陳偉強(qiáng)

【摘要】本文通過(guò)利用手持技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了雙氧水分別在二氧化錳粉末和二氧化錳塊狀負(fù)載催化劑的條件下發(fā)生分解反應(yīng)制取氧氣。通過(guò)比較試管內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化，讓學(xué)生更直觀(guān)地認(rèn)識(shí)到改變?nèi)芤汉痛呋瘎┑慕佑|面積，可以控制反應(yīng)與速率。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用手持技術(shù)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)與吸收相關(guān)化學(xué)知識(shí)。

【關(guān)鍵詞】中學(xué)化學(xué);手持技術(shù);催化劑;反應(yīng)速率;溫度傳感器

一、教材分析

《制取氧氣》是人教版九年級(jí)化學(xué)教材中第二單元教材內(nèi)容，主要有“氧氣的制取和性質(zhì)”“二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取與性質(zhì)”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。而氧氣也是中學(xué)生從化學(xué)性質(zhì)中學(xué)習(xí)到的第一個(gè)物質(zhì)。經(jīng)過(guò)前期的學(xué)習(xí)后，學(xué)生也了解了氧氣這個(gè)生活中必不可少的物質(zhì)。而制造氧氣，也是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中的首個(gè)制備氣體實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也為接下來(lái)其它氣體的學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)。所以，在化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，制取氧氣的地位較高。在本節(jié)課的教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中，教師也要精心準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，在課堂演示中積極引導(dǎo)學(xué)生參加教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰突瘜W(xué)素養(yǎng)。

二、學(xué)情分析

（一）教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)和技能

通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，掌握手持技術(shù)溫度傳感器的應(yīng)用，了解溫度傳感器的優(yōu)勢(shì)。

2.過(guò)程與方法

在學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握制取氧氣的不同方法，了解不同方法的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)

在改進(jìn)雙氧水的過(guò)程中制取氧氣，切身體會(huì)化學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活之間的聯(lián)系，然后學(xué)習(xí)如何用溫度傳感器檢測(cè)改進(jìn)，最后，在小組合作探討中完成實(shí)驗(yàn)，體會(huì)合作學(xué)習(xí)的意義。

（二）教學(xué)重難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)：通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，掌握手持技術(shù)溫度傳感器的應(yīng)用，了解溫度傳感器的優(yōu)勢(shì)。

2.教學(xué)難點(diǎn)：在學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握制取氧氣的不同方法，了解不同方法的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。

三、實(shí)驗(yàn)步驟

（一）課前學(xué)習(xí)——了解手持技術(shù)

在正式實(shí)驗(yàn)之前，通過(guò)訪(fǎng)談，筆者發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生都不了解手持技術(shù)，也沒(méi)有使用過(guò)。所以，在實(shí)驗(yàn)之前，筆者專(zhuān)門(mén)花了一節(jié)課的時(shí)間向?qū)W生介紹了手持技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，其中，包括了手持技術(shù)概念、手持技術(shù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)等。通過(guò)一節(jié)課的介紹，學(xué)生已經(jīng)對(duì)手持技術(shù)有了初步的了解和掌握。

（二）情境導(dǎo)入

教師假設(shè)情境：當(dāng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)存在制取氧氣不足情況。

師：同學(xué)們，你們知道制取氧氣都有哪些方法嗎？

學(xué)生自主思考、小組探討不同的制取氧氣方法，然后從價(jià)格、資源再利用等方面確定制取氧氣方法。

（三）回顧知識(shí)

教師引導(dǎo)學(xué)生將制取氧氣的三種方法書(shū)寫(xiě)在黑板上：高錳酸鉀制取氧氣、二氧化錳分解雙氧水制取氧氣、加熱氯酸鉀制取氧氣。

學(xué)生思考三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，然后從操作簡(jiǎn)單、安全、環(huán)保等方面考量，選擇了分解雙氧水制取氧氣。該方法操作比較簡(jiǎn)單，而且節(jié)能環(huán)保，可以節(jié)約時(shí)間和原料。

