銹鐵釘與稀鹽酸、稀硫酸反應現象的探究

一、探究性學習課題建立的背景

在化學課程教學中，進行探究性學習，對于培養學生的創新精神和實踐能力，完善學生的科學素質具有重要意義。

第9章酸堿鹽學習結束后，學生遇到這樣一道題目，將生銹的鐵釘投入裝有足量稀鹽酸（稀硫酸）的試管中，觀察到的現象是：鐵銹逐漸溶解，溶液由無色變為黃色，過一會兒鐵釘表面有氣泡冒出，溶液最后變成淡綠色。學生在接觸這個問題時，提出了質疑：

1.在演示實驗中，并未觀察到溶液最后呈淺綠色，而是黃色。

2.從理論上分析，當稀鹽酸（稀硫酸）與銹鐵釘完全反應后，溶液中既有Fe，也有Fe。

FeO+6HCl＝2FeCl+3HO

FeO+3HSO＝Fe（SO）+3HO

當鐵銹溶解后，又會發生反應：

Fe+2HCl＝FeCl+H↑

Fe+HSO＝FeSO+H↑

溶液最后到底顯什么顏色？

我將這個問題交給化學課外興趣小組的學生去探究，要他們將上述問題設計成實驗，親自動手做一下，仔細觀察實驗現象，并認真做好記錄。

二、探究性學習方案的設計和實施

1.通過實驗發現問題。

化學興趣小組活動時間，我將興趣小組的學生帶到化學實驗室，首先要他們自己配制1∶3的稀鹽酸和1∶5的稀硫酸，然后做生銹鐵釘與稀鹽酸、稀硫酸的反應，并進行對比。實驗中觀察到，鐵釘與稀鹽酸反應時，溶液很快（數秒后）變成黃色，鐵銹緩慢溶解，待鐵銹溶解后，鐵釘表面先有少量細小氣泡緩慢冒出，然后逐漸變多變快；生銹鐵釘投入稀硫酸中，很快就觀察到鐵釘表面有氣泡（鐵銹未全部溶解），振蕩試管，鐵銹很快脫落，沉至管底，鐵釘表面氣泡變多變快，但溶液顏色變化不明顯，顯非常淺的黃色，反應一個多小時后，兩支試管中鐵釘表面仍在不斷地快速冒氣泡，但顏色均未變為淺綠色。我要求學生將試管放在試管架上，等第二天早上再來觀察溶液顏色是否仍顯黃色。

第二天早上，學生迫不及待走進實驗室觀察時，溶液已都變成非常淺的綠色，鐵釘表面仍有少量氣泡冒出，他們又驚奇地發現：放在稀硫酸中的鐵釘表面附著許多淺綠色的透明晶體，兩支試管上端液面上飄浮了一層黑色絲狀物，且溶液中也有黑色絲狀物在上下游動。

通過實驗和觀察，學生有了初步認識：

（1）銹鐵釘與稀鹽酸（或稀硫酸）反應，最后都能得到淺綠色的（Fe）溶液，但需要較長的時間。

（2）去銹速度稀硫酸要比稀鹽酸快得多，所以在除去鐵銹時，用稀硫酸更好。

那么，第（2）認識是否具有科學性呢？

在實驗中，學生又有新的問題產生了：

（1）溶液中的Fe哪里去了？

（2）銹鐵釘與稀硫酸反應，鐵釘表面的晶體是什么物質？為什么會形成晶體？

（3）黑色絲狀物是什么？

這些新的問題還有待進一步探究，我鼓勵學生查找資料，繼續實驗探究。

2.查找資料，分析原因，繼續實驗，驗證推測。

興趣小組經查找資料，再次實驗，小組討論后發現：

（1）Fe失蹤的原因為：

2Fe+Fe＝3Fe

即溶液中的Fe都被Fe還原成Fe，故溶液中最后沒有Fe，只有Fe，因此顯淺綠色，并了解到Fe不穩定，容易被空氣中的O氧化成Fe，故要保存Fe的水溶液，應在Fe溶液中放一根鐵釘。

