基于深度學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及教學(xué)的探究

摘 要：硝酸是氮元素化合物的典型代表，是元素化合物知識體系中重要的組成部分，也是重要的工業(yè)原料，在生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用。在它的教學(xué)內(nèi)容中，強(qiáng)氧化性是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，不同濃度的硝酸氧化性強(qiáng)弱不同，產(chǎn)物也有差異。認(rèn)真展開實(shí)驗(yàn)教學(xué)，獲得第一手感性材料，有利于深刻理解硝酸強(qiáng)氧化性，也有利于進(jìn)一步鞏固氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)原理。

關(guān)鍵詞：《硝酸氧化性》；人格品質(zhì)；反應(yīng)原理

一、 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的制定

（一） 學(xué)情分析

提到硝酸，學(xué)生第一反應(yīng)是它的酸性，強(qiáng)氧化性是陌生的。硝酸和銅、碳的反應(yīng)不符合學(xué)生原有的知識邏輯，為學(xué)生掌握這部分知識增加了困難。這就造成很多學(xué)生當(dāng)時聽懂，過后記憶混亂，方程式書寫有困難，不能運(yùn)用知識解決綜合性問題。

（二） 教學(xué)策略

創(chuàng)建貼近生活實(shí)際的情境，以問題驅(qū)動為線索，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行基于深度學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)探究，自主構(gòu)建知識，在此基礎(chǔ)上幫助學(xué)生掌握元素知識學(xué)習(xí)的一般方法。

（三） 教學(xué)目標(biāo)

【知識和技能】深刻理解硝酸的強(qiáng)氧化性。

【過程和方法】體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，完成知識的建構(gòu)。

【情感態(tài)度和價值觀】尊重自然，倡導(dǎo)綠色化學(xué)。培養(yǎng)實(shí)事求是的人格品質(zhì)。

二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法設(shè)計

蘇教版教材中關(guān)于硝酸的強(qiáng)氧化性是通過銅和濃（稀）硝酸的反應(yīng)完成的，兩個實(shí)驗(yàn)在一套裝置內(nèi)先后完成，節(jié)約藥品，節(jié)省時間。本意是通過實(shí)驗(yàn)1生成的NO2排盡裝置內(nèi)的空氣，為實(shí)驗(yàn)2創(chuàng)造無氧的環(huán)境，加入的5mL水既可以稀釋濃硝酸，又可以吸收NO2，實(shí)際上紅棕色卻很難消失，不足以證明銅和稀硝酸反應(yīng)生成了NO。并且實(shí)驗(yàn)一次性加入銅片，不利于控制反應(yīng)的進(jìn)程。裝置復(fù)雜，不便做學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

我的實(shí)驗(yàn)方案：

1. 對原裝置的改進(jìn)。氣體發(fā)生裝置：將試管改成帶橡膠塞的玻璃瓶，減少藥品的用量，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的微型化；將銅絲繞成螺旋狀，另一端插在膠塞上后，蓋好瓶塞，銅絲可上下抽動，控制反應(yīng)進(jìn)程。使用前先用針筒作抽氣處理2到3次，基本能將瓶內(nèi)空氣抽空，再用針筒吸取1～2mL濃（稀）硝酸注入瓶內(nèi)。抽動銅絲，使之與溶液接觸，反應(yīng)一段時間，瓶內(nèi)有明顯的現(xiàn)象時，抽出銅絲，反應(yīng)停止。

氣體性質(zhì)實(shí)驗(yàn)：將充有NO2氣體的針筒插入蒸餾水中，觀察現(xiàn)象；用針筒抽空氣，注入銅和稀硝酸反應(yīng)后的玻璃瓶內(nèi)。

尾氣和廢液的處理：用針筒吸取NaOH溶液，注入反應(yīng)后的玻璃瓶內(nèi)，邊加邊振蕩。

2. 補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)。補(bǔ)充了硝酸和I-以及Fe2+的反應(yīng)，更加全面地認(rèn)識硝酸的強(qiáng)氧化性。

三、 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

（一） 引入課題

播放“硝酸泄露現(xiàn)場及處理”的視頻

教師提問：新聞中有哪些與我們的認(rèn)知是不符合？甚至矛盾的呢？

學(xué)生注意到“載有35噸濃硝酸的鋁罐車”，引發(fā)疑問：活潑金屬與酸不應(yīng)該反應(yīng)產(chǎn)生氫氣嗎？

教師提示：前面學(xué)到有一種酸也能放在鋁罐車中運(yùn)輸，學(xué)生恍然大悟：濃硫酸，鈍化。

教師追問：說明濃硝酸還具有什么特性？學(xué)生猜測：強(qiáng)氧化性。

繼續(xù)追問：它能跟哪些物質(zhì)反應(yīng)？學(xué)生通過與濃硫酸類比，推測銅、碳。

（二） 實(shí)驗(yàn)探究

活動與探究

（交流與討論）PPT投影：

①濃稀硝酸哪個氧化性更強(qiáng)？為什么？②根據(jù)銅和濃稀硝酸反應(yīng)生成氣體顏色和性質(zhì)，分別判斷它們是什么氣體？③為什么銅和濃稀硝酸反應(yīng)生成溶液顏色不同，前者是綠色，后者是藍(lán)色？

