【教案】铜与硝酸+实验创新与教学实践的探究高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

化学学科实验创新与教学实践的探究--以“铜与浓硝酸、稀硝酸反应”为例一、背景化学是一门充满了神奇色彩的科学，而实验是学习化学、体验化学和探究化学过程的重要途径，通过对实验现象的观察、探究和思索，可以加深我们对化学原理的理解。《普通高中化学课程标准》中也指出要通过化学实验等多种探究活动，培养学生的创新精神和实践能力［1］。但在实际的教学中我们教师很容易犯这样的错误：1、按照教才上的实验方案做了实验就认为完成了实验教学；2、将实验探究变成了“讲实验”、“做实验”、“背实验”［2］。通过这样的实验教学是很难培养学生的实践能力和创新能力的。二、问题的提出（一）开展实验教学的必要性人教版高中化学必修一第四章第四节氨硝酸硫酸中，教材实验4-9探究了铜和浓硫酸的反应。而教材中只说到浓硝酸和稀硝酸都能与铜发生类似的反应［3］。”显然学生只通过这一句话或者是实验4-9是很难想象出铜与硝酸的反应现象的，这样的学习是不深刻的，这对感受化学学科的神奇，培养学生的学科兴趣和学科核心素养是无意的［4］。因此，笔者认为很有必要在此处开展实验进行教学。（二）传统实验的不足如采用传统的实验装置进行铜与浓硝酸、稀硝酸的反应，有以下几个不足：1、实验是在一个敞口的装置中进行，产生的污染气体直接排放到空气中很不环保。2、实验是分开进行的不能直观的对比出铜与浓硫酸、浓稀硝酸反应的快慢、产物的异同。3、产物没能变废为宝，降低了实验的经济性和效率。（三）本实验的探究模型高中化学的教学，知识的传授固然重要，但从学生的发展角度出发，教会学生发现问题，分析问题，解决问题，培养学生的学科核心素养将更为关键。即将知识层面的教学转为素养层面的教学更为重要。本部分内容笔者将采用如下的模型去培养学生的实验创新思维和学科素养:1、传统实验，引出问题；2、分析问题，提出方案；3、创新实验、实践论证；4总结实验探究创新实践、传统实验，引出问题首先老师讲解，铜可以和浓硫酸反应，浓硝酸和稀硝酸也能与铜发生反应。接下来观看实验视频，引导学生找出反应的产物并写出化学方程式。然后引导学生，总结实验的缺点：1、铜与浓硝酸、稀硝酸反应的实验装置，是一个敞开的装置，产生的有害气体直接排放到空气中污染环境；2、没有直观的对比出铜与浓硝酸、稀硝酸反应的现象、产物的异同；3、不能明显的长时间的观察对比生成物一氧化氮、二氧化氮气体的颜色；4、且不能连续操作，没有将生成的一氧化氮、二氧化氮气体利用起来，进行后续的实验教学。分析问题，提出方案本环节中，要引导学生从解决问题的角度，提出实验的改进方案，最终得到创新的实验装置。可设计如下核心问题：如何避免污染？学生可以想到在封闭体系中完成并进行尾气处理。怎样长时间的观察对比生成物一氧化氮、二氧化氮气体的颜色？学生能够想到要观察气体一氧化氮就要排除空气的干扰，需要创造出一个“无氧”的环境。要对比一氧化氮、二氧化氮气体的颜色，就要同时制备出两种气体。怎样直观的对比出铜与浓硝酸、稀硝酸反应的现象？根据前面的两个问题，引导学生思考并得到如下结论：让两个反应同时分别在“无氧”条件下进行，就可以对比出铜与浓硝酸、稀硝酸反应的现象，并能够观察生成物一氧化氮、二氧化氮气体的颜色在尾气处理前，能否对得到的一氧化氮、二氧化氮气体加以利用，探究它们的相关性质？引导学生思考并得到如下结论：可将一氧化氮和氧气混合探究其与氧气的反应，二氧化氮与水混合探究其与水的反应。小组活动：选择合适的实验仪器并设计实验装置，小组分享、展示、点评，最终形成方案。在此活动中，始终以一种开放式的环境给学生充分的发挥空间，当学生遇到不能解决的问题时，教师引导帮助解决，最终得到实验装置。图1实验装置图通过此活动的设计可以看出：高一学生的实验设计能力相对还比较薄弱，虽然他们设计的装置还存在一些问题，但是通过这种开放式、启发式的教学过程，已经为学生建构了科学的探究创新模型，为后续的化学学习奠定了基础，提供了方法，达到了培养学生的创新能力和学科素养的目的。（三）创新实验、实践论证图2实验装置图搭好装置，如图2。开始实验，实验步骤，现象和结论如表：铜与浓硝酸、稀硝酸反应操作现象和结论1、检查装置气密性：关闭烧杯与抽滤瓶间止水夹，其余止水夹打开。抽滤瓶中装入适量蒸馏水且蒸馏水没过玻璃导管，拉动注射器。现象：抽滤瓶中玻璃导管内形成一段水柱，且一段时间内水柱液面不下降。结论：装置气密性良好。2、铜与浓硝酸、稀硝酸反应：在左右烧杯中装入适量的浓氢氧化钠溶液。左右抽滤瓶中装入适量稀硝酸、浓硝酸且液面均要没过玻璃导管。左右两边球形干燥管中分别装入3份铜丝、1份铜丝。向外拉动注射器，使浓、稀硝酸充满球形干燥管排尽空气并与铜开始反应，关闭止水夹。现象：左右两边均产生气泡，左边产生气泡速率慢于右边。左边生成了无色气体，得到了浅蓝色溶液，且随着反应的进行液面慢慢降低，无色气体充满整个球形干燥管，反应自动停止；右边生成了红棕色气体，得到了深蓝色溶液，且随着反应的进行液面快速降低，红棕色气体充满整个球形干燥管，有部分红棕色气体进入了下面的抽滤瓶，反应自动停止。结论：浓硝酸、稀硝酸与铜反应产生的气体分别为二氧化氮、一氧化氮；与铜反应时浓硝酸的速率快于稀硝酸。3、一氧化氮与氧气反应：打开左边止水夹，缓慢向外抽动注射器使左边球形干燥管中的一氧化氮与注射器中的空气接触后关闭左边止水夹。现象：注射器中气体由无色变为红棕色。结论：无色的一氧化氮与空气中的氧气反应生成了红棕色的二氧化氮。4、二氧化氮与水反应：将注射器取下把内部气体缓慢注入浓氢氧化钠溶液中进行处理，拉动注射器吸满蒸馏水再次连接好注射器。打开右边止水夹，缓慢推动注射器让水进入干燥管与二氧化氮接触反应。现象：干燥管上端气体红棕色慢慢变浅最后退为无色，下端的无色液体与铜反应产生无色的气泡。结论：红棕色的二氧化氮气体与水反应生成了无色的一氧化氮气体和硝酸。5、尾气处理：打开所有止水夹，注射器内吸满空气，连接好注射器并向内推动使空气将氮氧化物排入烧杯中与氢氧化钠溶液反应。现象：抽滤瓶中气体颜色慢慢变浅，氢氧化钠溶液中有气泡产生。（四）实验总结完成实验后，分小组讨论：本实验与传统实验相比，有哪些有点？最后分享、汇总：1、操作简单方便：装置气密性检查、一氧化氮与氧气反应时、二氧化氮与水反应都只需通过抽、拉注射器即可实现，操作简单方便。2、对比性强：实验中铜与浓、稀硝酸的反应同时进行，可直观的对比两个反应的产物、反应快慢等实验现象；可与必修一教材实验4-9部分内容进行对比学习，从而能够更加深刻的认识浓硫酸，浓、稀硝酸与不活泼金属铜反应的异同。3、无干扰性：铜与浓、稀硝酸的反应均是在密闭无氧的环境中进行，可排除空气的干扰，能够更准确、长时间的观察到产物。4、多功能性：采用一套实验装置，层层推进展开实验，既对比了浓、稀硝酸与铜的反应，又做了一氧化氮与氧气的反应，还做了二氧化氮与水的反应，可谓是一器多用。5、现象明显直观：实验中铜与浓、稀硝酸的反应，一氧化氮与氧气反应，二氧化氮与水反应现象都非常的明显直观，便于观察学习。6、绿色环保：将实验中产生的多余氮氧化物通入氢氧化钠溶液中处理，绿色环保。四、反思现今社会，国家对具有创新性人才的需求与日俱增，如何在教学中培养学生的创新精神和创新能力，将成为现代高质量教育的一个重大课题。而化学实验则是进行创新教育的重要形式。本堂课的教学设计旨在培养学生发现问题，分析问题，解决问题的能力，体验科学探究的过程。在这样的活动中，学生不仅完成了知识的建构同时也学会了科学的学习方法，在感受成功喜悦的同时也提高了创新能力、形成了创新意识。参考文献［1］中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）［S］.北京：人民教育