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改進(jìn)乙炔制備實驗 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

2018-12-14 10:38田達(dá)奎
中國教育技術(shù)裝備 2018年11期
關(guān)鍵詞:創(chuàng)造思維創(chuàng)新教育儀器

田達(dá)奎

摘 要 實驗室制乙炔實驗改進(jìn)可從濃度、溫度、接觸面積等方面來思考,通過改進(jìn)方案的創(chuàng)新和思路分析,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞 實驗;實驗室制乙炔;儀器;創(chuàng)新教育;創(chuàng)造思維

中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1671-489X(2018)11-0125-02

1 前言

實施創(chuàng)新教育的重心是教會學(xué)生怎樣去創(chuàng)造和怎樣深化創(chuàng)造,最大限度地訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)造思維,使學(xué)生的思維由依賴型轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯縿?chuàng)造型。實驗室制乙炔實驗改進(jìn)的過程涉及發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計方案、尋找并使用儀器、實驗操作、觀察與收集事實、分析處理事實與數(shù)據(jù)、表達(dá)結(jié)果、推廣使用等,都是創(chuàng)新人才發(fā)明、創(chuàng)造、創(chuàng)新所必備的要素。通過分析實驗室制乙炔實驗改進(jìn)過程中的思維過程和使用的方法,能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和意識,培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和觀察能力,激發(fā)學(xué)生對事物產(chǎn)生強烈的興趣和廣泛的好奇心,促進(jìn)思維發(fā)散。

2 設(shè)置情境

演示電石和水在試管里反應(yīng)制乙炔的實驗,讓學(xué)生感受其反應(yīng)的劇烈程度和大量泡沫的產(chǎn)生,引導(dǎo)學(xué)生討論:用分液漏斗滴加飽和食鹽水來控制反應(yīng)速率和用棉花濾氣除泡沫的實驗室常見方法。

3 提出問題

學(xué)生實驗是在試管發(fā)生器中進(jìn)行的,如果電石和水在試管里平穩(wěn)反應(yīng),既便于操作,又便于做有關(guān)乙炔的性質(zhì)實驗。控制電石和水反應(yīng)的速率還有哪些方法?應(yīng)該如何去思考、創(chuàng)新?有無理論依據(jù)或創(chuàng)作思路?

4 整理思路

控制反應(yīng)速率應(yīng)該從化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素來思考,如濃度、溫度、壓強、催化劑、接觸面積等。

5 改進(jìn)過程

從濃度方面思考

1)從原有的知識思考。引路:飽和食鹽水中NaCl的作用是降低水的濃度,對比實驗演示飽和食鹽水與電石反應(yīng),沒有水與電石的反應(yīng)劇烈。發(fā)散:水中還可加些什么物質(zhì)降低水的濃度?將NaCl換成其他物質(zhì),如Na2SO4、KNO3、

Na2CO3、K2SO4、NaOH、Ba(OH)2、FeCl3等。評價:選擇的物質(zhì)應(yīng)該是價廉易得、飽和溶液濃度大、無污染等。創(chuàng)新:有效降低水的濃度,是用質(zhì)量分?jǐn)?shù)還是用物質(zhì)的量的濃度來衡量?應(yīng)該用物質(zhì)的量的濃度來判斷。查閱資料:20 ℃時,NaCl的溶解度為36.0 g,NaOH溶解度為109.0 g,即100 mL水中分散NaCl不足2 mol,而NaOH可達(dá)到5.45 mol(其他物質(zhì)略)。實驗:NaOH飽和溶液比NaCl飽和溶液與電石的反應(yīng)平穩(wěn)(圖1)。

2)從思維發(fā)散的角度思考。水中還可以加些什么樣的物質(zhì)來降低水的濃度,從而減小反應(yīng)速率?引路:所涉及的物質(zhì)是些什么樣的物質(zhì)?有何共同特征?它們都是固態(tài)物質(zhì)(或有機物)。發(fā)散:水中加什么液態(tài)物質(zhì)來降低水的濃度?硫酸、硝酸、乙醇、乙醛、乙酸、苯(烴)、四氯化碳(鹵代烴)、二硫化碳等。選擇創(chuàng)新:價廉易得,溶解性大,無污染,首選物質(zhì)應(yīng)該是乙醇。實驗證明:演示電石與乙醇溶液平穩(wěn)反應(yīng),產(chǎn)生乙炔(圖2)。深化創(chuàng)新:乙醇的濃度應(yīng)該多大最為恰當(dāng)?引導(dǎo)學(xué)生分析可以通過調(diào)節(jié)乙醇濃度的實驗對比結(jié)果來選擇。

從接觸面積方面思考分析 展示管口塞有棉花的試管氣體發(fā)生器,設(shè)問:能否用這些器材改進(jìn)裝置構(gòu)造,從而有效控制電石和水的接觸面積,以減小反應(yīng)速率?思考過程:要有足量水,又要控制水與電石接觸,只有調(diào)節(jié)棉花的位置,把棉花置于試管底部,用適量水將棉花潤濕,在棉花上面放電石,能否成功?實驗演示:證明電石與水平穩(wěn)反應(yīng)達(dá)到目的要求(圖3)。發(fā)散:除棉花有這種效果,還有棉花的代用品嗎?不難找出碎布、衛(wèi)生紙等,甚至可以用含少量水的砂子、食鹽等。

