运用创新技法设计探究硝酸氧化性实验

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 运用创新技法设计探究硝酸氧化性 实验 摘要：化学实验是化学教学中一 个非常重要的环节，对化学实验的改进 与创新设计体现了教师和学生的智慧， 对师生创新能力的提升作用很大。创新 技法可以使创新过程少走弯路，为改进 实验提供思考的方向，起到事半功倍的 效果。在创新技法的指导下，运用组合 技法和缺点列举技法，设计探究硝酸氧 化性实验，取得较好的效果。 中国论文网 /9/view-12940206.htm 关键词：创新技法；组合技法； 缺点列举技法；硝酸氧化性 文章编号：1005 C6629（2016）12C0050C03 中图 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 分类号：G633.8 文献标识码：B 当代科学创始人默顿认为，人类 创造发明也是有规律可循的，对同一研 究目标常有许多人在同一跑道上竞争， 而最先到达终点的天才，只是在发明过 程中发挥更大的创造力，在运用创新方 法上胜过了别人1。创新技法可以使创 新过程少走弯路，为改进实验提供思考 的方向，起到事半功倍的效果。 1 中学常用的实验创新技法 常用实验创新技法有组合技法、 缺点列举技法、比较技法、替代技法等 2。组合技法指将一些相关的化学实验 按某种关联因素或特征进行新的组合， 构成新的实验。如利用组合技法，将某 种气体的制备与性质探究结合起来，一 次完成全部实验。 缺点列举技法指通过发掘现有实 验的缺陷，且一一列举出来，然后提出 改进或革新的一种技法。如利用缺点列 举技法，列举某种会产生倒吸装置的各 种缺点，然后逐一改进缺点，设计出各 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 种防倒吸的实验装置。 比较技法指通过控制反应条件， 研究某一个因素对实验的影响。如利用 比较技法，控制浓度、温度、催化剂等 变量中的一个变量，研究外界因素对化 学反应速率或平衡移动的影响。 替代技法指根据反应原理，用一 些简单、易得的仪器替代一些复杂的仪 器，取得同样的实验效果。如利用替代 技法，在研究启普发生器特殊构造的基 础上，设计各种启普发生器的替代装置。 有些化学实验由于受条件的限制， 无法做到或做不成功，需要借助模拟实 验来提供学生熟悉的生动的感性材料， 从而达到揭示问题本质的目的。如利用 模拟技法，用物理实验室中的高压静电 放电装置，模拟闪电固氮过程。 逆向技法指改变一般思维程序， 即把事物反过来看，见人之未见，思人 之未思，并由此解决问题，产生新的思 路。如证明水的组成常用电解水的方法， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 也可以逆向思考，从氢气在氧气中燃烧 生成水来证明。 强化技法指在实验中强化关键部 分，忽略次要部分。变看不见为看得见， 变无声为有声，变无色为有色。通过外 在的现象，找到内在变化的本质。如氢 氧化钠和盐酸反应没有明显的现象，常 用滴有酚酞的氢氧化钠溶液和盐酸反应， 通过颜色变化证明二者发生了反应。 下面列举组合技法和缺点列举技 法在探究硝酸氧化性的实验中的应用。 2 组合技法在探究浓、稀硝酸氧 化性中的应用 将已有的化学实验按一些共同特 征或功能进行合理组合，使其具有某种 新的功能也是对原有化学实验的一种创 新。利用组合技法，设计锌与浓、稀硝 酸反应的实验。 2.1 一般做法 多数教师依照教材建议，选择较 不活泼金属铜分别和浓、稀硝酸反应， 来探究浓、稀硝酸的氧化性。若能反应， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 说明硝酸中+5 价的 N 元素表现出强氧 化性。这种直奔主题的做法凸显的是结 论，缺少探究过程，不符合学生的认知 习惯和学习心理。 2.2 创新思路 思考 1：学生已知浓硫酸中+6 价 的硫元素表现强氧化性，稀硫酸中+1 价的氢元素表现弱氧化性。学生从已有 经验出发，会类比出硝酸的氧化性与硫 酸的氧化性相似。锌既能被硝酸中+1 价的氢元素氧化，也能被+5 价的氮元 素氧化，所以选择锌与硝酸反应比选择 铜更合理，更有探究和思考的空间。 思考 2：锌与浓硝酸反应时产生 红棕色气体，现象明显。锌与稀硝酸反 应时现象较复杂，刚开始出现红棕色气 体，慢慢在液面上方气体颜色变浅，该 气体是一氧化氮还是氢气无法说清楚， 而且不易被碱液吸收。能否运用组合技 法，将这两个反应进行有效组合？ （1）反应试剂组合 锌和浓、稀硝酸都能反应，且随 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 着反应的进行浓硝酸逐渐变成稀硝酸； 浓硝酸还原的产物能排走空气而不干扰 稀硝酸的还原产物。考虑到这些相关因 素，可用过量的锌和浓硝酸一组试剂代 替锌和浓、稀硝酸两组试剂进行反应。 （2）气体吸收组合 浓硝酸生成的二氧化氮能被溲 趸钠溶液吸收，但稀硝酸生成的一氧 化氮不能被氢氧化钠溶液单独吸收。