“酸和堿的化學性質”實驗活動設計

摘 要 對比、分析三個版本教科書中“酸和堿的化學性質”實驗內容的設計特點，從拓展學生對該實驗的認識視角出發，利用pH計、溫度、壓強、pH等傳感器設計實驗活動，探究稀鹽酸和氫氧化鈉溶液、二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應，使實驗活動更具現代性、時效性。

關鍵詞 教科書 基礎實驗 酸和堿的化學性質 實驗活動設計

“酸和堿的化學性質”是課程標準中規定的8個“基礎實驗”之一[1]，人教版和滬教版教科書將該實驗與“溶液酸堿性的檢驗”2個“基礎實驗”安排在一單元中[2][3]；魯教版教科書[4]干脆將2個“基礎實驗”合二為一，足見2個“基礎實驗”間的一脈相承關系[4]。

一、三個版本教科書中“基礎實驗”內容的比較

三個版本教科書中該基礎實驗的內容主要包括：酸的化學性質、堿的化學性質和中和反應。但由于教科書內容編排方式的不同，表現出各自的特色。人教版教科書更注重對中和反應的實驗設計：觀察溶液變為無色，取反應后無色溶液約1ml，蒸干，觀察現象；還設計了新制氫氧化銅、氫氧化鈣懸濁液與稀鹽酸的反應。滬教版教科書按照物質類別，分別安排了不同金屬（反應的難易、劇烈程度）、金屬氧化物、碳酸鹽與酸的3組反應。用溫度計測反應前后的溫度變化；至溶液恰好變為無色時，反滴1滴氫氧化鈉溶液，觀察顏色變化。魯教版教科書用pH試紙分別測定反應前稀鹽酸、稀硫酸的pH，向其中逐滴滴加氫氧化鈉溶液，直到pH等于7時，觀察現象。總之，通過觀察反應過程中溶液顏色、溫度、溶質種類變化等方式揭示二者間的反應。其他性質實驗和正文的一些特色實驗見表1。

可以看出，三個版本教科書的實驗內容的設計表現出藥品多、試管多、實驗現象多的特點，為追求全面淺嘗輒止，停留在實驗“驗證”的層面上。因此，若按照教科書設計的實驗內容組織實驗活動，學生在頻繁地尋找藥品、記錄現象中完成實驗，以致探究重點不突出，實驗的真正意義未得到充分體現。

因此，筆者認為，教師應整合三個版本教科書的實驗資源，有針對性地、重點突出地安排實驗內容，鼓勵學生采用多種方式積極、主動地開展探究活動，重視探究過程和結果的真實性，給學生留出充分的思考和討論的空間，尤其是加強對“氫氧化鈉溶液與鹽酸的中和反應”和“二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應”兩個“無明顯現象的反應”實驗的設計與探究，以拓展學生對這類實驗的認識視角：反應物減少、生成物產生、化學反應能量變化。

二、氫氧化鈉溶液與鹽酸的中和反應

人教版教科書通過【實驗】在滴有酚酞的氫氧化鈉溶液中逐滴滴加稀鹽酸，觀察溶液顏色的變化，直接給出反應化學方程式，仿寫氫氧化鈣與稀鹽酸、氫氧化鈉與稀硫酸反應化學方程式，得出中和反應的定義，相對簡單。滬教版教科書的【活動與探究】除采用人教版教科書的實驗方法，觀察顏色外，還有測溫度、反滴1滴氫氧化鈉溶液、觀察顏色的變化和玻璃棒蘸取反應后的溶液蒸干的變化等現象，證明兩者間發生了反應；【練習與實踐】第12題，提供反應過程中溶液溫度的變化表格，讓學生繪出溶液溫度上升與加入鹽酸體積的變化關系圖，并討論溶液溫度變化的原因。魯教版教科書單列一節，通過【實驗探究】、【活動天地】分別用pH試紙、pH傳感器實時監測混合溶液在酸堿中和反應過程中的pH變化情況，從定性到定量。至此，足見教科書對該實驗的重視程度，該實驗也是考試中必考內容之一。因此，有必要對該實驗進行從定性到定量、從感性到實質的研究。

針對教科書中“向滴有酚酞的氫氧化鈉溶液中逐滴滴加稀鹽酸，至恰好變為無色”的設計。學生搜得如下資料：酚酞是一種常用指示劑，廣泛使用于酸堿滴定過程中（pH值變色范圍8.2～10）。通常情況下酚酞遇酸性和中性溶液不變色，遇堿性溶液變紅色。然而，酚酞在強堿中由紅色迅速褪為無色，是因為酚酞的醌式或醌式酸鹽，在堿性介質中很不穩定，會慢慢轉化成無色羧酸鹽式，遇到較濃的堿液，會立即轉變成無色的羧酸鹽式。所以，酚酞試劑滴入濃堿液時，酚酞開始變紅，很快紅色褪去變成無色。學生提出問題：酚酞是否可以作為該反應的指示劑呢？

