高中新课程培训-化学实验研究与创新 (2)学习培训模板课件.ppt

1、 高中新课程培训高中新课程培训高一化学培训：化学实验研究与创新 为什么研究？（为什么研究？（WhyWhy）研究什么？（研究什么？（WhatWhat）如何研究？（如何研究？（HowHow）思思 考考 课程改革的要求；化学学科的特点；新教材、新思路、新内容；“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”基础教育课程改革纲要（试行）为什么研究？为什么研究？新教材中增加或改进的内容；实施新教材中碰到的问题；研究什么？研究什么？如何研究？如何研究？多角度地进行；增

2、加或改进的实验是研究的对象；实验也是研究的手段；一、新教材更加重视化学实验一、新教材更加重视化学实验 二、树立新的实验教学理念二、树立新的实验教学理念 三、化学实验研究的基本思路三、化学实验研究的基本思路 四、对部分实验的分析与研究四、对部分实验的分析与研究内容内容1、注意使实验贯穿于教学的各个环节；2、吸收好的经验，注意改进实验方法；3、在学生实验内容方面，增加了学生动手 实验、实践和联系生活实际的机会；4、在学生的课外活动方面，编排了学生的 家庭小实验；5、教材注意实验中的环境保护问题；6、在实验的表述方式方面，以图示的方法 简明直观地表述实验过程或实验步骤；一、新教材更加重视化学实验一、

3、新教材更加重视化学实验1 化学实验教学的价值取向 提高提高21世纪公民的科学素养；世纪公民的科学素养；实验内容的选择注重联系实际；实验基本操作训练突出培养科学方法、科学作风和科学习惯；二、树立新的实验教学理念二、树立新的实验教学理念 知识与技能知识与技能 获取知识，形成观念，学习实验操作；过程与方法过程与方法 学习科学方法，提高科学探究能力；情感态度与价值观情感态度与价值观 激发学习兴趣，培养科学态度；2、拓展实验的教学功能（1）强调多动手实验例如：“金属钠很软，可以用刀切割。”但金属钠到底有多软，不亲但金属钠到底有多软，不亲手用小刀切割是无法体会到的。手用小刀切割是无法体会到的。3 重视实验

4、的探究过程（2）注重实验过程 例1：卤离子的检验 NaCl、NaBr、KI 溶液与AgNO3溶液反应一定会生成卤化银沉淀吗？怎样描述发生的现象？例2：二氧化硫的漂白性 “向品红溶液中通入SO2气体后，品红溶液的颜色逐渐褪去。当给试管加热时，溶液又变成红色。”“逐渐褪去”,褪去到什么程度？“加热”到什么程度呢？品红溶液的质量分数0.01%-0.001%。例3：溴置换碘 旧教材：把少量溴水注入盛着碘化钾溶液的试管里，用力振荡，观察溶液颜色的变化。存在的问题：因溴水呈橙色，反应后溶液也近于橙色，反应前后溶液颜色深浅变化不大。现象不够明显，证据不够充分。例4：实验4-9 “将少量新制的饱和氯水注入盛有

5、KI溶液的试管中，用力振荡后，再注入少量四氯化碳，振荡。观察四氯化碳层和水层颜色的变化。”“少量”是多少？如果氯水过量，生成的I2被进一步氧化生成HIO3，四氯化碳层呈无色而使实验失败。I2+5Cl2+6H2O 12H+10Cl-+2IO3-如何再提出问题：如何再提出问题：实验过程中发现的问题；实验过程中发现的问题；分析实验结论的不确定性；分析实验结论的不确定性；对实验结论进行检验和改进对实验结论进行检验和改进。（3）强调实验的探究性实验研究的基本内容有两个方面：关于化学实验教与学方法的研究；对化学实验的研究与改进。三、化学实验研究的基本思路三、化学实验研究的基本思路 例1：实验4-10 溴置