（學(xué)生匯總）

①從反應(yīng)劇烈程度知道，濃硝酸氧化性更強(qiáng)；②與濃硝酸反應(yīng)生成紅棕色氣體，且易溶于水，是NO2；與稀硝酸反應(yīng)生成無色，遇空氣變成紅棕色的氣體，是NO；③成分都是Cu（NO3）2，前者溶有大量NO2，變成綠色。

問題③的解決有困難，所以教師補(bǔ)充了“繼續(xù)加水，變藍(lán)色”的實(shí)驗(yàn)加以說明。

在明確反應(yīng)產(chǎn)物的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生正確書寫方程式。

（宏微結(jié)合，加深認(rèn)知）

請學(xué)生用雙線橋分析電子得失情況，并結(jié)合N的原子結(jié)構(gòu)分析為什么HNO3具有強(qiáng)氧化性。

學(xué)生發(fā)現(xiàn)：HNO3中的N是+5價，處于最高價態(tài)，所以具有強(qiáng)氧化性；不同濃度硝酸氧化性強(qiáng)弱不同，對應(yīng)產(chǎn)物也有所不同，一般濃硝酸對應(yīng)NO2，稀硝酸對應(yīng)NO。

有學(xué)生提出疑問：如果反應(yīng)過程中，濃硝酸變成稀硝酸呢？

馬上就有學(xué)生反應(yīng)過來：那就既有NO2又有NO。

（比較延伸，探求規(guī)律）

教師追問：濃硫酸的強(qiáng)氧化性是什么元素體現(xiàn)出來的？

稀鹽酸，稀硫酸有無氧化性呢？

第一個問題，學(xué)生能夠想到：濃硫酸中+6價的S具有強(qiáng)氧化性，能將Pt之前的金屬氧化，產(chǎn)物是SO2；

第2個問題往往會否定，教師可以引導(dǎo)：所謂氧化性，就是在反應(yīng)中元素化合價降低。學(xué)生意識到，其實(shí)稀鹽酸和稀硫酸也是有氧化性的，表現(xiàn)為H+轉(zhuǎn)化為H2，為弱氧化性，只能氧化金屬活動性順序表中排在H前面的金屬（活潑金屬）。

（知識拓展）

講述“玻爾巧藏金質(zhì)獎?wù)隆钡墓适拢⒔榻B“王水”是濃硝酸和濃鹽酸按體積比1∶3形成的混合物，可以溶解Pt和Au。

注意規(guī)律的一般性，也要注意特殊性。

常溫下，F(xiàn)e和Al在濃硝酸，濃硫酸中鈍化。

（三） 學(xué)以致用

工業(yè)上生產(chǎn)Cu（NO3）2，哪種方案最好？

再次提醒同學(xué)注意環(huán)保，化學(xué)不僅要創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值，更要考慮長治久安。

（四） 反思收獲

如果讓你用幾個詞語給硝酸做評價，你會說些什么？

四、 教學(xué)反思

本節(jié)課采用實(shí)驗(yàn)探究的方法教學(xué)，盡量發(fā)揮學(xué)生的主動性，尊重事實(shí)的基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)象推測產(chǎn)物，歸納總結(jié)出反應(yīng)方程式。有理有據(jù)。并結(jié)合已學(xué)過的硫酸鹽酸的性質(zhì)做比對，用氧化還原反應(yīng)的原理透過現(xiàn)象分析本質(zhì)。由點(diǎn)到線再到面，使得硝酸的氧化性不再只是書本上呆板的幾行字，而變得豐滿起來。學(xué)生課后反映說，這樣的學(xué)習(xí)方式更輕松，方程式也不再需要刻意去背，自然而然從腦海中浮現(xiàn)出來。顯然也在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力和邏輯推理能力，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的意義

1. 真正實(shí)現(xiàn)在隔絕空氣的條件下，銅分別與濃稀硝酸的反應(yīng)，讓學(xué)生真實(shí)清晰地觀察到NO和NO2的顏色；2. 盡量采用封閉措施，避免了硝酸，氮氧化物的逸出，并采用氫氧化鈉溶液尾氣處理，消除環(huán)境污染，向?qū)W生滲透綠色化學(xué)的意識；3. 采用小玻璃瓶，耐強(qiáng)酸腐蝕，透明度高，便于觀察現(xiàn)象，也節(jié)約藥品；4. 實(shí)驗(yàn)簡單易操作，耗時短，現(xiàn)象明顯，可考慮學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的推廣。

作者簡介：

蔡春梅，江蘇省常州市，常州市三河口高級中學(xué)。