铝热反应实验的探究性学习设计

1、铝热反应实验的探究性学习设计 吴江市高级中学（215200） 汪晔E-mail:wangye_huaxue摘要：分析铝热反应在学习化学的作用，指出教参上实验方案的不足并提出改进意见，将演示实验改为分组实验，变验证实验为探究实验，利用探究活动解答实验习题，对巩固和深化学科知识、提高解答实验综合习题的能力以及培养实验技能和科学品质方面具有良好的作用，符合新课程标准在教育三维目标上达到人的和谐发展。关键词：化学实验；探究性学习；铝热反应化学实验是化学学习的灵魂，通过化学实验活动对提高学生学习化学的兴趣和增强实验技能，加深对化学知识的理解以及培养学生的科学素养等方面都有着不可

2、替代的作用。人们常说，科学的意义在于探究，科学的生命在于创造，这也是理科教学的终极追求。高一化学必修1 P68的铝热反应是铝的一个重要性质，与铝化合物转化关系密切，用途广泛，设计并开展铝热反应的探究性学习，不仅能很好地激发学生学习化学的兴趣，巩固所学的化学知识，而且能较好地树立学生的创新意识，培养良好的科学品质、科学思维和科学精神，形成主动探究学习的良好习惯。本文就如何改进铝热反应并进行探究性学习谈一点做法和体会。一、实验方案的改进由于铝热反应过程中会产生大量的白烟，充满教室，久久不能散去，严重地污染了教室环境，而且反应过程中火星四射，融化物飞溅，非常容易烫坏讲台和实验课桌，如果放在地上做又不

3、方便学生观察，实验位置选择不当容易造成人身伤害及火灾，特别是重点中学、班额过大，这方面的隐患更严重。一般情况下老师不大做这个实验，分组实验更是避而远之了。其实，这个实验很有趣也不难做，所用时间短，只要稍微改进一下实验方案，完成这个实验效果是不错的。1.改进实验的特点由于反应过程中有火星四射，融化物飞溅出来，烫坏讲台或课桌，甚至造成人身伤害，故采用矿泉水瓶做罩子，既透明又受热不会炸裂，便于观察实验现象，操作安全。另外，矿泉水瓶罩子还能把反应过程中产生大量的白烟罩在瓶内，防止烟雾散发污染教室环境，消除危害师生健康的隐患。如果在铝热剂装入时放进两根无锈铁钉，那么实验结束时可以观察到反应中生成的红热铁

4、水将埋在铝热剂中的铁钉焊接在一起，有助于学生对铝热反应应用于野外火车铁轨焊接的理解和知识表象的形成。将铁架台改为三脚架，把滤纸锥做成滤纸直筒，蒸发皿中的细沙用细盐代替，再加上一透明有孔塑料瓶做罩子，使整个实验装置反而简单明了，操作方便，绿色环保，具有一定的审美情趣。2.实验的步骤将盛有细盐（2/3体积）的蒸发皿放在三角架上。把用方形滤纸卷成圆筒后胶水粘牢晾干的圆柱体竖立在蒸发皿的细盐上，用镊子向纸筒里投入两根小铁钉。按照氧化铁与铝粉质量比为7：2混合均匀的混合物倒进滤纸筒里，轻弹筒壁使粉末墩实。在装满药品后的纸筒上部放入少量氯酸钾粉末（用药匙将氯酸钾与表面皿药品略为混合），并在上面插入一根（约

5、5cm）打亮并弯成螺旋状的前部弯曲的镁条。用酒精灯（或直冲式打火机）点燃镁条，罩上一个有孔的废弃矿泉水瓶做的罩子（如右图）。反应完成后，用坩埚钳夹住蒸发皿一端将其中的固体倒进盛水的烧杯里，冷却后取出已焊接在一起的两支铁钉观察。 3.实验的注意事项一般情况下，滤纸筒不易做得过高过粗，防止倾斜和纸张燃烧产生的烟太多影响观察。矿泉水瓶可用大点的，确保有较大空间，否则可能造成瓶子燃烧。一般不要用烧杯来罩。同时氯酸钾要适量，防止产生大量气体引起喷射。蒸发皿的直径应大于10cm，也可用盘子、碗等其他物品代替。细盐不能太多，防止熔融物溢出掉到讲台上。以前是用砂子，由于品质有所不同，砂子中混有少量的石灰石在高