6、换碘 “将少量溴水注入盛有KI溶液的试管中，用力振荡后，再注入少量四氯化碳。观察四氯化碳层和水层颜色的变化。”问题：碘在不同溶剂中为什么会呈现不同的颜色？（一）（一）实验现象和本质的研究实验现象和本质的研究例1：探讨碘在不同溶剂中的颜色探讨碘在不同溶剂中的颜色研究思路：研究思路：（1）将碘分别溶于不同溶剂，颜色？（2）同一溶剂不同浓度，碘溶液的颜色？（3）有两种溶剂存在时，碘溶液颜色如 何变化？（4）测不同溶剂的碘溶液的紫外光谱。实验结果：碘在不同溶剂中形成的溶液颜色正己烷、CCl4 紫色CH2Cl2、苯 紫红色乙醇、乙醚 棕色或棕红色乙酸乙酯、醋酸 棕色或棕红色 丙酮 褐色 加乙醚加乙醇I2

7、苯I2正己烷I2CCl4I2CH2Cl2加H2O加CCl4I2乙酸乙酯I2乙醚I2丙酮I2乙醇两种溶剂存在时碘溶液颜色 紫外光谱测定结果 电荷迁移作用（Sov I2）当碘溶解在溶剂（Sov）中，溶剂可以看作是可以提供电子对的Lewis碱，即电子对的给予体，如苯，可给予电子，醇类、醚类和胺类，是电子对给予体；而I2具有空的反键5p轨道，可以作为电子接受体。这样I2与溶剂之间发生电荷迁移作用，可表示为：Sov I2 碘在有机溶剂中所形成的溶液的颜色，随溶剂的不同有明显的差异，这主要与溶剂的性质及溶剂化作用有关。Sov I2电荷迁移作用分析 对于饱和碳氢化合物或它们的氯代衍生物，由于给电子对的能力较

8、弱，致使Sov I2 相互作用较弱，对碘的影响很小，因此碘分子保留了其蒸气的颜色，呈紫色。强溶剂分子与碘连接形成Sov I2 给予接受配合物，I2的空的反键5p轨道作为电子接受体消弱了II键，结果轨道分裂能量增加，5p5p跃迁能量升高，因此这些溶液在可见光区的吸收峰向短波移动。例2：二氧化硫的漂白性问题：品红？为什么SO2能使品红溶液褪色？加热后为什么又能恢复原色？品红 品红的结构里有一个生色团，该生色团遇到亚硫酸后，生成不稳定的无色化合物，改变了生色团的结构。这种无色化合物不稳定，遇热时，又分解为生色团。所以SO2能使品红褪色，加热时又能恢复成原色。品红与二氧化硫的反应：试剂的品种 试剂的纯

9、度、浓度与用量 固体试剂的颗粒度 其它条件（温度、压力、催化剂等）实验操作程序（二）（二）实验条件的研究实验条件的研究例1：实验室制取二氧化碳：用稀盐酸与大理石反应；不用稀硫酸；问题：因盐酸的挥发性，制得的CO2不够纯净。要制得较为纯净的CO2，怎么办？用稀硫酸与碳酸钙粉末反应，反应速度？1 试剂的品种例2：Cl2的制取MnO2+4HCl MnCl2+2H2O+Cl2 用KClO3和浓HCl制Cl2 当盐酸浓度过低或KClO3过量时，产生黄红色气体ClO2，沸点283K，极易爆炸，应注意安全。用固体食盐、高锰酸钾与浓硫酸共热Cl2 会产生氧化性很强的Mn2O7，发生爆炸。有些试剂暴露在空气中容

10、易变质，使用变质的试剂会影响实验结果，导致实验失败。如：过氧化钠2 试剂的纯度 例：锌与稀硫酸的反应 用稀硫酸与化学纯的锌粒反应，结果氢气难以从锌粒表面逸出，反应缓慢。选用纯度低的粗锌粒，或在稀硫酸中加入几滴硫酸铜溶液，反应速率加快。问题：在相同浓度的稀硫酸溶液中，含杂质的锌一定比纯锌反应快吗？实验内容：取两支试管，分别加入5mL浓度为4mol/L的稀硫酸，向一支试管中投入纯锌粒，同时向另一支试管中加入表面形成ZnHg齐的锌粒。对比两试管中放出氢气的快慢。实验结果：在相同浓度的稀硫酸溶液中，含汞的锌比纯锌反应慢。例：钠与氧气的反应 钠在高温下与足量氧气反应生成淡黄色的Na2O2，而在低温、氧气

