“碳的化學性質”教學中兩個實驗的應用

徐春蕓

摘要：在初中化學教材中“碳的化學性質”這一節的教學中，就兩個實驗做了補充和改進，使學生產生強烈的學習動機，從而達到較好的教學效果。

關鍵詞：化學性質;實驗改進;化學教學

文章編號：1008-0546（2019）03-0086-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.028

“碳的化學性質”是人教版義務教育教科書化學九年級上冊第六單元課題1“金剛石、石墨和c60”第二課時的內容。本單元是繼第二、四單元學習空氣、氧氣和水以后，學習的又一個元素化合物知識的單元。學習碳及其氧化物的性質以及它們之間的衍變關系，為以后學習燃料及其利用、金屬和金屬材料、酸和堿等單元的內容打下一定基礎，具有承上啟下的地位。本節課是本單元的開始，為后面進一步學習碳的氧化物起著鋪墊的作用。除了碳的化學性質等陳述性知識，背后還承載著認識物質的科學思想和方法的工具性功能和價值。

通過前面的學習，學生掌握了氧氣的性質，并對氫氣有所認識，已經獲得了不少有關碳的知識，知道了碳具有可燃性。但從得失氧的角度認識物質的氧化性和還原性、從定量的角度認識化學反應的觀念有待建立。認識碳的化學性質是本節的教學重點，而其中認識碳的還原性和還原反應概念的構建則是本節的難點。為了達成教學目標，突破重難點，我著重設計了兩個實驗活動。

一、實驗一認識碳的可燃性

1.實驗目的

引導學生認識碳的可燃性的同時，將對比思想、守恒思想以及實驗方法等滲透在其中，幫助學生初步構建元素觀，認識定量研究對化學科學發展的重大作用，提高學生的科學素養。

2.實驗用品

一氧化碳檢測儀、分別裝有不同氣體（氧氣、二氧化碳、一氧化碳、木炭在氧氣中燃燒后的氣體）樣本的集氣瓶。

3.實驗教學過程

首先回顧舊知識，由木炭在氧氣中的燃燒，引出碳單質的可燃性。

接著提出問題：根據反應物的元素組成，請你推測，木炭在氧氣中燃燒，還可能生成什么氣體？

因為學生已經學習了第五單元質量守恒定律的相關內容，所以很容易猜想到一氧化碳，進而想到可以通過實驗證明一氧化碳的生成。根據質量守恒定律，進行有依據的猜測，可以幫助學生強化元素守恒的思想，初步構建元素觀。

在講解碳的不充分燃燒時，教材沒有安排實驗，學生缺少直觀的認識，所以我在這里補充了一個實驗。利用一氧化碳檢測儀，分別對氧氣、二氧化碳、一氧化碳及木炭在氧氣中燃燒后的氣體進行檢測，發現當將探頭伸入盛有氧氣和二氧化碳的集氣瓶時，檢測儀不報警;而伸入盛有一氧化碳和木炭在氧氣中燃燒后的集氣瓶時，檢測儀報警。這組實驗操作簡單，現象明顯。通過對比實驗，讓學生知道碳不完全燃燒會產生一氧化碳。再通過化學方程式的書寫，從定量的角度，認識反應的本質，得出反應物的量不同，產物可能不同的結論。

接下來，進一步拓展提升：讓學生分析木炭在氧氣中燃燒后的集氣瓶中可能的氣體組成。容易出現的錯誤猜想是一氧化碳與氧氣共存的情況，在此處要注意引導學生分析，得出正確結論。

最后，師生共同總結出利用數軸法，理論上判斷碳與氧氣反應后產物的方法：當碳與氧氣的質量比為3：4時，恰好反應，氣體為CO;當碳與氧氣的質量比為3：8時，恰好反應，氣體為cO2;當碳與氧氣的質量比大于3/8小于3/4時，恰好反應，氣體為CO2和CO;當碳與氧氣的質量比大于3/4時，碳過量，氣體只有CO;當碳與氧氣的質量比小于3/8時，氧氣過量，氣體為cO2和O2。

二、實驗二認識碳的還原性

1.實驗目的

認識碳的還原性的關鍵就是實驗的成功。在對實驗進行改進后，實驗現象明顯。結合化學方程式，再借助直觀的動畫，并通過與前面所學的氧化反應進行對比，讓學生真切感受到還原反應“奪氧”的過程，難點自然迎刃而解。

2.實驗用品

試管、濾紙、氧化銅、酒精燈、鐵架臺、坩堝鉗、澄清石灰水、一氧化碳檢測儀、稀硫酸、蒸發皿。

3.實驗教學過程

在教材中是通過碳與氧化銅的反應來說明碳的還原性。碳的還原性和還原反應是這節課的教學難點，只有基于實驗事實，從得失氧的角度加以分析，才能突破教學難點。因此，實驗的成功，是達成教學目標，突破教學重難點的保證。然而若按傳統方法進行該實驗，不僅耗時長，而且成功率低，往往看不到紅色的銅生成。原因可能是碳和氧化銅的晶體結構相當穩定，引發反應的溫度較高;此反應為固相間的反應，反應在表面進行等。為了能夠在短時間內顯現出明顯的效果，在研究相關文獻、并多次實驗的基礎上，我對課本原有實驗進行了一些改進。主要的改進點是碳的來源--這里選擇濾紙。濾紙的主要成分是纖維素，在加熱過程中纖維素脫水碳化，生成活性極高的還原性炭。實驗時，將1g氧化銅粉末均勻涂滿整張濾紙，卷起后放入試管進行實驗。實驗時觀察到澄清石灰水變渾濁，收集反應生成的氣體，并用一氧化碳檢測儀檢測，檢測儀不報警;反應停止后，試管中可以觀察到紅色的物質，再經過后續實驗，利用稀硫酸進行產物檢驗，證明紅色物質是銅。由此可知，反應的產物是銅和二氧化碳。

也可以把均勻涂滿氧化銅粉末的濾紙直接點燃，移入蒸發皿。可以觀察到濾紙燃燒時，火焰黃中帶綠，燃燒過的地方亦呈現瞬間紅熱狀。燃燒結束后，蒸發皿內幾乎全為紅色灰燼。在實驗成功的基礎上，指導學生書寫化學方程式，再借助動畫來幫助學生更好地理解還原反應，并通過與前面所學的氧氣氧化性的對比，加深對碳的還原性的認識。

4.實驗圖片，見圖4～圖6。

三、結束語

實驗一是為了講解碳的可燃性。在學生已知碳的可燃性，并知道碳與氧氣反應可以生成二氧化碳的基礎上，為了進一步拓展提升，我借助一氧化碳檢測儀，先從定性的角度對碳與氧氣反應的產物進行再探究。再結合化學方程式，從定量的角度對化學反應的實質進行分析，實現了從定性到定量的飛躍。同時幫助學生初步樹立條件不同，產物可能不同的思想。

實驗二是認識碳的還原性，這是本節課的教學重難點。我從三個方面來突破這個難點。首先對實驗進行了改進，改進后，保證了實驗的成功率，可以在短時間內呈現出明顯的現象;在實驗成功的基礎上，結合化學方程式，借助反應的微觀動畫，同時與前面所學的氧化反應和氧化性進行對比，使學生從直觀形象的角度認識碳的還原性。