透“宏观—微观—符号”三重表征的思维模式来帮助学生理解变化的本质。

3.学生设计实验使抽滤瓶内的气球膨胀，生生、师生评价原理是否正确、操作是否简单、现象是否明显、过程是否安全、环保。

实验操作：将空注射器快速取下，手指堵住针头保证装置密闭，将另一盛装15mL10%氢氧化钠溶液的注射器快速安装好；逐滴将NaOH溶液加入抽滤瓶。溶液出现红色又马上变无色，最终变为红色；细颈处气球变瘪；成分反应后打开与抽滤瓶内气球相连的止水夹，抽滤瓶内的气球鼓起。

引发学生深度思考：为何选择浓度更大的NaOH溶液进行该操作？针对该问题，学生的思维可能会遇到障碍，引导学生重新审视实验课题“基于现象进行证据推理”，从细微的现象“溶液出现红色又马上变无色”思考背后的本质。经过层层剖析最终得出合理的推理：溶液为无色说明此时的溶液并非碱性，即NaOH并未与CO2反应生成Na2CO3，NaOH与溶液中的HCl先反应，所以需要利于浓度来保证氢氧化钠溶液的溶质是足量的。

反应的化学方程式：NaOH+HCl=NaCl+H2O；2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。

这一环节培育学生形成关键能力，透过现象看本质。学生在实验探究中能够积极思考，迁移应用多方面的化学知识解决层层上升的问题，逐步进入深度学习的状态。