在知識(shí)的回顧中，可以引導(dǎo)學(xué)生深入發(fā)掘教材知識(shí)，并探討其中的不足之處。

（四）實(shí)驗(yàn)探究

1.實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

（1）實(shí)驗(yàn)器材：威尼爾數(shù)據(jù)采集器（圖1）、威尼爾溫度傳感器（圖2）、怡寶礦泉水瓶、蒸發(fā)皿、剪刀、酒精燈、玻璃棒、導(dǎo)管、紙槽、試管、試管夾等。

（2）實(shí)驗(yàn)藥品：二氧化錳粉末、5%過(guò)氧化氫溶液。

2.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）制作二氧化錳塊狀催化劑：首先，將礦泉水瓶剪成小碎片，然后將其放在蒸發(fā)皿上，利用酒精燈加熱至其融化，融化后停止融化，并撒上一層二氧化錳粉末。等其開(kāi)始固化后，用礦泉水瓶蓋按壓粉末，吸附牢固。待其冷卻后，去除未吸附的二氧化錳粉末，并將其剪成細(xì)塊，這就是二氧化錳塊狀負(fù)載催化劑。

（2）制取氧氣：在試管中放5個(gè)塊狀催化劑，然后倒入10毫升5%過(guò)氧化氫溶液。這時(shí)，塊狀催化劑的表面會(huì)出現(xiàn)很多氣泡，利用提放銅絲來(lái)控制反應(yīng)速率，靜止2分鐘后收取氧氣。等反應(yīng)結(jié)束之后，清洗、晾干塊狀催化劑，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟。

3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

（1）本次實(shí)驗(yàn)載體是隨處可見(jiàn)的礦泉水瓶，瓶身材質(zhì)是聚乙烯，可以將其制作成能吸附二氧化錳的塊狀負(fù)載催化劑（詳見(jiàn)圖3）。利用聚乙烯材質(zhì)制作的催化劑可以防止在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)反應(yīng)速率過(guò)快情況，也不會(huì)出現(xiàn)黑色渾濁液體（詳見(jiàn)圖4）。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要注意等塊狀催化劑開(kāi)始固化之后才能用瓶蓋按壓，而蒸發(fā)皿加熱后需要防止一段時(shí)間后才能用冷水清洗。

（2）利用啟普發(fā)生器控制反應(yīng)速率，但是大部分初中生不熟悉啟普發(fā)生器，這也會(huì)在一定程度上增加實(shí)驗(yàn)難度。在本實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中，可以利用光滑的粗銅絲將塊狀負(fù)載催化劑固定在前，然后穿進(jìn)橡膠塞后搭建反應(yīng)發(fā)生裝置（詳見(jiàn)圖5），利用手動(dòng)提放銅絲可以更好地控制塊狀負(fù)載催化劑和過(guò)氧化氫溶液的接觸，然后再加強(qiáng)對(duì)反應(yīng)的控制。需要注意的是，過(guò)氧化氫溶液即配即用，要保證銅絲可以穿橡膠塞，并在銅絲外層包裹住不與過(guò)氧化氫起反應(yīng)的軟管。

（3）利用0.5g二氧化錳粉末與負(fù)載0.5g二氧化錳粉末的塊狀催化劑分別催化10毫升5%過(guò)氧化氫溶液，再利用手持技術(shù)隨時(shí)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的溫度變化情況（詳見(jiàn)圖6和圖7）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，二氧化錳可以讓過(guò)氧化氫溶液快速分解，二氧化錳粉末的催化速度及反應(yīng)速率非?？欤?5秒左右完全反應(yīng)。而二氧化錳塊狀負(fù)載催化劑的催化過(guò)程則較為平緩，在2分鐘左右完全反應(yīng)。由此可見(jiàn)，利用粉末催化劑制取氧氣很難控制，反應(yīng)速度過(guò)快且散熱過(guò)多，致使收集到的氧氣中水蒸氣過(guò)剩，反應(yīng)現(xiàn)象也無(wú)法準(zhǔn)確觀(guān)察。而塊狀負(fù)載催化器在制取氧氣的過(guò)程中，溶液和催化劑的接觸面積較小，可以更好地控制反應(yīng)與速率，制取的氧氣也較為純凈，可以更好地開(kāi)展課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（4）塊狀催化劑回收操作比較簡(jiǎn)單，且能反復(fù)利用。反復(fù)利用完6次之后還有明顯的反應(yīng)（詳見(jiàn)圖8），可以將使用過(guò)的負(fù)載催化器沖洗、晾干后妥善保管。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

