高中化学教学论文：对 “物质性质的探究”实验的探究与反思.doc

学科类论文化 学对 “物质性质的探究”实验的探究与反思【摘要】铝配合物的生成及乙醇、苯酚与金属钠的反应是苏教版实验化学专题2 “物质性质的探究”中的实验，笔者在实验过程中发现这两个实验在方案设计上存在一定的问题，得到的实验结果不清晰，甚至出现与理论相违背的情况。在进行了一系列实验探究后，初步得到了问题的解决方案。【关键词】铝配合物 乙醇 苯酚 金属钠“化学是实验的科学，只有实验才是最高的法庭”（傅鹰语）。实验化学是高中新课程中化学选修的六个模块之一，将化学实验独立设置成高中化学的一门课程，这在我国还是第一次，这表明化学实验在高中化学新课程中占有十分重要的位置。实验化学模块中有许多新的实验内容，还穿插了一些新的实验成果和手段，面对这些实验，教师应该更好的钻研实验，引领学生体验实验探究的过程，激发学习化学的兴趣，培养学生的创新精神和实践能力一、问题的提出在对苏教版实验化学专题2“物质性质的探究”实验的探究过程中，发现教材中“铝配合物alf63-的生成”和“乙醇、苯酚与金属钠的反应”这两个实验得到的实验结果不清晰，甚至出现与理论推测相违背的情况。这是怎么回事呢？是实验操作有问题，还是实验本身存在不尽完善的地方？第一种可能性不大，我们严格按照书上的步骤和用量，经过多次实验，结果始终如一。因此，问题很可能出在实验方案的设计上。那么为什么会出现这样的问题，又如何解决呢？在进行了一系列的实验探究后，初步得到了问题的解决方案。二、实验探究1、对铝配合物alf63-生成的实验探究1-1、问题的发现 “铝配合物alf63-的生成”实验是苏教版实验化学专题2“物质性质的探究”课题1铝及其化合物的性质中的一个重要的探究实验，要求能以实验的方法证明铝的配合物alf63-的形成。实验原理：通过往滴加了过量nh4f溶液的alcl3溶液中加氨水和直接往alcl3溶液中加氨水出现的不同现象，说明alf63-配合物的生成。实验步骤（课本22页实验3步骤（2）：在一支试管中(1ml1moll-1alcl3溶液)滴加2ml10%nh4f溶液，再滴加1ml3.0mol.l-1 nh3h2o溶液，边滴加边振荡试管，观察实验现象。实验现象：往alcl3溶液中加nh4f溶液后随即出现白色浑浊，加nh3h2o溶液后仍为白色浑浊（图1-1）。静置片刻后，试管底部出现粉末状白色沉淀。此现象与直接往alcl3溶液中加氨水生成氢氧化铝白色沉淀（图1-2）的现象并无明显的区别。这是怎么回事呢？1-2、问题的探究实验前，对该实验现象的猜测是：加nh4f溶液生成配合物后，al3+不再与氨水反应，所以无明显现象。作出这种猜测的原因之一是：中学阶段的铵盐均易溶于水，故推测(nh4)3alf6也易溶于水。 原因之二是：课本第21页的“信息提示”中有离子方程式：al3+6f- = alf63-。查阅资料后发现，六氟铝酸铵实际上是一种微溶于水的物质，这与氢氧化铝在溶解度上的差异不大。接着我们通过对比实验比较了这两种沉淀：表1 两种沉淀的比较实验内容实验现象实验结论1ml1moll-1alcl3溶液，滴加2ml10%nh4f溶液，再滴加1ml3.0mol.l-1 nh3h2o溶液加nh4f溶液后出现白色浑浊，加nh3.h2o溶液后仍为白色浑浊。静置片刻，试管底部出现白色沉淀。该沉淀颗粒较小，呈粉末状。al3+和f-生成了alf63-，进而生成了六氟铝酸铵白色沉淀，该沉淀在形状上区别于氢氧化铝沉淀1ml1moll-1alcl3溶液，直接滴加1ml3.0mol.l-1 nh3h2o溶液生成了白色絮状沉淀，颗粒较大。但是除了形状上的差异，这两种白色沉淀实际上非常相似，实验现象的区分度不高，并没有足够的说服力说明生成了alf63-。因此，我们作了大胆的猜想：白色沉淀有没有可能就是氢氧化铝沉淀呢？因为nh4f自身存在一定程度的双水解，生成nh3h2o和hf，导致氟离子浓度下降，使生成alf63-的趋势下降。继续做了以下实验：把白色沉淀分成两等份，往其中一份中加稀盐酸，往另一份中加氢氧化钠溶液，结果白色沉淀都很快溶解。该白色沉淀很类似于氢氧化铝的两性，既能溶解于酸，又能溶解于碱。至此，已经无法说明通过课本22页实验3步骤（2）的操作，是否真的有alf63-配合物生成。1-3、问题的解决考虑到naf溶液的水解程度小，同时也是可溶性的氟化盐。