实验室制备无水氯化铝实验方案设计

实验室制备无水氯化铝实验方案设计成都石室中学杜博一、 教学背景分析本节课选自人教版选修6实验化学第二单元课题2《物质的制备》，是学生完成了必修一、必修二、选修四、选修三等板块的知识后，进行的整合应用型知识板块，是对元素化合物和化学平衡理论的应用和整合。学生情况分析：学生已经具备相当实验设计的基本能力，也具备了元素化学的基本知识，能够初步应用元素化学的知识，初步设计制备无机的基本方法；具备了化学反应平衡分析问题的基本能力，具备了初步的变化观念和平衡思想。二、 教学重难点分析根据学生和教材的知识的基本特点，确定本节课的重点为制备无机物实验方案的设计的基本方法，能根据不同无机物的基本特点，设计合理的操作方案和顺序。三、 教学过程1、实验情境无水无水氯化铝（A1C13）是一种重要的化工原料，可广泛用于有机合成、絮凝剂。178口时升华，易水解并伴随大量白雾生成。［提出问题］如何在实验室制取无水A1C13?万案方程式优势劣势方案一2A1+6HC1=2A1C13+3H2f条件温和、副产物具有工业价值产物提取容易；方案二2A1+3C12==2A1C13产物提取操作困难氯气需要制备；污染环境；2.环节1:方案设计与比较［任务1：方案设计］结合物质性质特点，选择相关试剂，设计合成方案，并写出反应化学方程式。［学生］方案①：利用铝粉与盐酸反应，再在HC1气流中加热蒸干溶液得产品。方案②：利用铝粉与干燥氯气反应，再冷凝收集产品。［任务2：方案比较］结合物质及反应特点，从原料利用率、反应条件、操作难度、生产效益、环境保护等工业生产角度，比较两种制备方案的优势及不足。设计意图：从实验室到工业生产，引导学生从物质性质和反应特点出发，从原料、能耗、操作、效益、环保等维度展望工业生产。在设计、比较和评价方案的过程中，加深对物质及其变化的理解，将化学知识和生产实际相结合，形成“物质性质及反应特点指导工业生产的认识路径”，同时树立学生正确的科学态度，培养学生的社会责任感。环节2:装置连接［任务3：装置连接］参照方案②，请选择相应的仪器和试剂，设计一套实验室制备无水氯化铝的装置，并画出装置连接图。［引导性问题］①如何获得纯净、干燥的氯气？②如何确定氯气和铝粉的反应装置类型？③如何防止生成的氯化铝变质？④过量氯气该如何处理？⑤如何确定装置间的连接序？［反思建模］以无水氯化铝的制备实验为例，对于以气体流程为载体的物质制备型实验，仪器连接需要包含哪几个部分，先后顺序是什么？请以流程图的形式呈现出来。［案例分析］请结合氯化铝的特性，运用装置连接模型，对以下同学设计的装置连接案例进行评价，该方案存在哪些缺陷，如何改进？［应用模型］氯化铝易升华，在玻璃管后应补充一个氯化铝的冷凝收集装置；氯化铝易水解，要在尾气吸收液NaOH溶液前补充一个盛有浓硫酸的干燥装置，防止水蒸气进入收集装置。他和食益水 浓说酸设计意图：在仪器选择与装置连接过程中，引导学生基于实验目的，结合试剂状态、性质特点和仪器的用途，建构物质制备型实验装置连接的思维模型，培养思维的有序性和严密性，并能用思维模型解决问题，评价装置的完整性与科学性。环节3：装置改进［任务4:装置改进］下表罗列了实验过程中可能出现的一些问题，这些问题发生在装置连接模型中的哪部分？如何对装置进行改进和优化？讨论并完成表格。序号问题策略1分液漏斗中浓盐酸滴不下来换成恒压分液漏斗；在漏斗和烧瓶之间加一根导管2爆沸沸石或者碎瓷片3铝粉或者氯化铝堵塞导管在玻璃管中加玻璃纤维；将细导管换成粗导管4局部压强过大在洗气瓶中加安全管或者长颈漏斗5流速过快观察流速，控制分液漏斗旋塞6氯化铝冷凝不充分水浴［反思建模］化学实验仪器连接过程中，除了要考虑装置的完整性，还需要考虑哪些保护性措施？这些护性措施分别对应于装置的哪个部分？请在原装置连接模型上进行标注。［应用思维模型］结合对模型的认识，解决下列问题：倘若去掉氯气的除杂及干燥装置，对实验会带来哪些安全隐患？有同学提出在锥形瓶上方连接一个球形冷凝管以提高冷凝效果，请问是否可行？球形冷凝管适用于收集哪一类物质？将吸收尾气用的NaOH溶液换成盛有碱石灰的球形干燥管，有哪些优势？设计意图：经历了从问题提出到问题定位，再到问题解决的过程，既提升了学生对装置连接模型的认识，又超越了装置连接模型本身，较深入地认识了装置各个部分可能存在的问题及解决策略，建立了更高层次的“装置连接的保护性策略思维模型”。这是对原认知模型的优化，也是对原认知模型的拓展，有利于学生问题解决能力的提升。环节4：操作流程及监控［任务5：实验操作排序］仪器连接后，有以下实验操作：a装入药品；b点燃硬质玻璃管处酒精灯；c检查气密性；d.点燃圆底烧瓶处酒精灯；e.冷却至室温；f.熄灭圆底烧瓶处酒精灯；g.熄灭硬质玻璃管处酒精灯。结合物质性质特点，对操作先后顺序进行排序。在以气体流程为载体的物质制备实验中，若产品易水解或易氧化，实验操作中各环节的顺序应怎样排列？［任务6：实验流程监控］结合对实验操作各环节先后顺序的认识，请分析下列操作环节或调整顺序后可能出现的实验现象，以实现对操作流程的监控。序号问题实验现象1点圆底烧瓶处酒精灯后，观察到什么吸现象才能点燃酒精灯？锥形瓶中充满黄绿色气体2观察到什么现象时能判断有误无水氯化铝生成？锥形瓶内壁有白色带鲜黄色固体生成3若对d、b步骤对调，则会已有什么影响锥形瓶中有白雾生成4若e、f顺序对调，有什么影响倒吸设计意图：结合氯气和氯化铝的性质特点，梳理实验操作的先后顺序，建立物质制备实验操作顺序思维模型，并能灵活运用于各种涉及易氧化、易潮解的物质制备型的实验中。另外，通过对各操作环节中实验现象的描述，强化信息获取及加工的能力，根据氯气和铝的性质特点推断实验现象，宏观辨识与微观探析相结合，进一步深化对模型的理解。四、教学反思情境创设、主题衔接，“催化”模型认知教师应精选实验素材，关注科研、生产热点，创设问题情境，以教学主题整合考点，并设计驱动性学习任务，组织学生开展多样化的学习活动。教学情境和主题是促进“模型认知”的“催化剂”。通过实验室制备无水氯化铝的问题情境，利用“方案设计与比较”“装置连接与改进”“操作流程与监控”三个教学主题，整合物质性质、反应、实验装置、操作和现象相关考点，开展路线设计、方案筛选、装置连接图绘制、装置改进献策等学习活动，引导学生串联知识、梳理方法、活化思维，并建构模型。多样化的主题活动“催生”认知模型的同时，也培养了学生的科学探究能力、实践创新精神和社会责任感，促进学科核心素养的落实。问题导向、证据推埋，“点燃”模型认知对于无水氯化铝的制备，无论是方案的设计、装置的连接、操作的排序还是实验现象的描述，都要