11、量不足时生成白色的Na2O：2Na +O2（足量）Na2O2 4Na +O2（不足量）2Na2O3 试剂的浓度与用量“钠可以用来制取过氧化钠等化合物”工业上制备过氧化钠的方法是将钠加热至熔化，通入一定量的除去二氧化碳的干燥空气，维持温度在453473K之间，钠即被氧化为Na2O，进而增加空气流量并迅速提高温度在573673K，即可制得Na2O2。例1：“在通常情况下，干燥的Cl2不能与铁发生反应，因此，可以用钢瓶储运液氯。”问题：若有水蒸气存在时，Cl2可与许多金属剧烈反应。如：H2O 2Fe +3Cl2 2Fe Cl34、催化剂问题：其他金属能否发生类似反应？含结晶水的化合物能否催化上述反应

12、？例2：趣味实验“滴水生烟”H2O Zn +I2 ZnI2 水是碘和金属反应的催化剂水是碘和金属反应的催化剂 不仅游离水有催化作用，即使存在于结晶水化物中的结合水，甚至那些容易分解生成水的物质，也有催化作用。化学上常通过这些结晶水盐催化碘跟金属反应的难易，来粗略判断这些结晶水在结晶水盐中的相对稳定性。虽然就热力学观点看，反应向左进行似乎有利，但Na在底部蒸发并对熔融的KCl逆向上升，钾蒸气的逸出使反应向右进行。例1：热还原法制备金属钾 在850C用金属钠还原熔融的KCl。Na和KCl按下式反应：Na +KCl NaCl +K5 温度 例2：“钠是一种很强的还原剂，可以把钛、锆、铌、钽等金属从它

13、们的卤化物里还原出来。”MClx +x Na x NaCl +M （M：Ti、Zr等）金属钠的很有发展前途的用途之一：金属钠同难熔金属卤化物反应来制备难熔金属单质。用分散的金属钠还原一些金属卤化物时，在室温下反应并未进行，但当将体系加热到一定温度时，反应就激烈进行，甚至爆炸。问题：碘在封闭的玻璃管中，直接加热，由于管内气压增大，碘容易液化，而后气化。例：实验4-8 碘的升华旧教材：“碘在常压下加热，”新教材：“碘被加热时，不经熔化就直接变成紫色蒸气，”6 压力114.15C 11.9kPa问题分析：碘的升华是有条件的改进方法：在碘锤的一端滴加少量水，另一端在酒精灯火焰上加热，因水的冷却作用，碘

14、升华后可冷凝在碘锤上方内壁上，下次实验时再在碘锤的另一端倒入水，在有碘晶体凝结的一头加热即可。碘锤：两头向内凹陷，其内密封有碘晶体 例：氯水与碘化钾淀粉溶液反应比较下述实验现象：（1）向淀粉碘化钾溶液中滴加氯水；（溶液变蓝色）（2）向氯水中滴加淀粉碘化钾溶液。（溶液不变色）操作顺序的变化如试剂的加入顺序不同，对一些化学反应和实验现象影响很大。7 实验操作顺序 影响化学反应速率的因素很多，如试剂的纯度、浓度、颗粒度、用量、温度、催化剂等。如：CaCO3和HCl反应制取CO2的实验，由于HCl的浓度不同，或者CaCO3（大理石）的颗粒大小不同，反应速率也不相同。（三）（三）化学反应速率的研究化学反

15、应速率的研究注意：固体试剂的颗粒度 其它条件一定时，反应物之间的接触面积直接影响化学反应速率。设计如下实验：平地烧瓶球部放足量同浓度同体积的盐酸，颈部分别放质量相同的镁粉和镁屑，并分别套上不同颜色的气球，使两者同时反应。实验现象如何？例：实验1-4 吸热反应 “在一个小烧杯里，加入约20 g已研磨成粉末的氢氧化钡晶体Ba(OH)28H2O，将小烧杯放在事先滴有34滴水的玻璃片上，然后加入约10 g NH4Cl晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌，使Ba(OH)2与NH4Cl充分反应。观察玻璃片上的水是否由于结冰而将玻璃片与小烧杯粘在一起。”这是固相反应。研成粉末；迅速搅拌，以增大反应物之间的接触面积，