裝置創(chuàng)新:還有什么裝置可以起到類似的作用?展示燒杯、干燥管、帶導(dǎo)管的橡皮塞,如何用這些儀器來制乙炔?分析:電石放入干燥管中,干燥管口徑大的一端塞橡皮塞,口徑小的一端浸入盛水的燒杯中。疑問:燒杯中水面有多大高度合適?在干燥管的球體兩端用棉花嗎?實驗對比總結(jié):燒杯中的水面與電石持平,在干燥管的球體內(nèi)小口徑一端塞上一條疏松棉花,通過棉花的吸水性將燒杯中的水緩慢與電石接觸,使反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行(圖4)。

從溫度方面思考分析 降低體系的溫度可以減小反應(yīng)速率,給體系降溫采用怎樣的方式?裝置放入冷水或冰水浴給整個裝置體系降溫?給電石降溫?給水降溫?結(jié)論是給水降溫比較便于操作。給水降溫到什么程度?考慮到水與電石的接觸面積要小,還是冰可能好些。演示實驗證明,將電石放在冰粒的上面,電石和水平穩(wěn)反應(yīng)(圖5)。發(fā)散思考:沒有冰可用什么代替?冰棍、雪糕。還有嗎?

學(xué)生疑問:能否用水蒸氣與電石反應(yīng)?分析:水蒸氣的溫度高,可使反應(yīng)速率加大;水蒸氣的濃度比水小得多,可使反應(yīng)速率減小,哪個是主要影響因素?裝置設(shè)計:選用儀器產(chǎn)生水蒸氣——用蒸餾燒瓶等產(chǎn)生水蒸氣;水蒸氣與電石反應(yīng)——水蒸氣在直玻璃管中與電石反應(yīng)。裝置創(chuàng)新:能否將裝置最簡化,給試管里水加熱,在沸石的存在下產(chǎn)生水蒸氣與干燥管中的電石反應(yīng)(圖6)。實驗說明:由于水與電石反應(yīng)很快,反應(yīng)的速率主要由水蒸氣的流量決定;由于水蒸氣的產(chǎn)生不平穩(wěn),造成反應(yīng)不平穩(wěn),但反應(yīng)的總速率明顯得到控制。

從壓強、催化劑方面分析 改變體系的壓強所涉及的實驗裝置和操作很復(fù)雜,尋求一種催化劑物質(zhì)也漫無目標(biāo),從壓強、催化劑方面目前都還沒有找到比較理想的方案來改變電石與水反應(yīng)的速率。

電石與水反應(yīng)產(chǎn)生的乙炔有難聞的氣味,如何除去?用什么試劑和裝置?學(xué)生不難答出,將產(chǎn)生的乙炔通過盛裝CuSO4溶液的洗氣瓶來除去其中的氣味物質(zhì)(如硫化氫和磷化氫)。設(shè)疑:裝置復(fù)雜,怎樣簡化?創(chuàng)新思路:不用洗氣瓶并將導(dǎo)管縮短,在試管口放置一團(tuán)浸有CuSO4溶液的棉花過濾氣體(圖7);還可以進(jìn)一步再簡化,將CuSO4直接放入與電石反應(yīng)的水中(圖8)。實驗演示說明。

6 反思

創(chuàng)新思維是發(fā)散思維與收斂思維的統(tǒng)一,又是直覺思維與分析思維的綜合,從不同角度和方面對實驗室制乙炔進(jìn)行改進(jìn),可以激發(fā)學(xué)生廣泛的想象,引導(dǎo)學(xué)生克服惰性、刻板、呆滯、僵化的思維定式,使學(xué)生敢想、敢干、敢于標(biāo)新立異,大膽猜測、實踐、創(chuàng)新。

實驗室制乙炔實驗改進(jìn)方案設(shè)計大體是在反應(yīng)速率理論的指導(dǎo)下進(jìn)行的,因此是復(fù)習(xí)鞏固、深化理解化學(xué)反應(yīng)速率理論的好素材,可以在高三復(fù)習(xí)課中使用,也可以用作課堂教學(xué)、探究式教學(xué)、學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與課外活動等。

教師在設(shè)計創(chuàng)新實驗方案時要以新的觀念和視野審視實驗內(nèi)容,發(fā)揮自身的聰明才智,挖掘?qū)嶒炛械目蓜?chuàng)新因素,優(yōu)化實驗各環(huán)節(jié)。實驗創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計的思維方法一般有:在原有實驗裝置和操作上再添加或減去一些儀器或操作,會有什么結(jié)果?改變原有實驗的裝置和操作,會有什么結(jié)果?把生活、生產(chǎn)中觀察到的一些現(xiàn)象和化學(xué)實驗聯(lián)系起來,會有什么結(jié)果?把了解到的社會熱點問題與化學(xué)知識和化學(xué)實驗聯(lián)系起來,會有什么結(jié)果。

教育是知識創(chuàng)新、傳播和應(yīng)用的主要途徑,也是培育創(chuàng)新精神和創(chuàng)新人才的主要方式。教師應(yīng)當(dāng)充分利用每一個教學(xué)內(nèi)容和資源,創(chuàng)設(shè)創(chuàng)新環(huán)境,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。

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