設計實驗1：取兩個相同規格的燒杯，加入等質量滴有酚酞的氫氧化鈉溶液。向其中一個燒杯中邊振蕩邊逐滴加入稀鹽酸，直至紅色恰好消失。向另一個燒杯中邊振蕩邊逐滴加入等量的水，無明顯變化。同時，提供氫氧化鈉溶液質量分數與pH值對照表（表2）。

可以看出，溶液的pH每變化1，氫氧化鈉溶液質量分數則改變10倍，因此，是可以使用酚酞試液指示兩者間發生反應的。

設計實驗2：將稀鹽酸逐滴勻速加入一定量的稀氫氧化鈉溶液中，用數字化儀器對反應過程中溶液的溫度、pH進行實時測定，得到的曲線圖1、2。

該設計將溶液酸堿性、溫度的變化具化在學生面前，引導學生思考：在向氫氧化鈉溶液中滴加稀鹽酸時，溶液的pH是怎樣變化的？說出圖2曲線上坐標為（18，7）的點所表示的意義？深入理解“恰好完全反應（pH=7）”只是一個完美的瞬間（這與恰好完全反應時的顏色突變相吻合），所以表現在曲線的變化上，不論是從酸性變為堿性，還是從堿性變為酸性，越過中性（pH=7）實質上是一條接近豎直的線段。

三、二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應

人教版教科書【探究】從回憶檢驗二氧化碳的反應并寫出化學方程式引入，再給出二氧化碳與氫氧化鈉的反應方程式，討論兩者的共同之處并歸納氫氧化鈉、氫氧化鈣等堿有哪些相似的化學性質。滬教版教科書直接給出兩個化學方程式，指出固體氫氧化鈉在空氣中不但易吸收水蒸汽而潮解，還能吸收二氧化碳而變質，內容設計比較簡單，學生無法形成深刻的印象。魯教版教科書向2個盛有二氧化碳氣體的礦泉水瓶里分別加入少量氫氧化鈉溶液和氫氧化鈣溶液，立即蓋緊瓶蓋，振蕩，觀察現象。這一實驗也是非常重要的，是中考必考內容之一，因此，有必要進行深入的探究。

小組設計方案：（1）取反應后的溶液少許于試管中，滴加酚酞試液，若變紅則說明發生反應；（2）取反應后的溶液少許于試管中，滴加CaCl2溶液，若有白色沉淀生成，則說明發生了反應；（3）取反應后的溶液少許于試管中，滴加Ca（OH）2溶液，若有白色沉淀生成，則說明發生了反應；（4）取反應后的溶液少許于試管中，滴加足量的稀鹽酸，若產生能澄清石灰水變渾濁的氣體，則說明發生了反應。endprint

很多教師利用壓強差的原理設計對比實驗證明兩者間發生了化學反應，筆者也曾從反應物減少和檢驗生成物的角度設計實驗，直觀性很強[5]。該設計將從反應物減少、生成物產生和能量變化三方面設計實驗，以拓展學生對“沒有無現象的反應”的認識視角。

實驗活動1：利用pH計，設計圖3實驗，實驗開始時pH>7；隨著二氧化碳的通入，pH逐漸變小。

實驗活動2：利用壓強和二氧化碳傳感器設計了圖4、圖5實驗裝置并進行對比實驗。

得出壓強與時間的曲線圖6，曲線①為與水反應，曲線②為與氫氧化鈉的反應。

實驗活動3：化學反應都伴隨著能量的變化，從能量變化視角設計圖7、圖8實驗裝置并進行實驗。

得到了溫度隨時間的變化曲線圖9。曲線③為與氫氧化鈉反應，曲線④為與水反應，也證明兩者的反應是放熱反應。

以上實驗活動分別從溶液pH、氣壓、溫度的變化設計探究實驗，很好地揭示了反應的實質，拓展了學生對化學實驗三個走向的認識：從傳統走向現代、從靜態走向動態、從定性走向定量。

該設計從定性與定量、物質與能量等多角度、重點突出地表征酸和堿的共性與特定化學變化規律，取得很好的課堂教學效果。因此，教師應轉變觀念，圍繞化學基本觀念的構建，精選典型事實，引導學生通過深層次的思維活動，促進學生對知識的深入理解和系統建構。從而，使學生實驗活動的設計成為既注重結果，又關注過程；既注重知識的獲得，又關注科學過程與方法的掌握和科學態度、情感與價值觀形成的過程。讓學生在活動與探究中掌握各類物質之間反應的規律、物質分類等規律性知識，把握知識應用規律，形成學科技能。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2] 王晶，鄭長龍.全日制義務教育化學九年級（下）[M].北京：人民教育出版社，2012.

[3] 王祖浩，王磊.全日制義務教育化學九年級（下）[M].上海：上海教育出版社，2012.

[4] 畢華林，盧巍.全日制義務教育化學九年級（下）[M].濟南：山東教育出版社，2013.

[5] 胡巢生.構建游戲課堂在酸堿鹽復習課中的實踐[J].化學教與學，2013（4）.

【責任編輯 郭振玲】endprint