16、加速反应进行，充分反应。搅拌时，应使烧杯与玻璃片保持相对稳定。Ba(OH)28H2O与NH4Cl 晶体反应异常现象可预料到的原因（试剂、条件、操作）未预料到的原因（查找资料或进一步实验）正确对待化学实验中的异常现象（四）（四）实验异常现象的研究实验异常现象的研究例1：实验6-5 浓硫酸与铜的反应 问题：反应中常有黑色物质产生；如何减少黑色物质的产生？浓硫酸与铜的反应 Cu +H2SO4(浓)=CuO +SO2+H2O 5Cu +H2SO4(浓)=3CuO +Cu2S +H2O 5Cu +4 H2SO4(浓)=Cu2S +3CuSO4 +4 H2O Cu2S +2H2SO4(浓)=CuS +Cu

17、SO4+SO2+2H2O 4Cu +4H2SO4(浓)=CuS +3 CuSO4+4H2O 浓硫酸与铜的反应 问题分析：影响浓硫酸氧化性的因素 硫酸的浓度、温度 在实验开始时可先对浓硫酸进行预热。当温度达到180C以上时在插入一根铜丝，可减少黑色物质的产生。改进的实验装置一：改进的实验装置二：例3：过氧化钠与水反应2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2问题：滴加几滴酚酞试液来检验有NaOH生成，结果溶液不出现红色；或出现红色，稍微振动红色就立即消失。问题分析：第一种观点 认为NaOH浓度大，酚酞在浓碱液中不显红色。反应后将溶液稀释，滴加酚酞试液，溶液中很快有红色出现，并且红色不褪去。浓H2S

18、O4酸性液碱性液NaOH(2mol/L）橙色无色红色无色酚酞在不同溶液中呈现的颜色酚酞呈色机理 在中性及酸性介质里，酚酞分子内的三个苯环不共平面，为非共轭体系，故不显色；在碱性介质中，酚酞分子内发生重排，成为一种平面结构的共轭体系，使吸收波长发生在555nm 处，呈红色。酚酞在不同溶液中呈现的颜色 问题分析：第二种观点认为：Na2O2+2H2O 2NaOH+H2O2 2H2O2 2H2O +O2 反应后向试管中加入少量浓的CuSO4溶液，发现有大量气体产生。过氧化氢的稳定性 H2O2在较低温度和高纯度时比较稳定，若受热到153以上便猛烈分解。在碱性介质中的分解速度远比在酸性介质中快。杂质的存在

19、，如重金属离子Fe2+、Cu2+、Mn2+、Cr3+及MnO2等都大大加速H2O2的分解。在实验室里，常用过氧化氢制取氧气。问题分析 氯气会泄漏；在实验过程中，随着气体的产生，烧瓶内的压强增大，可能出现分液漏斗中的浓盐酸不易滴下的情况。例1：实验4-5 制取氯气（五）（五）实验装置的改进实验装置的改进解决问题制氯装置的改进一：制氯装置的改进二：如果在分液漏斗下端加套一小试管，作为液封，则可避免问题的发生。制氯装置的改进三：例2：实验28 Na2CO3、NaHCO3热稳定性比较改进的装置：例：“过氧化钠与二氧化碳反应，生成碳酸钠和氧气”。可 根 据 趣 味 实 验“吹 气 生火”；补充一个演示实

20、验。（六）（六）补充实验补充实验过氧化钠与二氧化碳反应比较下述装置：例1：实验1-3 放热反应 “在一支试管里加入几小块铝片，再加入5mL盐酸，当反应进行到有大量泡产生时，用手触摸试管外壁，并用温度计测量溶液的温度变化。”四、对部分实验的分析与研究四、对部分实验的分析与研究问题：（1）铝片的纯度？盐酸的浓度？（2）用温度计测量，不易观察。（3）纯铝屑与盐酸反应，开始比较慢，过10分钟左右反应加快。（4）放热反应。反应后温度可达80左右，试管烫手！铝与盐酸反应最佳条件的研究实验内容 铝片的纯度 粗铝片、纯铝片分别与同一浓度的盐酸反应，观察、比较实验现象。盐酸的浓度 不同浓度的盐酸（1、2、4、6

