对“铝与氧气反应”实验的探究与反思

对“铝与氧气反应”实验的探究与反思 对“铝与氧气反应”实验的探究与反思 2010年.第5期研究性学习探索37 对"铝与氧气反应"实验的探究与反思 林文杰 (龙港高级中学,浙江温州325802) 文章编号:1005--6629(2010)05--0037--03中图分类号:G633.8文献标识码:B 1问题提出 苏教版《实验化学》第2l页中关于"铝与氧气 反应的实验探究"的实验描述:将铝片剪成长5,8 (3m,宽0.20.313m的铝条,绕成螺旋状,一端绕紧 一 根火柴.实验时,用坩埚钳夹紧铝条的另一端, 点燃铝条上的火柴,待火柴快要燃烧完时,将铝条 伸入盛有氧气的集气瓶(瓶底盛有少量水)中,观察 现象[1】.该实验中的铝基本上不能燃烧.我所任教 的三个班级的学生都进行了分组实验,都严格按照 实验手册的步骤和要求去做,但没有一组学生有观 察到像铁在氧气中燃烧的那种火星四射的现象.这 是怎么回事呢!是实验操作的问题?药品的问题? 是实验方案的问题?还是学生没有操作呢?带 着这些问题,我们几位老师对其进行深入探究和实 验改进,学生也积极参与了思考. 2实验探究 2.1问题的发现 铝为什么在纯氧中不能燃烧?而比它化学性质 不活泼的铁在纯氧中都能剧烈燃烧.是铝不纯?氧 气不足?还是铝面有阻燃的物质存在等等?这些 问题在教材的方案设计中都有所顾及.比如:实验 用的铝,我们特意去买"分析纯"的铝片:用盛有 氧气的集气瓶可做到提高氧气的浓度;把铝片剪成 铝条,再绕成螺旋状可做到增大与氧气的接触面; 我还要求学生把铝条用砂纸进行打磨以除去表面的 氧化膜.经过以上的处理,铝条还是不能燃烧,多 数学生所观察的现象是:铝条本来比较光亮最终变 得没有金属光泽,同时用手折容易断裂.这现象说 明铝参与了反应,但关键问题是要观察到燃烧的现 象,何况铝比铁活泼,怎么就没有理论上所预测的 那样呢? 此现象经过学生课后的分析探讨,结合学生实 验后上交的学案,得出了以下几种可能: (1)虽然在燃烧之前铝条表面的氧化膜用砂纸 处理过,但在空气中预热时又生成氧化膜覆盖在表 面,当然就燃烧不起来; (2)氧气的浓度太低或量太少,铝条与氧气的 接触面还是太小; (3)酒精灯加热的温度不够高. 学生提出以上几种可能依据以下几点知识: (1)铝作为活泼金属,很容易与氧气发生氧化 反应,就像金属钠一样,当用刀切开的时候,表面 很快就变暗:铝在金属活动性顺序表中紧接钠的后 面,当然很容易与氧气发生反应生成氧化物; (2)查阅相关资料:氧化铝的熔点2050?, 其致密程度很高,又相当稳定. (3)化学反应速率取决于反应物的浓度,体系 的温度以及接触面的大小等.气体浓度越高,体系 温度越高以及接触面越大,反应速率越快. (4)酒精灯加热的温度为400,500?,铝在纯 氧里燃点为550oC[2],显然,用酒精灯加热,铝条 就很难点燃. 这些知识在《化学反应原理》,《化学l》(必修) 和《化学2》(必修)有过详细的介绍,难道铝就不能 在空气中或纯氧中燃烧吗!课本既然选择了这个实 验,应该是可以进行的.这迫使我们对这些问题要 进行深入的分析,这也正体现了《实验化学》的特 点和新教材的理念. 2.2问题的探究 f1)对于铝表面氧化膜的探究 金属铝位于金属活动性顺序表的前面位置,属 于比较活泼的金属,平时从实验室取出来的铝片表 面都有一层致密的氧化膜,如何证明其表面有氧化 膜存在? 实验步骤:取一块未经打磨处理的铝片.投入 到3mL6.0mol?L热的氢氧化钠溶液中,观察铝片 表面的气泡.' 