因此我们尝试用饱和的naf溶液代替10%nh4f溶液，制备alf63-配合物。实验步骤：在一支试管中加1ml1moll-1alcl3溶液，滴加2ml饱和的naf溶液，再滴加1ml3.0mol.l-1 nh3h2o溶液，边滴加边振荡试管，观察实验现象。实验现象：溶液始终澄清，没有任何沉淀产生（图2-3）。此现象与往alcl3溶液中直接加氨水生成氢氧化铝白色沉淀，有着显著的区别，实验结果清晰。为了进一步证明，alf63-配合物的生成，我们还做了以下实验：实验步骤：在一支试管中加1ml1moll-1alcl3溶液，先滴加1ml3.0mol.l-1 nh3h2o溶液，等到生成氢氧化铝白色沉淀后，再滴加2ml饱和的naf溶液，边滴加边振荡试管，观察实验现象。实验现象：生成的氢氧化铝沉淀消失（图2-1，2-2）。图 1-1 1-2 图 2-1 2-2 2-3这个实验现象说明，发生了如下反应：al(oh)3 al3+3oh-al3+6f- = alf63-沉淀之所以消失,是由于al(oh)3电离出的al3+和f-生成了alf63-配合物,导致溶解平衡向右移动。该实验进一步说明的确生成了alf63-配合物。实验的注意事项：naf溶液要略过量，否则加氨水后，试管中剩余的alcl3溶液会与氨水作用产生白色的氢氧化铝沉淀，干扰实验结论的得出。2、对乙醇、苯酚与金属钠反应的实验探究2-1、问题的发现“乙醇、苯酚与金属钠反应”是专题2“物质性质的探究”课题2 乙醇和苯酚的性质中的一个重要的性质探究实验。通过实验对比的方法，认识乙醇、苯酚结构上的差异引起性质差异的原因，并能比较醇羟基和酚羟基的化学活性。表2 按照课本27页实验1所做的对比实验：实验内容实验现象2ml乙醚，加入1ml乙醇，振荡，再加一小块金属钠，比较实验现象。钠沉在液体底部，生成气泡的速率较快2ml乙醚，加入约1.5g苯酚，振荡，再加一小块金属钠，比较实验现象。钠浮在液面上，生成气泡的速率较慢由这个实验现象（图3），我们可得出的结论是：醇羟基的化学活性比酚羟基强。这与理论推测恰好相反，这是为什么呢？2-2、问题的探究我们认为：溶剂对乙醇、苯酚与金属钠反应可能存在一定的影响。接下来用不同的溶剂溶解乙醇和苯酚，分别做了与金属钠反应的实验。表3 不同溶剂对反应的影响溶剂溶质实验现象四氯化碳乙醇钠浮在液面上，产生气泡的速率比用乙醚作溶剂稍慢，并有不溶于四氯化碳的沉淀（乙醇钠）生成苯酚钠浮在液面上，产生气泡和生成沉淀（苯酚钠）的速率比加乙醇的溶液更慢丙酮乙醇钠沉在液体底部，并产生细小的气泡苯酚钠沉在液体底部，并产生较多的气泡发现，用四氯化碳作溶剂时，钠在乙醇溶液中的反应速率还是比在苯酚溶液中快（图4）。但是用丙酮作溶剂时的，钠在乙醇溶液中的反应速率比在苯酚溶液中慢（图5），与理论推测的现象完全一致。 图3 苯酚 乙醇 图4 乙醇 苯酚 图5 苯酚 乙醇通过上述实验探究，我们可以肯定，溶剂对乙醇、苯酚与金属钠反应存在一定的影响。从结果看用极性相对较大的丙酮作溶剂更有利于实验结论的得出。此外从乙醇、苯酚与溶剂分子之间有可能形成氢键的角度分析，丙酮与乙醇、苯酚之间形成氢键的可能性最大，可能更有利于实验的进行。为了排除溶剂对乙醇、苯酚与金属钠反应的影响。我们进一步做了乙醇与苯酚按一定的比例互溶与金属钠反应的实验：表4 不同比例互溶对反应的影响乙醇:苯酚（体积比）实验现象1:2钠浮在液面上，产生气泡的速率较快1:1钠浮在液面上，产生气泡的速率稍慢 图6 1：2 1：1发现，苯酚所占比例大时，产生气泡的速率快（图6），由此进一步验证了酚羟基的化学活性比醇羟基强。2-3、问题的解决就实验效果讲，用丙酮作为溶剂效果最为理想。实验步骤：将1ml乙醇和1.5g苯酚分别溶解在2ml丙酮中，各加一小块钠,钠都沉在液体底部。乙醇的丙酮溶液中产生细小的气泡，苯酚的丙酮溶液中产生较多的气泡。实验的注意事项：所切的金属钠大小、形状尽量一致。三、反思通过以上实验探究活动，我们初步解决了在课本实验“物质性质的探究”中出现的问题。由此，笔者深刻体会到了在新课程理念下的实验探究活动的重要性和必要性。实验化学作为一门独立课程才刚刚开始，现行教材中的实验方案设计并不是十全十美的。我们要鼓励学生善于发现问题，敢于质疑，大胆求证和改进，培养学生敢于怀疑的批判精神。发现或提出一个问题，往往比解决一个问题更重要。新课标对化学实验提出了更高的要求，通过实验手段来探究已摆在了首要位置。对