金属及其化合物实验分析与教学建议

金属及其化合物实验分析

与教学建议北京市第五十五中学徐京汉

从本章开始,介绍具体的元素化合物知识金属及其化合物。在旧教材中,将这一章内容分为两章介绍:高一介绍碱金属,高二介绍几种重要的金属。现在集中在一起学习,更有利于学生探究金属及其化合物知识的系统性、规律性,便于学生学习,便于学生对元素化合物的掌握。金属及其化合物实验分析与教学建议

元素化合物知识是中学化学的基础,也是学生在日常生活中经常接触、需要了解和应用的基础知识。这部分知识既可以为前边的实验和理论知识补充感性认识的素材,又可帮助学生掌握一些学习化学的基本方法。金属及其化合物实验分析与教学建议通过金属及其化合物的性质实验,提高学生对化学是一门以实验为基础的科学的认识,来培养学生的实验意识、操作技能、观察能力。同时根据实验现象做分析,培养学生解决问题的能力。本章共设置实验10个,科学探究实验4个,实践活动1个。金属及其化合物实验分析与教学建议1实验分析[实验3-1]金属钠的物理性质本实验主要介绍金属钠的物理性质和钠在空气中的缓慢氧化,目的是让学生认识活泼金属的硬度不同于常见金属铁、铝、铜等。因此,一定要让学生亲自感受这个过程,可以让学生来完成金属钠的切割。切割金属钠在玻璃片上进行,切口处可观察到银白色光泽,暴露在空气中很快变暗。切开金属钠前先观察钠的表面,以便与切后进行比较。这一实验不仅说明钠具有金属光泽,而且还说明钠是一种活泼金属,硬度很小。钠在空气中燃烧的实验,人教版必修1中采用坩埚加热,而鲁科版则采用在石棉网上加热。两种方法各有优缺点。在坩埚里进行比较规范,但可视性差,实验之后附在坩埚底部的黑色物质较多,难于清洗;若在石棉网上加热比较安全,而且现象明显、直观,但实验时间长,表面黑色物质附着多,燃烧刚完成时很难看到淡黄色固体。因此应该改进该演示实验。[实验3-2]金属钠在空气中燃烧的实验[探究3-1]金属铝的氧化膜实验本探究实验的目的是要说明在空气中放置的金属铝的表面会很快生成一层致密的氧化铝保护膜,且氧化铝的熔点(2050℃)远远高于金属铝的熔点(660℃)。因此,在用酒精灯加热时(一般酒精灯加热温度在500℃~800℃左右),只能使铝熔化,不能使氧化铝熔化,于是就出现好像有一层膜兜住熔化的铝,而使铝不至于滴落的现象。这层氧化膜起着保护内部金属的作用,这也就是性质活泼的铝在空气中能稳定存在的原因。其中涉及到有关铝的性质有:物理性质铝的熔点较低,用酒精灯加热能够使其熔化;化学性质铝在空气中放置会迅速被氧气氧化,生成氧化铝。[探究3-1]金属铝的氧化膜实验本实验应注意的地方:(1)要注意铝箔的厚薄对实验的影响。一般铝箔厚度约为0.1mm,较适合于做此实验。太薄铝箔很容易烧成灰漂走,太厚铝箔烧红的时间过长。(2)把厚度约为0.1mm铝箔加热至熔化变红,轻轻晃动熔化的铝箔并不滴落下来,好像有一种东西兜着,冷却后铝箔失去了光泽。注意:晃动时不要过急过快,否则铝箔也会容易被撕裂下来。做此实验酒精灯的火焰要集中不能随风飘来飘去,因此可用废弃的石棉网做成一个圆筒,罩在酒精灯的火焰上。[探究3-1]金属铝的氧化膜实验(3)把铝箔放入装有稀硫酸的烧杯中处理表面的氧化膜半分钟左右后,取出用水洗净,然后加热至熔化,熔化的铝仍不会滴落下来。说明在空气中铝表面又会很快生成一层新的氧化铝薄膜,把熔化的铝兜着使其不能滴落下来。