21、、8mol/L）与同一种铝片的反应，观察、比较实验现象，选择最佳盐酸浓度。实验结果：用粗铝片 浓度小于4mol/L时，反应速度较慢；但浓度过大，则反应剧烈，HCl挥发严重。一般用6mol/L的盐酸较为适宜。改进建议：试管外壁涂蜡 碘管例2：实验2-2 钠在空气中燃烧分析：（1）Na在空气中燃烧生成Na2O2，实验现象生成的淡黄色火焰不明显。（2）无法收集产物并进一步研究是否是Na2O2。钠在空气中燃烧改进方法：用集气瓶先收集O2，再将放在石棉网上的Na加热至沸腾状，立即将盛满O2的集气瓶倒扣在Na的上方，就会观察到Na剧烈燃烧，发出黄光并有大量淡黄色烟生成。反应后将集气瓶倒转，发现集气瓶内内壁

22、有淡黄色固体。（可继续实验，验证产物是Na2O2）。例3：实验2-4 检验钠与水反应所生成的气体 “在一个空塑料瓶里加入约3/4体积的水，用手挤压瓶子，使水面上升至近瓶口，排走瓶中的大部分空气。在胶塞上固定一根大头针，用针扎起一块黄豆粒大小的金属钠，迅速用胶塞塞住挤瘪的瓶口，倒置（见下图）。待反应完全后，反应产生的气体使挤瘪的瓶子复原，取下塞子，迅速用拇指堵住瓶口，并将瓶口移近火焰，检验钠与水反应所生成的气体。”问题：“黄豆粒大小的金属钠”体积不具体；产生的氢气量不易控制。检验钠与水反应所生成的气体检验钠与水反应所生成的气体改进装置：例4：实验2-6 过氧化钠与水的反应 “用棉花包住0.2 g

23、Na2O2粉末，放在石棉网上。在棉花上滴加几滴水。观察发生的现象。”过氧化钠与水的反应 这是一个放热反应。反应剧烈，过氧化钠的用量不易过多，水滴加34滴即可。过氧化钠在空气中，能与水蒸气和二氧化碳发生反应，所以，过氧化钠应密封保存，防止变质。过氧化钠是强氧化剂，它和有机物或其他可燃性物质长期接触，或接触后受摩擦、撞击、或遇水都有可能自动着火或发生爆炸。例5：实验27 Na2CO3、NaHCO3与稀盐酸的反应 “在两支试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有0.3g Na2CO3 或NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管口。将气球内的Na2CO3 和NaHCO3 同时倒入试管中，比较它们放出的

24、快慢。”Na2CO3、NaHCO3与稀盐酸反应问题：Na2CO3、NaHCO3的物质的量不等，后者大。可比性？两个反应放出二氧化碳都比较快，不易比较。对比度较差。粉末容易粘附在气球内壁与试管内壁。注意：使碳酸纳、碳酸氢钠与盐酸反应同时进行 盐酸的浓度：1mol/L 例6：实验2-11 焰色反应问题：由于铂丝很细，焰色反应范围小，不便观察。观察钾的焰色反应为什么需透过蓝色的钴玻璃?焰色反应研究动向：选用不同的材料代替铂丝 石棉绳、滤纸、脱脂棉 灯焰的改进，制取浅蓝色的背景火焰 试样状态 固体粉末法、溶液喷雾法 观察钾的焰色反应为什么需透过蓝色的钴玻璃?因为在钾的化合物中往往混有一些钠的化合物（不

25、易分离），在进行焰色反应时，由于钠元素的存在（焰色反应呈黄色）干扰了钾的焰色反应（紫色）的观察，必须把黄色的光滤去，由光的互补色原理可知，黄色与蓝色互为互补色，用蓝色的钴玻璃可将黄色的光滤去，即可清楚地观察到钾的焰色-紫色。例7：实验4-6 Cl 的检验 “向分别盛有稀盐酸、NaCl溶液、Na2CO3溶液的三支试管里，各加入几滴AgNO3溶液。观察发生的现象。再滴入几滴稀硝酸，有什么变化？”注意：（1）浓度？（2）Cl 的检验：教学顺序是先加AgNO3，但实际操作顺序是先加酸以除去杂质。实验研究实验研究原理原理条件条件反应速率反应速率产物与现象产物与现象装置装置扩充实验扩充实验整合知识整合知识科学方法科学方法