人教版必修2第3章第2节来自石油和煤的两种基本化工原料——科学探究石蜡油的裂化教案.docx

高中校本实验探索多角度探究石蜡油催化裂化一、使用教材人教版高中一年级化学必修2第三章有机化合物第2节来自石油和煤的两种基本化工原料科学探究石蜡油的裂化二、实验背景（一）查阅文献 石蜡油的裂化可以探究烯烃性质、了解烯烃可来源于石油，是高一化学有机实验引入烯烃非常重要的实验，如何优化该实验激发了老师们的探究兴趣。 通过查阅相关资料，对该实验的研究主要集中在以下几个方面：实验的温度、催化剂、裂化产物的性质。（二）教学现状人教版教材实验从加热到完成实验需要15分钟左右，反应时间长、烯烃量少、现象不明显、成功率较低、存在易倒吸的安全隐患；改进的实验有很多优点，但很多一线教师师仍然回避“不做”。把演示实验改成了“看”实验、“讲”实验。 化学学科素养要求培养学生的科学探究和创新意识，实验教学，更是培养学生核心素养的重要路径；基于此，我校重视实验教学的设计，本实验就是适合引导学生科学探究和创新设疑的校本实验案例。三、实验创新要点（一）探索适合高中生学情的多角度探究化学实验的校本实验（二）通过对实验的再实践和再探究，探索实验成败的影响因素，发现问题、创新实验、拓展实验探究方向、获取成果、培养学生严谨求学的态度和探索真知的精神。（三）寻找实验过程中引起倒吸的本质原因，改进装置将试管口略向下倾斜，提升实验的操控性、安全性。（四）实验现象更明显：可以利用碎瓷片在有效的时间内安全的完成该实验。（五）拓展裂化产物的检验，先检验液态生成物，再验证气态生成物，更直观的理解烷烃裂化的原理和反应进程。四、学情分析 学生在之前的学习中已经具备了一定的实验探究能力，在上一节的学习中已经学习了烷烃及其相关性质，知道烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液或溴的四氯化碳溶液褪色；学生分组进行实验，每个小组34人，能够通过查阅文献、讨论分析、合作探究、分组完成多角度探究石蜡油催化裂化。五、实验内容（一）实验原理烷烃高温分解产生产生不饱和烃例：十六烷裂化、深度裂化原理（二）实验教学目标1、知识与技能通过实验探究帮助学生掌握烷烃裂化、深度裂化原理2、过程与方法（1）实验过程中学生能提出问题，并通过对比实验、合作讨论、查阅文献、实践探究、数据分析等方法多角度探究石蜡油的催化裂化。（2）通过对实验装置的认识和实验探究的过程、实验分析、培养学生科学探究能力和实验操作技能。（3）通过知识迁移，结合课本实验和创新实验，培养科学探究与创新意识的学科素养，发展学生自主学习、合作学习的能力。（4）通过探究过程学生学会运用控制变量法探究实验最优条件。3、情感态度与价值观激发学生在自主探究学习中的创新意识，体验科学探究的喜悦，培养学生善于质疑的精神以及严谨的科学态度观。（三）教学重难点 教学重点：多角度探究石蜡油催化裂化 教学难点：多角度探究石蜡油催化裂化的再实践和探究（四）实验器材实验仪器：具支试管、试管、t形管、滴管、酒精灯（带灯帽）、玻璃活塞、石棉、铜网实验药品：石蜡油、稀溴的四氯化碳溶液、稀酸性高锰酸钾溶液、碎瓷片（建议：5ml石蜡油、3ml高锰酸钾溶液中滴加23滴稀硫酸，20ml四氯化碳中加12滴溴，约5g碎瓷片）（五）实验教学过程教学环节教学内容教学意图【实践】分组完成课本实验：石蜡油裂化烷烃高温条件下会裂化产生能使酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液褪色的物质理解反应原理，提出质疑【提出问题】该实验成功率低，主要原因可能有哪？ 