注意:若在烧杯中处理时间稍长,铝箔会变成金属泥溶解在稀硫酸溶液中,或容易碎裂不能整块取出,以至于不能再做铝箔加热的实验。用酸液处理铝表面的氧化铝薄膜这种方法,比用砂纸打磨好。其优点是所花时间少而且除膜均匀。缺点是除膜时间掌握得不好,容易把铝箔损坏。[探究3-2]铁与水蒸气反应通过对铁粉与水蒸气反应实验装置的设计,从水蒸气的产生、铁粉与水蒸气反应、反应产物的检验等环节来考虑使学生知道一个完整实验装置的组成部分,初步了解设计实验装置时应遵循科学性、安全性、简约性等原则。教科书中介绍的是用一支试管完成铁粉与水蒸气反应的实验,试管底部塞有一团潮湿的棉花,在湿棉花左边放有铁粉,蒸发皿中放肥皂水(或在水中加几滴洗涤剂)。整套装置试管口应低于试管底。铁粉与湿棉花的距离可近一些,加热时用一盏酒精灯先后加热两处。反应产生的气体导入肥皂水中吹成氢气泡,再用燃着的火柴去点燃,可发出爆鸣声。这一实验所用的时间短且安全。演示实验时要注意:(1)铁粉不需要与石棉绒混合,因改用酒精灯加热,温度比用喷灯加热时低。(2)酒精灯应先在放湿棉花的位置上加热一会儿,待试管底部温度略高,且有部分水形成蒸气时,再将酒精灯移至放铁粉的位置加热,可防止发生倒吸现象。(3)加热一会儿后再将导管插入到肥皂水中,最初插入时吹起的是空气泡。肥皂水不宜太稀,否则吹起的氢气泡太小,点燃时难以有较大的爆鸣声。(4)实验结束时,应先从肥皂水中撤出导管,再移去燃着的酒精灯。(5)棉花不宜太湿,否则水会流到加热试管底部,使试管炸裂。[探究3-2]铁与水蒸气反应[实验3-4]金属铝的两性本实验目的是为说明金属铝不仅具有较活泼的金属性,如与酸反应生成盐和氢气,还具有能与强碱溶液反应生成偏铝酸盐和氢气这一特殊性质。采取铝片分别与盐酸和氢氧化钠溶液同时进行反应,便于对比观察实验现象。要将铝片表面的氧化膜打磨干净。铝与盐酸的反应,开始比较缓慢,过一会越来越剧烈,反应放出的热量较大,试管烫手。建议将试管放在试管架上完成实验。铝与碱的反应开始非常缓慢,可以用酒精灯微热。[实验3-5]过氧化钠与水的反应此实验比较容易操作、成功率也高。实验时需要注意以下2点:(1)使用的过氧化钠要避免变质,可以观察过氧化钠的颜色来判断。如果固体粉末发白就是变质了,如果保持淡黄色则实验效果较好。(2)由于常温下反应的速率较快,取过氧化钠的量不可太少,还要在加水之前将线香引燃准备好,便于及时检验氧气的存在。[探究3-3]碳酸钠与碳酸氢钠的性质此实验是以科学探究栏目呈现的,旨在通过实验探究的学习方式促进学生自主学习能力的提高。教材上的实验主要是两个:第一个是溶解性和溶液的碱性比较,第二个是热稳定性比较。教材实验本身就突出对比。实验操作应注意以下几点:(1)实验一中碳酸钠和碳酸氢钠的量要严格按照教材上的1g来取,水用量筒取10mL。按照此用量能够保证溶于水的热效应差异显著,用手摸可以感知。溶解后滴入酚酞变红差别也很明显,同时也能比较节约药品。(2)热稳定性实验要注意加热和导管的操作顺序。先加热,再将导管插入石灰水中,变(不变)混浊后,先撤导管,后停止加热,防止倒吸。[实验3-6]焰色反应主要演示钠离子和钾离子的焰色。此实验需要注意以下几个问题:(1)铂丝可以从废旧电解水装置中取用。(2)也可以使用电炉丝(500W)代替铂丝进行实验。(3)清洗后再蘸取溶液做实验。每次使用完毕还要及时清洗。[实验3-7]氢氧化铝的制备此实验属于一般试管实验,没有难度,非常好做。依教材所述一般即会成功。[实验3-8]氢氧化铝的两性

将制备的氢氧化铝沉淀分装在两支试管里,分别加入盐酸和氢氧化钠溶液,边加边振荡,观察现象,得出两性氢氧化物的概念。实验时建议:(1)实验用的氨水不能太浓,应以2mol/L为宜。(2)为培养学生观察能力以及分析问题的能力,更好地理解氢氧化铝的两性,在做此实验时,加强对比。例如向盛有硫酸铝溶液的三支试管中分别加入过量氨水、适量的氢氧化钠溶液、过量的氢氧化钠溶液,目的在于比较使用弱碱、强碱溶液的不同以及控制用量对于制备氢氧化铝的影响。通过对实验的观察和比较,让学生交流和讨论:为什么不用氢氧化钠溶液与硫酸铝溶液反应制备氢氧化铝?[实验3-9]氢氧化铁和氢氧化亚铁的制备由于这组实验中氢氧化亚铁蹬白色沉淀不易观察,实验时要注意:(1)为了抑制硫酸亚铁的水解,同时防止二价铁离子被空气中的氧气所氧化,可以在硫酸亚铁溶液中加入少量的铁屑和稀硫酸,但是在实验时只取澄清的淡绿色溶液。(2)氢氧化钠溶液应在课前采取煮沸的方法,除去其中的溶解氧。[实验3-10]三价铁离子的检验此实验灵敏、现象明显,实验时要特别注意溶液的配制。此实验灵敏、现象明显,实验时要特别注意溶液的配制。(1)三氯化铁溶液浓度不宜太大,在0.1mol/L~0.01mol/L之间,实验效果较好。浓度太大的三氯化铁溶液本身就已经呈现深棕色,再滴入硫氰化钾溶液后会出现黑红色。硫氰化钾溶液的浓度在0.5mol/L~0.1mol/L之间现象明显。(2)氯化亚铁溶液必须现用现配,并且加入少量铁屑以防止二价铁离子被空气中的氧气所氧化。[探究3-4]三价和二价铁离子的相互转化三价铁的氧化性和二价铁与三价铁的转化。实验时要注意溶液的浓度以及试剂的用量。(1)氯化亚铁溶液要新配制的,用铁粉还原后再分发给学生。(2)做三价铁离子氧化性的实验时,加铁粉的量应少,否则影响后一个实验,或让学生从第一个实验的溶液(即加铁粉与硫氰化钾溶液后的液体)中取出一部分做第二个实验。[实践3-1]铝盐与铁盐的净水作用本实验目的在于明确明矾、硫酸铁溶液作为净水剂可以起到净水作用。其净水原理是:硫酸铁和明矾溶于水后,其中的三价铁离子和铝离子发生水解,生成具有吸附性的氢氧化铁和氢氧化铝胶体,胶体会吸附水中的悬浮颗粒,使其富集到一起下沉。实验时把浑浊水(或用混有少量泥沙的水)分装在三支试管中,向其中两支试管分别加入少量明矾、硫酸铁溶液,振荡。把三支试管都放在试管架上静置,观察现象,进行比较。实验时要注意:[实践3-1]铝盐与铁盐的净水作用(1)教材中的实验探究是采取对比实验的方法,因此三种试管中浑浊水的取量要相等,且在分装之前先充分振荡。(2)向水中分别加入明矾、硫酸铁溶液后,要振荡,加快明矾的溶解和硫酸铁溶液与水的混合。(3)由于此实验用时较长,不宜在课上完成,可以利用课外活动时间完成。课上请课外小组的学生通过录制的视频为其他学生讲解。2教学建议[实验3-2]金属钠在空气中燃烧图1[实验3-2]金属钠在空气中燃烧[探究3-1]金属铝的氧化膜实验氧化铝膜的实验是个没有难度的实验。即使是新打磨过的铝片在空气中也会很快生成新的氧化膜。学生观察实验之后,必然会产生这样一个问题:怎样才能破坏铝的氧化膜呢?为了消除学生的疑问,建议教师给学生补充一个铝毛实验。学补充:铝在空气中的氧化实验[实验3-3]钠与水的反应[探究3-2]铁与水蒸气反应[探究3-2]铁与水蒸气反应改进方法一[探究3-2]铁与水蒸气反应改进方法二[探究3-2]铁与水蒸气反应改进方法三（中等学生水平）[实验3-4]金属铝的两性[实验3-5]过氧化钠与水的反应[实验3-5]过氧化钠与水的反应[补充]过氧化钠与CO2的反应[探究3-3]碳酸钠与碳酸氢钠的性质图11[探究3-3]碳酸钠与碳酸氢钠的性质补充与盐酸反应的对比实验[实验3-6]焰色反应铂金丝是一种贵金属,中学化学实