实验现象:开始大概2分钟左右.表面没有气 泡,2分钟后表面产生气泡,而且越来越多. 此现象说明,氢氧化钠最初与铝表面的氧化膜 38化学教学2010年,第5期 反应,所以没有气泡,等氧化膜被破坏后,暴露出 来的铝与氢氧化钠反应能产生气泡.这一现象可以 说明铝片表面有氧化膜.我们可以利用砂纸的打磨 或与氢氧化钠反应,去除表面的氧化膜,然而经过 这样去除氧化膜的铝片,还是无法在氧气中燃烧. 是不是学生所猜想的:在铝条的预热过程中又 生成氧化膜呢?要证明这点比较简单,就是重复以 上实验. 实验步骤:取前面铝燃烧失败的铝片,投入到 3mL6.0mol?L热的氢氧化钠溶液中,观察铝片 表面的气泡. 实验现象:开始大概1分钟左右,表面没有气 泡,1分钟后表面产生气泡,而且越来越多. 从中可以看出,铝片表面又生成了氧化膜,时 间上的差异说明.氧化膜的厚度比原来的要薄.如 何在燃烧前不让它产生或产生很薄的氧化膜呢? 查阅了很多有关铝的资料,其中有一条很有利 用价值:在铝表面产生"汞齐",就可以破坏其氧 化膜的生成. 实验步骤:取一块未经打磨处理的铝片投入到 3mL1.0mol?L的Hg(NO3)2溶液中,静置2分钟,取 出观察铝片表面的现象.(注意:汞有剧毒,注意安全) 实验现象:铝表面金属光泽消失,很快长出白 "毛".见图l所示: 1 把铝片放/k.Hg(NO,)溶液中,硝酸汞穿过保护 层,与铝发生置换反应,生成了液态金属——汞. 汞在常温下就可以与铝结合生成铝汞合金,该合金 的俗称为"铝汞齐".铝表面生成铝汞齐后,铝失 去氧化铝保护膜的保护作用.这白"毛"经过实验 证明是蓬松的氧化铝.以上实验可以证明:暴露出 来的铝单质性质很活泼,常温下就能与空气中的氧 气反应而生成氧化铝.经过这样处理的铝条,刮去 其表面的"毛",放在酒精灯外焰上加热,还是烧 不起来,但很快又长出了大量的白"毛".这说明 铝很容易与氧气反应,只不过没有达到燃烧的程 度;温度越高反应越快,也从一个侧面说明,只要 不产生致密的氧化膜,就可以使里面的铝继续氧 化. 氧化膜经过以上处理已经除去,就算是生成的 白"毛"也是蓬松的.相当于铝单质已经暴露在空 气中,为什么还是烧不起来呢?这时,大家都会想 到加热温度不够未达到着火点,氧气浓度不足或接 触面太小等问题. f2)对于加热温度的探究 正常情况下酒精灯温度为400—500?.学生在 实验室做实验时,人员走动,造成气体流动,此时 火焰温度可能低下来;由于学生的不规范操作,导 致实验室里的酒精灯灯芯上有很多杂质和黑碳,燃 烧的酒精灯温度就更低.况且铝的燃点为550?, 用酒精灯是很难达到的,改为酒精喷灯能否达到燃 点呢?酒精喷灯的温度为800oC,1000?,已经超 过了铝的燃点. 实验步骤:取前面经Hg(N0,)溶液处理过的铝 条,用酒精喷灯加到红热,快速伸人盛有纯氧的集 气瓶中.观察现象. 实验现象:铝条剧烈燃烧,火星四射,发出耀 眼的白光. 剧烈的燃烧正好验证了我们的推测:没有达到 燃点.但为什么在酒精喷灯上加热过程不燃烧,而 要放人纯氧的集气瓶中才燃烧呢?自然就会想到氧 气浓度和接触面的问题. f3)对于氧气浓度和接触面的探究 化学反应速率的影响因素很多,其中浓度的影 响起着很大的作用.提高反应物氧气的浓度,化学 反应速率从理论上讲会 提高很快.空气中氧气 的体积百分数约为21%.活塞 在酒精喷灯火焰周围由 于乙醇的剧烈燃烧消耗MnO 大量的氧气,导致其周 围氧气浓度急剧下降. 此时的氧气浓度对于铝燃烧就显得较低,所以要提 高氧气的浓度,最直接的方法就是将铝片在纯氧中 燃烧.. 