建立科学探究的思想和大胆假设的思维【资料收集】利用百度、知网、万方等多方资源，收集各种相关资料，帮助学生了解科学探究的过程【提出方案、实践验证】设计方案进行实践验证1、方案一探究控制温度对实验的影响2、方案二探究不同催化剂对实验的影响3、方案三裂化产物性质检验4、方案四实验安全性探究培养学生的动手能力和科学探究精神，体现实验在化学教学中的重要性培养学生通过实践发现问题、提出假设、设计实验、对比实验探究、获取成果的实验探究精神【实验成果】实验原理、实验装置仪器、实验操作步骤、记录现象、实验分析培养学生探究实验的方法实验原理：石蜡油催化裂化实验装置：见图1图1实验步骤：连接装置、检验装置气密性、装入试剂。先加热催化剂、在酒精灯上加盖铜帽升高温度；再加热石蜡油，观察现象、先产生黄色液态生成物并检验、再检验气态生成物、记录结论。实验成果：获取一套石蜡油裂化装置，多角度探究石蜡油裂化的校本实验教学设计，培养学生发现问题、分析问题、提出质疑、收集资料、合作学习、实验探究的科学探究和创新意识【实验总结】分析现象，提出疑问，结论分析培养学生处理实验的能力【实验反思】通过实验探究可以利用碎瓷片在8min左右完成实验，有效解决了倒吸问题，更清晰的探究了石蜡油裂化和深度裂化的原理；利用实验成果平行实验验证，通过20次重复实验统计，该实验成功率高达90%，实验失败的2次原因分别是： 1、未预热试管导致试管炸裂，2、石蜡油取量太少；排除操作失误，成功率可以达到100%。通过分组实验，同学们能够在教师的帮助下查阅资料、发现问题、设计实验解决问题，是一个非常好的校本实验案例。实验是化学学科的基础，实验教学中重视培养学生多角度探究化学实验，是培养学生证据推理和模型认知重要的教学方法，也体现了对学生学科素养科学探究和创新意识的培养，学生通过已有知识提出问题、收集资料、设计实验、实践探究、得出结论；在探究过程中体会化学知识的魅力，培养有创新精神的学生、培养敢于实践、敢于质疑的学生。六、实验效果评价（一）改进实验优点成功率高、时间更短、现象明显、实验更安全、石蜡油催化裂化原理更清晰（二）学生能力提升1、分析能力提升：学生通过教材实验提出问题，教师引导学生自主探究、设计实验方案、优化实验方案、拓展探究方向，符合化学核心素养，培养学生科学探究与创新意识；2、操作能力的提升：通过实验探究的过程，同学们不断的对比实验探究，改进装置验证，实验操作能力得到了提升；常见仪器的使用合理，创新空间也更大,特别是具支试管和玻璃活塞的结合，有效解决了石蜡油裂化原理的探究。3、思维方式的提升：通过多角度探究石蜡油的催化裂化，学生们学会利用查阅资料、合作讨论、观察分析，寻找了温度影响实验的本质、探究了黄色液体的可能成分、引起倒吸的主要原因，并设计实验验证、获取成果解决问题，了解了科学探究的过程，掌握实验探究的方法。（三）开展校本实验的重要性：通过多角度探究石蜡油催化裂化的实验，我们可以发现很多实验不仅可以做、还应该把实验探究的过程还给学生，才能培养出综合能力更强的学生；实验探究教学可以为高中化学的教学提供更丰富的教学资源和教学手段。 “大胆想象只是空想，敢于尝试才能找出真相”，想象力是所有创新的起源、实践才能创新，要充分相信学生的探究实践能力、创造创新能力，释放学生的大脑和双手，让学生动起来，才能获取更多的、适合教学的再生资源。校本实验探究过程实例展示：多角度探究石蜡油的催化裂化（实验环境温度25）学生分组完成实验探究，每组3到4人；同学们通过查阅资料认真分析和讨论后，决定从温度、催化剂、裂化产物性质探究、实验安全性几个方面石蜡油催化裂化进行多角度的再实践和探究1.探究方向一：温度对该实验的影响（1）通过查阅资料，获取信息，提出假设：温度对该实验的影响有两个方面：酒精灯直接加热碎瓷片并没有达到裂化温度（500）；石蜡油先气化而未裂化导致烯烃量少，气化的石蜡油导致原料流失，失败率高。