二氧化碳的实验室制法演示实验是说明探究式教学优越性好例子。 教师可提出问题,为什么采用石灰石与稀盐酸做为实验室制二氧化碳的反应物,而不用其它的物质哪?学生会觉得问题很难。不过教师再提示学生以前学习过哪些产物有二氧化碳的化学反应,学生开始积极思考回忆学过的化学方程式。教师让学生总结出如下反应:碳酸钠与稀盐酸反应生成二氧化碳,碳酸分解生成二氧化碳;单质碳在空气或氧气中燃烧生成二氧化碳;甲烷燃烧生成二氧化碳;工业上高温煅烧石灰石制取二氧化碳。学生会认为它们都行,但在教师的引导下一一排除:碳酸钠与稀盐酸反应太快,碳酸本身不稳定,单质碳和甲烷燃烧产物一定混有空气氧气杂质,煅烧石灰石制取二氧化碳需要高温条件苛刻实验室实现不了。
相比之下用石灰石与稀盐酸反应,不需加热,室温反应,反应前没有气体,产物的气体只是二氧化碳,容易净化。 又提问此实验采用石灰石能不能用纯净的碳酸钙粉末、草木灰等代替,稀盐酸能用稀硫酸代替吗?教师找若干名学生到前台协助完成下步实验。 每人发一只试管,分别放入等量少量的如下药品:块状石灰石、粉末状的碳酸钙、草木灰等,再同时滴入稀盐酸,学生亲自操作观察现象,其他学生也全神贯注,看到只有石灰石固体反应速率较适中,容易控制,其它的反应太剧烈无法控制,甚至溶液溢出试管,或反应速率太慢。
每人再发一只试管,同样放入等量少量的如下药品:块状石灰石、粉末状的碳酸钙、碳酸钠固体、碳酸钠粉末等,同时滴入稀硫酸,同样看到粉末状的碳酸钙、碳酸钠固体、碳酸钠粉末等反应速率过快,剧烈无法控制,但石灰石固体反应表面生成许多白色固体,一段时间后反应中止。学生感到困惑不解,同样石灰石固体与稀盐酸和稀硫酸反应,为什么一个顺利进行,另一个反应中止呢? 教师可在黑板上画个解释的草图,说明稀硫酸与石灰石反应时,生成一种难溶的化合物硫酸钙覆盖在表面,慢慢积累,内部的石灰石跟外部的稀硫酸隔绝,故反应中止。 由此得出反应物应当采用块状石灰石固体与稀盐酸。
结合实验特点,让学生讨论,集思广益,设计实验方案。在探讨研究的平和气氛中,蕴涵着无穷趣味,在教师的一步步的严谨逻辑关系引导下,培养学生的思考分析能力,提高分析联想的思维流畅性,学生的智能得到健康发展,优良的思维品质就会慢慢形成。
在教材和习题集中不乏出现有趣的又耐人寻味的问题,若能真正做一做实验,既能帮助学生深刻体会题意和化学基本原理,又能全面激发他们研究化学的兴趣,更符合素质教育的基本思想要求理论联系实际的初衷。 很多学生对于金属与酸反应的差值计算问题的解题方法感到不解,怀疑它的正确性。教师在教学中自然费不少口舌,不得不讲解数学的相似比、合比性质、等比性质等问题。其实如果配合一个实验效果会更好,更有趣儿。 比如这样一个问题,今有一烧杯盛有足量稀硫酸,总质量是50g,投入一根镁带,剧烈反应后,镁带无剩余,静置一会儿后,再称量烧杯和剩余溶液的总质量,得52.2g,试求反应中放出多少氢气?消耗多少镁带和纯硫酸?生成多少硫酸镁? 提出问题后设计一个小实验,目的是通过实验证明差值法计算的正确性和科学性。
器材:托盘天平(砝码)、烧杯、剪刀、刻度尺、等宽等厚的镁带、稀硫酸。
操作过程:
1.将镁带剪成长度适中,若干等长的小段,以保证个体差别很小,在误差允许的范围内。
3、取一只烧杯,注入足量的稀硫酸,称量烧杯和酸的总质量,记录数据M1。
4、把一条镁带投入酸液中,等到镁带消耗殆尽,静置2分钟后,称量烧杯和剩余溶液的总质量,得数据M2。
7、求出溶液在反应前后的质量差,利用差值法,求出镁带的质量M3
8、比较M3和M0的大小。 理想的结果是M3= M0。通过实验学生们体验到差值法的在实际实验中的灵活应用,确信差值法的科学性,更加明白化学的确是一门以实验为基础的自然科学。