实验步骤:装置见图2所示.往锥形瓶中加入 少量的二氧化锰固体,在分液漏斗中加入双氧水, 打开分液漏斗的旋塞,慢慢滴入双氧水.反应一段 时间后,用排水法收集一大瓶的氧气,同时集气瓶 底部保留少量水. 用此种方法收集到的氧气具有快速,纯度高, 量多等优点.把经过Hg(NO,)溶液处理过的铝条, 2010年,第5期研究性学习探索39 放在酒精喷灯上加到红 热.快速伸入集气瓶中, 此时,燃烧的现象非常 明显:火星四射,发出 耀眼的白光,见图3所示. 提高氧气浓度可以 提高反应速率,若把铝 条剪的更细或换成铝粉 是不是反应还会加快, 而且有可能可以直接在 酒精灯上加热,在空气 中燃烧呢? 图3 实验步骤:把铝片按照图4所示的规格剪下, 做成如图5所示的提篮形燃烧匙.然后把该燃烧匙 放.A.Hg(N03).溶液浸泡一下拿出,往其底部加入少 量铝粉,用坩埚钳夹住上面放在酒精灯外焰加热. 幽4图5 实验现象:"燃烧匙"底部变红.移开酒精 灯,整个"燃烧匙"在空气中剧烈燃烧,发出耀眼 的白光. 以上的实验现象能充分证明:提高加热的温 度,除去表面的氧化膜,增大与氧气的接触面等, 都能使反应加快进行;也可证明铝能在空气中燃 烧. 2.3问题的解决 通过上述实验探究,要使铝能在氧气中燃烧, 必须做到两点:第一,必须除去表面的氧化膜;第 二,要提高加热的温度,氧气的浓度或增大与氧气 的接触面.只要满足了这些条件,才能使这个实验 成功.结合以上的探究过程,经过师生的整理和改 进.以下几种方法都可以成功: f11燃烧匙法 把铝片按照图4所示的规格剪下,做成如图5所 示的提篮形式(做燃烧匙).然后把这个"燃烧匙"放 . )k. Hg(N03):溶液浸泡一下拿出,往其底部加入少量 铝粉,用坩埚钳夹住上面放在酒精灯外焰加热,铝 粉就可燃烧. f21喷瓶法 到化装品店购买如图6所示的喷瓶.把酒精注 入到瓶中,再加入少量400目左右的铝粉,摇匀, 打开上面的保护盖,对着酒精灯火焰喷,可以看 到,在酒精燃烧的同时,随酒精喷射出来的铝粉也 一 同燃烧,现象相当明显f图7). ?一图6图7 f31脱脂棉法 取一团脱脂棉,在里面分散地包上铝粉.外面 粘些KCIO,用坩埚钳夹住棉花团,放到酒精喷灯 外焰点燃,观察现象. f414自制铝箔法 在一块薄的白纸上均匀地涂上胶水.再均匀撒 上铝粉,厚度和密度都要均匀,晒干得自制铝箔, 剪成约lemx10cm的小条.用镊子摄住铝箔的一 端,另一端在酒精灯上点燃,待部分纸烧起来后, 立即放人到盛满氧气的集气瓶内,即发出耀眼的白 光. 3反思 本次探究是紧密结合《实验化学》教学进 行的符合化学新课程的一次活动,教师和学生 一 起亲身经历了类似科学家的研究过程:从实验中 产生疑问,提出问题,设计方案,实验验证和分析 反思结论;体验,感受了探究的乐趣,全方位锻炼 了学生的实验能力,也锻炼和培养了他们的意志和 毅力,开拓了思维,增强了自信,提升了创造_力. 因此,教师在教学中,特别是在《实验化学》的教 学过程中,要多鼓励学生对教材质疑,引导学生发 现问题.发现或提出一个问题,往往比解决一个问 题更重要.并给学生创造良好的条件让他们去探 究,设计化学实验,让他们独立完成实验.尽量发 挥他们的主动性和创造性,把学习化学的兴趣推向 高潮,从而锻炼他们的实验技能和智能. 教材上的知识尽管是经过了专家的审查和验 证,但并不见得就完美无缺,总会留下一些或特意 留下一些供我们教师和学生共同去探索的空间.