就安全、操作簡(jiǎn)單、環(huán)保等方面來(lái)分析初中化學(xué)制取氧氣三種方法的好壞，選擇了分解過(guò)氧化氫來(lái)制取氧氣。將礦泉水瓶的聚乙烯材質(zhì)剪碎當(dāng)作載體來(lái)吸附二氧化錳粉末，將其制成塊狀催化劑。然后，利用塊狀催化劑催化過(guò)氧化氫，分解制成氧氣。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用手持技術(shù)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程，得出此方法有控制反應(yīng)、操作簡(jiǎn)單、可以反復(fù)回收利用的結(jié)論，可以幫助初中生更好地學(xué)習(xí)與吸收相關(guān)化學(xué)知識(shí)。

（五）小結(jié)反思

本次實(shí)驗(yàn)較為安全，且操作簡(jiǎn)單，也從根源上改變了大部分學(xué)生“只要能反應(yīng)就可以做實(shí)驗(yàn)原料”的這一理念。礦泉水瓶在生活中十分常見(jiàn)，但是將其黏附二氧化錳粉末，制成塊狀催化劑，會(huì)有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用手持技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確檢測(cè)反應(yīng)中的溫度變化，也能幫助學(xué)生切身感受溫度傳感器的效果，并體會(huì)到和傳統(tǒng)一起相比，手持技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。就本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，效果比較成功，學(xué)生的反饋也很好。

四、教學(xué)反思

在本節(jié)課的教學(xué)過(guò)程中，首先帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)、了解什么是手持技術(shù)，然后再在課堂上利用手持技術(shù)完成制取氧氣的實(shí)驗(yàn)。在課后，筆者也進(jìn)行了一下反思：

（1）學(xué)生在手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中得到了明顯的發(fā)展。對(duì)于手持技術(shù)，大部分學(xué)生都是十分陌生的。但是，初中生的探索欲望較強(qiáng)，在學(xué)習(xí)中可以很快掌握手持技術(shù)的應(yīng)用方法，也能在實(shí)驗(yàn)中不斷提高學(xué)生的合作能力和實(shí)踐操作能力。在制取氧氣的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以準(zhǔn)確掌握化學(xué)和現(xiàn)實(shí)生活之間的緊密聯(lián)系，然后在猜測(cè)、質(zhì)疑、實(shí)驗(yàn)中求真。等到本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，大部分學(xué)生都可以自主完成手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)。

（2）教師在手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)中活動(dòng)中得到了明顯的提高。對(duì)于化學(xué)教師而言，除了要準(zhǔn)確掌握教材中的理論知識(shí)外，還要有豐富的實(shí)驗(yàn)知識(shí)素養(yǎng)。而在本次實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，筆者也和學(xué)生共同利用手持技術(shù)完成了制取氧氣的實(shí)驗(yàn)，在加強(qiáng)對(duì)手持技術(shù)了解的同時(shí)，提高了自身實(shí)驗(yàn)?zāi)芰徒虒W(xué)水平。

本節(jié)課主要是利用手持技術(shù)開(kāi)展的單一實(shí)驗(yàn)，但是手持技術(shù)還有著豐富的教學(xué)資源，還需要教師深入地學(xué)習(xí)與探索，在接下來(lái)的化學(xué)課堂中，帶領(lǐng)學(xué)生深入地學(xué)習(xí)與了解，為學(xué)生接下來(lái)的化學(xué)學(xué)習(xí)奠基牢固的基礎(chǔ)。

責(zé)任編輯? 陳紅兵