对比实验在高中化学概念教学中的应用

对比实验在高中化学概念教学中的应用

化学概念是中学化学教学内容的重要组成部分。由于化学概念抽象难懂，学生在学习中往往存在困难和认识障碍。如高中化学必修1教材中的一些有关物质分类与化学反应的概念，如胶体、离子反应、电解质、两性氧化物等。如何根据这些化学概念的特点，发挥化学实验在概念教学中的作用是值得探讨的重要课题。一、胶体概念教学中的对比实验设计胶体的知识与学生以前所学的化学知识有所不同，它研究的是物质的聚焦状态表现出来的性质。对胶体知识的学习拓宽了学生研究物质、观察物质的新视角。学生在学习胶体的过程中，经常会出现一些模糊的认识，可以采取对比实验的方法来帮助学生澄清对胶体知识的模糊认识。如果直接利用教材中的有关实验，不能很好地帮助学生理解胶体概念的实质。考虑到学生在初中已具备的知识，可以设计三组对比实验，即硫酸铜溶液和硫酸铜酒精胶体、氢氧化铁沉淀和氢氧化铁胶体、浑浊的泥水和静置后的泥水。分别对这三组分散系做丁达尔效应实验，观察现象并进行对比（见表1）。表1同一物质的不同分散状态及其性质的对比通过上述对比实验，学生在观察、对比的过程中不仅学习胶体具有丁达尔效应这个特性，而且可认识到硫酸铜分散在水中可以溶液状态存在，而分散在酒精中形成胶体；还有氢氧化铁分散在水中既可以胶体状态存在，也可以浊液状态存在。这一系列的实验之后，学生便会很清楚的认识到胶体不是一种特殊的物质。相同的物质分散在不同的分散介质中，便会得到不同的分散体系。当分散体系中的分散质颗粒大小符合一定的条件时便形成了胶体。至此，学生对“胶体是物质的一种分散状态”会有进一步的理解。二、电解质概念学习中的对比实验设计电解质是指在溶于水或熔融条件下能够电离出自由移动的离子、具有导电性的一类化合物。学生在学习过程中，容易出现以下问题：①只关注电解质导电的性质，而忽视了电解质的物质分类，即属于化合物。②对于导电的条件认识不清，即水溶液或是熔融状态，只需满足其中之一。③对于导电的本质理解不到位，即物质本身电离，能够导电。④错误的认为难溶物一定不属于电解质。为帮助学生准确掌握电解质的概念，可以设计对比实验，加深学生的理解。实验方案：准备5种物质，即NaCl(s)、蔗糖、Cu、（一集气瓶）、(s)，各取适量加入到200mL纯水中（取150mL纯水倒入盛有气体的集气瓶中），得到5种混合物，取一支灯泡与电源连接成一回路，检测各混合物的导电性，并进行对比（见表2）。表2不同物质溶于水后的导电性对比通过这个实验，学生可以观察到能够使灯泡亮的是1、4、5。从而得出结论：1、5属于电解质；2、4属于非电解质；3既不是电解质也不是非电解质。将这5组实验进行对比分析：①1和3对比，这组对比实验讨论的是电解质的物质分类，即化合物。金属Cu虽然本身可以导电，但是它属于单质，因此不属于电解质，也不属于非电解质。②1和2对比，蔗糖溶液不能够导电，是因为蔗糖在水中是以分子形式存在的，不能够电离出自由移动的离子，故其属于非电解质。综上所述，由于电解质这一概念的关键词很多，学生必须深入而全面的理解才能够完全掌握。设计这样的对比实验，形象而深入地对电解质概念进行剖析，可以更好地帮助学生理解和掌握。三、离子反应概念学习中的对比实验设计离子反应是中学化学的核心概念之一。对离子反应概念的教学重点在于帮助学生从微观粒子在水溶液中的相互作用的角度来认识离子反应。由于概念理论性强，较为抽象，易感到困难和枯燥，因此可以设计对比实验（见表3），从学生熟悉的复分解反应和酸碱中和反应入手，引导学生从微观粒子的角度分析化学变化，从而更容易地认识离子反应的概念。表3离子反应对比实验设计设计的上述两组对比实验，分别是学生熟知的复分解反应和酸碱中和反应。第一组实验，学生可以根据已有知识判断出实验①无明显现象，判断为不反应。实验②和实验③是不同的两个化学反应，实验现象却是一样的，都出现蓝色絮状沉淀。接下来老师可带领学生按照表4的思路对这3个实验进行分析，促使学生逐步形成从微观粒子之间相互作用的角度认识离子反应的本质。第二组实验可以训练学生独立分析问题的能力，进一步巩固微观的视角。表4离子反应探究实验以上的对比实验是以教师引导学生分析的探究式实验设计为主线，很大程度上培养了学生分析问题的能力。然而上述实验的实验现象不明显且抽象思维容量很大，这对于大多数的高一学生有一定的难度。下面介绍一种对比实验装置，学生可通过观察明显的实验现象来讨论离子反应实质和过程。实验装置如图1所示，分液漏斗中盛有(10%)，试管中盛有饱和溶液。实验过程见下页表5。图1离子反应演示仪表5离子反应演示实验学生通过观察明显的实验现象，结合自身已有认知，逐步形成微观的视角来分析电解质溶液之间的化学反应的实质。四、两性氧化物、两性氢氧化物概念学习中的对比实验设计在“几种重要的金属化合物”这一节中，涉及了钠、铝、铁、铜四种重要金属的化合物的性质。在学习“铝的重要化合物”时，物质的“两性”与一般的金属化合物性质规律有所差异。因此在两性氧化物、两性氢氧化物的概念教学过程中，需要采取有效教学手段，才能很好地发展学生认知，完善学生对元素化合物性质的认识。对比实验设计见表6。表6两性氢氧化物对比实验设计这样的对比实验，学生可以观察到中加入少量硫酸，沉淀溶解，加入氢氧化钠，沉淀不溶解；中加入硫酸和氢氧化钠溶液，都出现沉淀溶解的现象。明显的实验现象和鲜明的对比结果可以刺激学生感官，更加深刻地理解两性的含义，即既能与酸反应又能与碱反应。学生可以认识到同类化合物性质的普遍规律性和特殊性是同时存在的，这为之后非金属及其化合物的学习奠定了基础。综上所述，在高中化学教学过程中合理地运用对比实验，可以帮助学生准确并且全