过 量的锌和浓硝酸反应，开始生成的二氧 化氮和随后生成的一氧化氮组合起来， 一起被氢氧化钠溶液吸收，收到一举两 得的效果。 （3）实验装置组合 在反应试剂和气体吸收组合的基 础上，可选择具支试管和双球干燥管这 一套装置来完成锌与浓、稀硝酸的反应 及尾气吸收实验。为了探究锌与稀硝酸 反应的产物，需将无色气体与氧气接触， 较简单的方法是通入氧气。再利用组合 技法，将过氧化钠和水反应产生的氧气 通入反应装置中，实现反应装置和产物 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 验证装置的有效组合。 2.3 创新实验 （1）实验装置：如图 1 所示。 （2）实验过程 接好装置，检查装置气密性。 夹紧弹簧夹。 向小试管中加入两药匙过氧化 钠固体，滴管中吸满水。向大试管中加 入四颗锌粒（确保金属锌过量） ，加入 两滴管浓硝酸（2：1） ，快速塞紧双球 干燥管。 可以看到反应较剧烈，产生大量 的红棕色气体。2 分钟后气体颜色明显 变淡，4 分钟后颜色较浅。此时将胶头 滴管内的水加入小试管，打开弹簧夹， 过氧化钠和水反应产生的氧气进入大试 管，大试管内气体颜色立刻由浅变深， 证明稀硝酸的还原产物为 NO 气体，而 不是氢气。 （3）实验优点 用实验室最常规的仪器组合一 套实验装置，操作简单，对比明显。 浓硝酸生成的 NO2 气体将装 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 置内的空气赶走，便于观察到稀硝酸生 成的 NO 气体。 反应产生气体的颜色由深变浅 再变深（通氧夂螅 。反应现象不断 变化，吸引学生去分析、推理、猜测、 质疑，在思辨中获得新知。 3 缺点列举技法在探究铜与稀硝 酸反应产物中的应用 缺点列举技法就是指通过发掘现 有事物的缺陷，每发现一个缺点，找出 一个问题，就找到一个创新发明的方法。 利用缺点列举技法设计无氧条件下铜与 稀硝酸反应的实验。 3.1 一般做法 在中学范围内创造无氧环境，可 用以下几种方法：液体排空气法气 体排气法真空法燃烧法。燃烧法操 作较复杂；气体排空气法使用气体的量 不易控制。这两种方法在实验中使用较 少。液体排空气法较简单，运用较多。 如用针筒做铜和稀硝酸的实验；或用 U 型管（一边低，一边高）做铜和稀硝酸 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 的实验。前者实验中因针筒中预先放铜 片，很难排尽空气，且针筒的气密性不 高，实验效果并不理想。后者实验中的 U 型管要充满稀硝酸，硝酸用量太大， 也存在不足。通过缺点列举技法明确了 设计的方向：努力设计出易排尽空气， 易密封，反应物用量较少，反应现象明 显的反应装置。 3.2 创新思路 思考 1：从易排空气的角度考虑， 塑料袋比较容易做到3，且越薄的塑料 袋排空气越容易。家用保鲜袋很薄最理 想，但干燥的保鲜袋在折叠中也会存留 极少量的空气，但加水润湿后保鲜袋就 紧紧贴在一起，变成“ 真空状 ”了。 思考 2：从密封的角度考虑，用 线扎住保鲜袋操作并不简便。在家庭中 为防止食品袋中的食物受潮，常使用塑 料密封夹夹紧塑料袋，且塑料密封夹开 启或闭合都比较容易。至此，思路一下 子豁然开朗。 3.3 创新实验 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 （1）实验用品：一个保鲜袋、 两个塑料密封夹、一个洗耳球、碎铜片、 1：2 稀硝酸。 （2）实验装置：如图 2 所示。 （3）实验操作： 向保鲜袋中加入一些碎铜片， 固定在保鲜袋的一个角上。 向保鲜袋中加少量水，然后将 水慢慢排净，利用水膜间的吸附力将袋 中空气完全排净。 向保鲜袋中加入 4 滴管稀硝酸， 再排净空气，用塑料密封夹 1 夹紧保鲜 袋下半部分，确保保鲜袋下半部分无氧 气。 用洗耳球向保鲜袋上半部分鼓 入空气，使保鲜袋鼓起来，再用塑料密 封夹 2 夹紧保鲜袋上半部分。 （4）实验现象 刚开始铜和稀硝酸反应较慢，可 用水浴加热的方法，加快反应。2 分钟 后保鲜袋下半部分产生的无色气体将保 鲜袋鼓起，此时快速打开塑料密封夹 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 1，看到无色气体迅速变成红棕色。 （5）实验优点 实验装置是厨房中常见的物品， 使学生明白创新不神秘，生活中处处有 学问，处处可创新。 保鲜袋用水润湿后极易形成真 空，塑料密封夹操作简单，密封效果好。 保鲜袋又可水浴加热，可节约实验时间。 实验现象非常明显，成功率高， 实验后给学生留下深刻印象。 在实验的创新过程中，所使用的 技法并不是单一的，往往是多种技法交 融并串的综合应用。当前教育综合实践 改革正在大力推进，要求每个学生都要 开展研究性学习，逐步积累研究性学习 的经历。在教学中渗透创新技法，在教 师的创新示范和创新方法引导下，学生 才会有信心、有目标去完成研究性学习， 真正提高学生的学习潜能和综