6、温下产生气体引起铁水溅出。另外食盐熔点高且易溶于水，反应后又可用水除去。有资料表明，铝热反应剧烈，温度可达2000以上，而三氧化二铁在1400以上可发生以下反应：6Fe2O34Fe3O4O2，为了防止反应过程中产生氧气引起铁水溅出，适当减少还原剂铝粉的用量（由教材中的氧化铁：铝粉的5：2改为7：2），可以减缓反应的剧烈程度。二、分组实验的探究进行分组实验，每46人一组，按照上面改进的实验方案，将实验步骤写在黑板上，学生对照要求进行实验。实验完成后，学生的兴趣大增，感觉新奇、刺激，学习探究的学习欲望高涨，这时趁热打铁，按自然组（一般教室座位四组）由组长抽签，从发下的讲义上选择以下四组所设计的问题

7、中的一组进行思考、讨论、笔试练习，最后派代表交流、师生评价，共享学习成果。第一小组：铝热反应引发的方法是 ，反应的化学方程式为 ；检验生成物中有铁生成的简单方法 ；如果产物中有铝粉剩余，如何检验？ ，反应的化学方程式 ；如果Fe2O3粉末中含有Al2O3杂质，怎么除去？ ，有关化学方程式 ；若是Al2O3粉末中含有Fe2O3杂质，又如何除杂呢？ ，写出有关化学方程式 。第二小组：为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验。若取m g样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体（以下测定均为标准状况）体积为p L。反应的化学方程式 ，样品中铝的质量是 g。若取m g样品将其反应

8、引发，恰好完全反应，该反应的化学方程式是 ，氧化铁与铝的质量比是 。待中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为 q L，该气体与中所得气体的体积比pq= 。第三小组：已知：Al、Fe2O3、Al2O3、Fe的熔点、沸点数据如下：物 质AlFe2O3Al2O3Fe熔点（）660146220541535沸点（）2467（2980）2750有同学认为，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是：该反应放热能使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理？答 （填“合理”或“不合理”）如果合理，请设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金

9、属铝。填写下列表格：所用试剂 实验操作及现象 有关反应的化学方程式 。实验室欲溶解此熔融物，下列试剂中最好的是 （填序号），理由是 。 A浓硫酸 B稀硫酸 C稀硝酸 DNaOH溶液第四小组：铝热反应的一个重要用途是 ，其优点是 ，反应的化学方程式为 ，反应中作还原剂的是 氧化产物是 ；如果用铝粉和Fe3O4粉末混合使其反应，写出化学方程式 ；在天平两边放置盛有溶液质量和溶质质量分数均相等的足量稀硫酸的烧杯，分别加入铝粉和铁粉，要保持天平平衡，则两种金属的质量比应为 ；有Fe2O3和Al2O3的混合物，取少许于试管，向其中加入稍过量的盐酸，再加入烧碱溶液至过量，请用右图定性表示固体的质量随盐酸和

10、烧碱加入的变化。 四组问题相互联系，各有侧重，课堂上一般每个同学只认真思考并练习了一组问题，另外的三组问题也从别组代表的交流中有所了解、启发，然后作为课后完成的作业对这部分内容进行强化巩固。这种既有分组学习又有合作探究，借助于同伴间的信息交流、相互促进而又生动活泼的学习，不仅有利于学生科学素质的培养，更有效地促进和提高学生学习化学和解答综合实验习题的能力。三、探究性学习的意义21世纪高中化学课程标准将过去的教学目的改为教学目标，把重视双基的一维要求变为三维目标，明确提出实现知识与技能、过程与方法和情感态度与价值观三个方面得到统一和谐的发展。在过程与方法的目标中要求学生经历对化学物质及其变化进行

11、探究的过程，进一步理解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，提高科学探究能力。在探究中增强问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑，勤于思考，善于释疑，乐于合作，具有良好的团队精神。新的课程标准在实施建议的教学建议部分的第5点就是重视探究学习活动，发展学生的科学探究能力。探究性学习就是学生在教师指导下，以类似科学研究的方式去进行学习，在掌握知识内容的同时，体验、理解和应用探究问题的方法，培养创新精神和实践能力。探究学习是学生学习化学的一种重要方式，也是培养学生探究意识和提高探究能力的重要途径。教学中创设问题情景，结合知识学习、生产和生活中有意义的化学问题设计方案，进行探究实验，帮助学生掌握知识、技能与方法，体验科学探究的过程，在态度情感与价值观方面得到良好的发展。本文设计铝热反应的探究性学习活动，其目的就是切实贯彻并具体落实新课程标准的这一指导思想，培养学生收集、综合、分析和运用信息的能力，使学生能根据自身的兴趣，自主选择内容，进行个性化的探究活动，这有利于他们差异发展，培养个性特长，并把学习生活、社会实践和个人经验都纳入其中，这有利于他们形成正确的