（2）多次实践验证，解决问题，获取成果。最终确定可以采用如下方法解决问题：利用数字测温计准确测定，在酒精灯上加铜帽，可使试管内碎瓷片温度迅速升高到500以上；将碎瓷片和浸有石蜡油的石棉绒分开加热，提高石蜡油的裂化率，防止石蜡油气化损失。实验条件5次平行实验：溴的四氯化碳、酸性高锰酸钾溶液褪色时间教材实验酒精灯加热碎瓷片直接加热15min左右酒精灯加热碎瓷片带灯帽12min左右酒精灯加热碎瓷片先加热碎瓷片后气化石蜡油8min 左右表1 温度对石蜡油裂化的影响2、探究方向二：催化剂对该实验的影响：查阅资料、获取信息、实践验证、观察现象、记录数据石蜡油裂化的催化剂有很多，如：al2o3、alcl3、sio2、cr2o3、mno2、al2(sio3)3， cuo、还原铁粉、碎瓷片、河沙、碱石灰、碎瓷粉、黏土等。选择几种常见的催化剂，进行实验探究。整理数据、获取探究成果,见表2。常见催化剂5次平行实验酸性高锰酸钾溶液褪色时间利用第一组探究的加热装置实验碎瓷片8min左右氧化铝粉末6min左右未打磨的铝条12min不明显，液态产物能使酸性高锰酸钾溶液褪色氧化铜4min30s左右二氧化锰3min40s左右河砂8min13s左右表2 催化剂对石蜡油裂化的影响通过对几组实验对比较，各种催化剂都能够在一定时间内产生烯烃使溴的四氯化碳或酸性高锰酸钾溶液褪色。在选用的众多催化剂中，学生发现粉末状的催化剂反应时间较短，较短时间内看到现象，但产生气体流速快，易冲出，存在安全隐患；反应后不易清理，催化剂不便于重复使用；碎瓷片和河砂气体流速较慢、催化剂便于多次循环使用、廉价易得。同学们最终利用碎瓷片完成实验，图2为同学们获取催化剂的过程，通过多次实践验证，去除釉面和高温灼烧后的碎瓷片实验效果更好。图2 碎瓷片的获取过程3、探究方向三：裂化产物性质的检验 实践探究、发现问题、教师提供适宜资料、引导学生提出猜想 在实验探究的过程中，同学们发现实验过程中有黄色液态产物，激发了同学们探究该物质的兴趣。我引导学生了解十六烷裂化原理，学生小组讨论分析，猜想该物质应该是石蜡油裂化过程中产生的碳原子数较多、沸点较高的有机物，含有不饱和烃不饱和烃；需要设计实验进行验证；分析实验原理、设计实验验证猜想、获取成果取少量黄色液态生成物加入酸性高锰酸钾溶液中，高锰酸钾溶液褪色，验证了同学们的猜想；同学们经过多次验证后，将试管改用为具支试管、在具支管处连接一个玻璃活塞，便于在实验过程中先检验黄色液态产物。4、探究方向四：实验安全性探究 实践探究、发现问题、查阅资料、提出假设在实验探究过程中，同学们发现倒吸是本实验最大的安全隐患，无论粉末状催化剂还是块状催化剂、或者将试管平放和试管口向上，该实验很容易引起倒吸。同学们经过查阅资料和细心的观察分析，引起倒吸的原因主要是：气化的有机物冷凝回流引起压强变化、酒精灯火焰不稳等等。创新改进、实践探究、解决问题、获取成果经过多次实践验证，将具支试管口略向下倾斜可降低倒吸机率，提高实验的安全性。为防止催化剂滑落，用铜网挡住碎瓷片。同时在出气导管处接一个防倒吸应急装置，可以防止实验事故的发生。实验成果验证：探究小组用改进装置、碎瓷片做催化剂，平行实验5次，20次验证实验中18次成功，成功率高达90%；2次失败原因分别是：一次预热试管导致试管炸裂；另一次是石蜡油取量太少；实验过程中均未产生倒吸现象。排除操作失误，成功率可以达到100%。实验成果展示：图3图3 实验成果参考文献：1宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书.化学2（必修）m北京：人民出版社，2004:672 雷远春.硅酸盐材料理化性能检测.湖北武汉理工大学出版