（2）生成綠色晶體的現象，未能在資料中找到，但得知硫酸亞鐵晶體（FeSO·7HO）是綠色的，故推測很可能是硫酸亞鐵晶體，并設計了如下實驗驗證：將鐵釘取出，用蒸餾水將表面沖洗數次，除去表面帶出的溶液，然后刮下晶體，加水溶解，將所得試液分成兩份，向其中一份中加少量Ba（NO）溶液和足量稀硝酸，發現有白色沉淀產生，證明晶體中有SO存在；向另一份中加入NaOH溶液，有淺灰綠色沉淀生成，將沉淀倒在濾紙上（目的是增大沉淀與空氣中O的接觸面積），沉淀立即變成紅褐色（因Fe遇O會生成Fe），故證明晶體里有Fe。其形成晶體的原因應是生成的FeSO超過了試管中的水的最大溶解能力，故而結晶析出。

（3）黑色絲狀物未能找到解答，但推測可能是碳，因為鐵釘主要成分是鋼，鋼中含有0.03%—2%的碳，并設計了如下實驗驗證：將溶液過濾，在濾紙上得到黑色絲狀物，洗滌后將它轉移到坩堝中加熱，絲狀物消失，說明它應能與空氣中的O反應，轉變成了氣體。由于黑色絲狀物量很少，加上學生初學化學，畢竟知識有限，初中化學實驗室也沒有精密儀器，故只能作出上述驗證。

（4）稀硫酸（1∶5）是否比稀鹽酸（1∶3）除銹效果好呢？我提示學生要比較優劣，必須在條件大致相同的情況下進行，首先要計算出兩種稀溶液中溶質的質量分數。同學們很快算出稀硫酸（1∶5）含HSO為26.4%，稀鹽酸（1∶3）中含HCl10.7%，并立即明白稀HSO中含溶質的質量分數大，標準不一致，還不能作出判斷哪個除銹效果更好。并設計了如下對比實驗：20%稀HSO、15%稀HSO、10%稀HSO、10%稀HCl分別與生銹鐵釘反應，結果發現幾種稀HSO的除銹速度明顯比稀HCl要快，且以15%稀HSO除銹速度最快，效果最好。自此得出結論：除鐵銹稀HSO比稀HCl效果好，且以15%稀HSO效果最佳。

至此，學生通過親身實踐，對原來的疑問就一清二楚了。

三、探究性學習活動的評價和體會

1.評價。

（1）評價方式

階段評價與綜合評價相結合；打分與語言評價相結合；學生評價與教師評價相結合。教師評價必須以科學的理論做指導，講求科學的方法與策略?？茖W而又合理的評價能對學生產生積極心理影響，學生就如一部“發動機”，借助合理的評價去啟動它，就可以拉動探究的“鏈條”，旋轉思維的“齒輪”，扳動能力的“杠桿”，使他們各方面都激活起來，從而形成更好的探究策略。要特別注重學生間的相互評價和自我評價，讓評價成為促進學生主體意識形成，質疑解疑能力提高的活動，使學生在評價中為自己的學習主動承擔責任，在評價中發現新的問題，并不斷探究新問題。

（2）評價范圍

①觀察發現問題能力。②操作能力。③語言表達能力。④合作品質。⑤克服困難的品質。

2.體會。

縱觀整個探究性學習活動的全過程，由于實驗室條件有限、學生知識層次較低等因素，本節課題探究還存在著有待完善的地方，或許有的結論還不夠完整，存在一些錯誤，但筆者認為作為活動的主體，學生的收獲遠大于存在的不足。

1.要進行探究性學習，必須多渠道（圖書館、資料室、互聯網等）獲取信息，在不知不覺中學生的知識面就擴大了，隨著知識面的擴大，新的問題也就不斷形成，無形中就培養了學生發現問題、探索問題的能力。

2.探究性學習，離不開觀察和實踐，必須運用已有知識來獲取信息、分析信息、提煉信息。探究性學習的過程是培養學生觀察和實踐能力的過程，是消化、鞏固、掌握已學知識的過程，從而提高學生分析問題、解決問題的能力。

3.探究性學習，不是完全個人活動，更多的是群體活動，這就養成了學生的合作習慣，營造了團結協作的氛圍，激發了學生的學習興趣。

4.要探究，還離不開討論、交流，所以在探究性學習中，能提高學生的語言表達能力，并使學生逐步養成良好的學習習慣。

顯然，探究性學習活動的開展，對學生的能力、情感、科學素質的培養是傳統教學模式所無法達到的。廣大教師應積極響應，正確地對學生加以引導，積極地開展探究性學習，真正投身于基礎教育課程改革中去，讓更多的學生獲益。