而 《实验化学》新教材的实施才两年,教材中的一些 化学教学2010年,第5期 "葡萄糖"教学案例 诸全头 (江苏省高淳高级中学,江苏高淳2113O0) 文章编号:1o05—6629(2O10)05一o040一o3中图分类号:G633.8文献标识码:B 1教材分析与教学设想 在人教版化学必修2第三章第四节"基本营养 物质"中,已了解糖类中的具体物质和分类,了解 了双糖和多糖的水解,但没有突出糖类的共同特 征.已学习过葡萄糖的分子式,了解过它的结构 式,并在实验基础上认识了它的特征反应,如葡萄 糖在碱性和加热条件下,可与新制的Cu(OH)悬浊 液反应生成砖红色沉淀,葡萄糖能与银氨溶液反应 生成银镜等,但没有做银镜反应实验,也没有进一 步书写相关的化学反应方程式,没有在实验基础上 推导其结构式.没有学习葡萄糖在现实生活中的存 在和对人体生理功能的意义.而在人教版化学选修 学习葡萄糖 5中第四章第二节《糖类》中,将继续 和果糖的结构与性质的差异.. 另外.在必修2中着重葡萄糖知识的了解,弱 化葡萄糖结构与性质的内在逻辑关系;着重将葡萄 糖作为一种化学物质来分析,淡化物质的存在和应 用的分析;选修5中以果糖为重点. 针对上述现状,本节课着重巩固,强化糖类的 组成等已有知识;利用醛基,醇羟基的性质等已有 知识,并结合实验和各种信息进行演绎推理,得出 葡萄糖的结构,提升分析能力;根据物质结构分析 葡萄糖的化学性质,体会结构与性质的内在关系的 辩证思想:加强解葡萄在现实生活中的应用,提升 知识的应用能力. 2教学过程设计 2.1糖类的来源,存在与组成 f创设情景1,引入本课]今天你吃糖了吗? 『学生交流1】A.有的说没吃. B.有的说吃了——吃了"阿尔贝斯牛奶糖" C.有的说吃了——吃了大米,水果,甘蔗, 蜂蜜等 [教师提示】要想回答此问,必须弄清楚什么 是糖? [共同回顾]必修2中学习过:葡萄糖,淀粉, 蔗糖,纤维素等都是糖类. [整合知识1]我们每天都吃糖.糖存在于各种 食物和水果中. 『创设情景2]糖都是甜的吗?(展示样品,可 尝味道) 【学生交流2]A.糖是甜的,如白糖,红糖等. B.糖不一定是甜的,如大米中的淀粉,素菜 里的纤维素(展示样品棉花,尝味道). [整合知识2]糖不一定是甜的. [创设情景3]学生实验:在一小部分葡萄糖, 白糖,红糖,大米,纤维素上滴1—2滴浓HSO,观 察现象.得到什么启示?想想糖类物质中的组成元 素是什么?有什么关系? [创设情景3]投影:葡萄糖,果糖,蔗糖,淀 粉,纤维素的分子组成. f学生交流3]根据糖类的脱水实验,糖类中含 有C,H,0元素,且H和0元素的物质的量之比为 2:1,结合投影可归纳出糖类的分子通式. [整合知识3]糖类表示为Cm(HO).所以糖类又 称为"碳水化合物", [创设情景4】考察:甲醛HCHO,乙酸CHCOOH, 乳酸CH0,鼠李糖C6H0的分子式.思考分子通 式符合C(H0)的一定是糖类吗?分子通式不符合C 问题还需要我们一线的教师进行实践的验证.本人 认为这其实也是新教材特意留给我们的悬念只要 我们教师在教学中不唯书,不唯纲,积极思考,主 动探究,及时总结,在实验中探究,在反思中升 华.就一定会有新发现,探索出一套较好的《实验 化学》教学的模式,并使自己尽快成长为一个研究 型,创新型的教师. 参考文献: „王祖浩.《实验化学》【M】江苏教育出版社,2007.11.21. [2】.'氯化铵溶液与氯化铝溶液混合有没有沉淀生成"卟《化学教 育》.2009,1. 『3]3王祖浩.《中学化学课程的反思与探索》[M】.东北师范大 学出版社.2003. 【4]4g百科: