探究化学实验中锡纸的金属成分

时间:2019-09-27

　　摘要：为有效地复习常见金属的性质, 基于化学学科教室的资源支持, 设计了“探究锡纸中的金属成分”系列实验。通过“视频激趣初步判断”、“查阅资料进一步排除”、“设计实验再次探究”、“定量分析得出结论”4个环节, 既有效复习了常见金属的性质等知识, 又激发了学生持续的探究欲望, 培养了学生的化学学科素养。

　　关键词：实验探究; 锡纸; 常见金属的性质; 知识结构网络; 化学学科教室;

　　1 研究背景

　　每年3月底或4月初, 九年级化学教学就进入了总复习阶段。教师普遍对复习课这种课型的准备感到非常棘手:既要回顾旧知识, 又不能让学生感觉像在“炒冷饭”。既要夯实基础, 又要在原来的基础上有所突破、升华[1]。常见金属的性质是初中化学学习的一个重点, 特别是要掌握金属与酸溶液、盐溶液反应的规律, 学会用金属活动性顺序表对有关的置换反应进行判断更是一个难点。

　　如何有效地复习常见金属的性质?笔者的观点是从生活情境中挖掘引发学生深刻思维的探究问题, 引导学生通过实验探究来解决问题, 既充分激发学生的兴趣, 又在探究过程中将常见金属的性质等知识联系到一起, 构建较完整的知识体系, 加深对知识的再认识。

　　我校创建了化学学科教室。学科教室中三边柜子里存放平时实验所用的仪器与药品, 可满足学生随时进行实验探究、自主进行个人探究和多人合作探究的需求。中控台上放了各种化学杂志、化学资料, 方便学生随时查阅。几台电脑可供学生上网查阅资料、播放视频等[2]。

　　基于化学学科教室的资源支持, 笔者设计了“探究锡纸中的金属成分”系列实验。

　　2 实验设计

　　2.1 视频激趣初步判断

　　教师先在课堂上播放了生活中常见的用锡纸包装花蛤, 在电磁炉上烧烤花蛤的视频。学生概括出这种锡纸具有导热性、延展性, 还有银白色的金属光泽。市售的锡纸, 也有称作铝箔、铝箔锡纸等, 那么锡纸中的金属是什么?根据锡纸的颜色, 结合金属的活动性、价格等因素, 学生猜测其中的金属可能是锡、铝、镁、锌、铁中的一种, 并设计实验初步判断。

　　2.1.1 药品及仪器

　　药品:锡纸条、磁铁

　　仪器:酒精灯、火柴、坩埚钳

　　2.1.2 实验操作及现象

　　(1) 用磁铁靠近锡纸条, 锡纸条没有被吸引。

　　(2) 用坩埚钳夹取锡纸条在酒精灯上点燃, 锡纸条熔化但没有滴落, 也没有燃烧。

　　2.1.3 依据原理及结论

　　依据原理:铁有磁性, 镁易在空气中燃烧。

　　实验结论:锡纸中没有铁、镁。

　　2.1.4 设计目的

　　让学生复习常见的金属的通性, 如:导热性、延展性、有光泽。但金属也有个性, 如:铁具有磁性, 镁很易在空气中燃烧。利用金属的个性可用来检验金属。该设计可以帮助学生构建金属的性质的知识结构网络 (见图1) 。

　　2.2 查阅资料进一步排除

　　教师进一步追问:如何进一步确定锡纸中的金属是锡、铝、锌中的哪一种?学生利用学科教室中的电脑上网查阅资料。

　　图1 金属的性质知识结构图

　　资料1:金属锌似晶体状, 室温下, 锌较硬且相当脆。

　　资料2:最初的锡纸真的是锡造的, 锡纸比铝箔软, 包裹食物多少会带点锡味。铝降价后, 逐渐得到广泛应用, 铝箔可用来烧烤、烘焙。

　　根据资料1, 可进一步排除锌的可能性。资料2让学生产生了疑问:烧烤花蛤的锡纸中的金属到底是锡还是铝?激发了学生进一步探究的欲望。

　　2.3 设计实验再次探究

　　根据金属活动性顺序表中铝和锡的位置, 引导学生设计以下探究实验进一步证明锡纸中的金属是铝还是锡。

　　2.3.1 对比实验法

　　药品:锡纸条1支、铁钉1支、20%的盐酸20 m L、15%的稀盐酸10 m L、蒸馏水

　　仪器:试管、砂皮纸、镊子

　　实验准备:将锡纸条卷成和铁钉一样粗细, 先在20%的盐酸中浸泡至产生较多气泡, 以除去锡纸表面可能存在的氧化膜, 再取出用蒸馏水清洗, 然后浸在蒸馏水中备用。

　　实验操作及现象:将铁钉用砂皮纸打磨后放入试管, 从蒸馏水中取出锡纸条放入另一支试管, 向两支试管中各倒入5 m L 15%的稀盐酸, 锡纸与稀盐酸反应冒气泡速率比铁钉与稀盐酸反应冒气泡速率快。

　　依据原理:铝的金属活动性比铁强, 锡的金属活动性比铁弱, 铝与稀盐酸反应冒气泡速率比铁钉与稀盐酸反应冒气泡速率快。

　　实验结论:锡纸中的金属是铝。

　　设计目的:向学生渗透“对比”实验思想, 让学生复习了活泼金属能与酸溶液反应, 且金属的活动性越强, 与酸溶液反应的速率越快。同时让学生学会运用金属活动性顺序表来解决生活中的实际问题, 进一步完善金属的性质的知识结构网络 (见图2) 。

　　图2 完善后的金属的性质知识结构图

　　2.3.2 与盐溶液反应法

　　药品:锡纸条、饱和硫酸锌溶液

　　仪器:试管、镊子

　　实验操作及现象:将蒸馏水中的锡纸条取出放入试管, 倒入硫酸锌溶液至浸没锡纸条, 发现无明显现象。等待3分钟, 仍无明显现象。

　　组织讨论:问题1:通过对比实验法已知锡纸中的金属是铝, 铝的金属活动性比锌强, 能把锌从其盐溶液中置换出来, 但为什么锡纸条放入硫酸锌溶液中无明显现象?学生猜测:可能因为反应速率较慢, 短时间观察不到明显现象。问题2:如何加快反应速率?学生认为可以提高反应温度。

　　实验操作及现象:将试管加热至沸腾, 但仍无明显现象。

　　再次组织讨论:问题1:为什么加热后仍无明显现象?学生回答:因为铝是银白色金属, 置换出的锌也是银白色金属, 区分不明显。问题2:有办法证明铝和硫酸锌溶液能反应吗?学生思考。

　　设计目的:通过该实验设计, 既让学生复习了金属与盐溶液反应的条件, 又让学生认识到某些金属与盐溶液的反应并没有明显现象, 从定性的角度无法证明该反应是否发生, 为后面的定量研究埋下伏笔。

　　2.4 定量分析得出结论

　　2.4.1 依据原理

　　根据铝和硫酸锌溶液反应的化学方程式, 对比铝和锌的相对原子质量可发现:每54份质量的铝参加反应, 可以析出195份质量的锌。所以只要称量反应前后金属的质量, 若反应后金属的质量增加, 说明锡纸条中的金属能和硫酸锌溶液反应, 即可确定是金属铝。

　　2.4.2 药品及仪器

　　药品:锡纸片、饱和硫酸锌溶液、20%的盐酸20 m L、蒸馏水

　　仪器:烧杯、镊子、电子天平

　　2.4.3 实验操作、现象及结论

　　实验操作及现象:将锡纸剪成宽0.6 mm、长2 cm左右的纸片, 共8片, 在20%的盐酸中浸泡至产生较多气泡, 再用蒸馏水清洗, 然后烘干放入烧杯中, 在电子天平上称量, 锡纸的质量为0.3 g。向烧杯中倒入饱和的硫酸锌溶液至浸没锡纸片。5分钟后, 取出锡纸片, 用蒸馏水清洗, 烘干, 再次在电子天平上称量金属的质量为0.6 g。

　　实验结论:金属铝能与硫酸锌溶液反应, 且反应后金属的质量增加。

　　2.4.4 设计目的

　　让学生认识到定量研究对于化学科学发展有重大作用, 让学生养成从定量的角度研究化学的习惯, 培养他们严谨的科学态度和分析问题、解决问题的能力。

　　将金属的性质相关知识结构网络进一步完善 (见图3) 。

　　图3 进一步完善后的金属的性质知识结构图

　　3 反思

　　3.1 真实的生活情境激发学生探究兴趣

　　化学源于生活又服务于生活。生活中处处有化学, 人的衣食住行都与化学密不可分, 只要留意观察, 便可把生活中丰富的化学现象和问题加工成化学学习情境[3]。本实验从生活中挖掘素材, 选择“烧烤的锡纸”作为探究对象, 不仅能激发学生的探究兴趣, 还能培养学生用化学方法解决日常生活中的问题的意识。

　　3.2 学科教室提供场所和资源支撑

　　本实验设计和操作由学生在教师带领下在学科教室内完成, 学生的设计准备和课堂教学均以学科教室现场实验为背景, 避免了设计的盲目性[4]。学科教室中的化学资料、电脑资源等可让学生随时查阅, 进一步丰富了探究的手段, 为学生设计实验打开了思路, 充足的化学药品也为他们动手实验提供了多种选择。在学科教室中, 可以尽可能多地让学生经历科学探究过程, 既培养学生的探究能力, 又充分体现学科教室的价值。

　　3.3 实验内容层层递进培养理性思维

　　“探究锡纸中的金属成分”实验设计, 从初步判断到进一步排除, 从再次探究到得出结论, 分别从依据经验判断到定性分析再到定量研究, 大大拓展了学生的知识广度和深度, 不断激发学生持续的探究欲望, 锻炼了探究能力, 让学生的理性思维得到充分训练。

　　化学复习课的目的是帮助学生在知识重构的过程中进一步锻炼思维和发展能力。本实验探究的问题源于生活, 设计基于学科教室, 通过系列实验探究, 增强了学生的化学探究意识, 培养了学生的化学学科素养。

　　参考文献
　　[1]胡绮妙.基于“多元导学”的酸碱盐复习的探索[J].化学教学, 2017, (2) :44~48.
　　[2]李小静.基于学科教室的化学实验教学研究[J].化学教学, 2017, (6) :39~40.
　　[3]张晓红.“鱼浮灵”增氧原理的实验探究[J].化学教学, 2017, (11) :74~76.
　　[4]王景花.基于生物学科教室的“探究酶的特性”系列实验设计[J].中学生物学, 2017, (6) :48~50.

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