過氧化鈉化學創新實驗設計論文

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過氧化鈉化學創新實驗設計論文

1實驗原理

二氧化碳是一種常用的滅火物質,學生對它并不陌生。但是在過氧化鈉的“作用”下,二氧化碳可以反應生成助燃物質氧氣。這種“滅火劑→助燃劑”的變化過程就是一種非常典型的認知沖突情境構建素材。利用這樣“奇妙”的性質變化設計具有認知沖突情境的教學實驗,無疑對激發學生學習興趣和引導學生對相關化學知識進行深度思考都有顯著的幫助。

2實驗裝置和試劑

試劑:過氧化鈉粉末、玻璃棉、大理石、稀鹽酸、圓形蠟燭(直徑1.5cm,高度2.8cm)、火柴儀器:球型干燥管、200mL燒杯、玻璃導管、橡皮導管、止水夾、氣球(或沙灘球)

3實驗步驟與現象

(1)利用實驗室制取二氧化碳的(簡易)裝置,提前制作一個二氧化碳氣球(氣體未干燥,環境相對濕度75%~95%),扎緊出氣口備用。

(2)取一支干燥潔凈的球型干燥管,用鑷子將適量玻璃棉填充入球型干燥管中,以玻璃棉自然蓬松狀填滿干燥管球型區域1/2為宜。

(3)向填有適量玻璃棉的干燥管中裝入過氧化鈉粉末,以90%以上玻璃棉均勻蘸有淡黃色過氧化鈉粉末為宜。

(4)組裝“雙燭異象”教學實驗裝置,此時兩處止水夾均夾緊。

(5)點燃兩根蠟燭,打開未連接球型干燥管一側的止水夾,擠壓氣球緩慢通入二氧化碳氣體,蠟燭隨即熄滅;夾緊該側止水夾,打開另一止水夾,同樣擠壓氣球緩慢通入二氧化碳氣體,可見球型干燥管中的過氧化鈉粉末開始劇烈反應,同時該側蠟燭的火光顯著變亮。

4實驗注意事項

4.1玻璃棉的使用

實驗中若將過氧化鈉粉末直接填充于干燥管中,會造成填料過實或過疏的情況,前者會使氣流通道堵塞導致實驗失敗,后者則會造成二氧化碳未及時與過氧化鈉粉末反應就通入燒杯使蠟燭意外熄滅的情況發生。筆者經過多次嘗試發現使用玻璃棉填充可以很好地避免這些意外情況的發生。玻璃棉是將熔融玻璃纖維化,形成棉狀的材料,耐腐蝕且化學性能穩定。由于玻璃棉呈細絲狀且較鋒利,因此填充過程應使用鑷子操作,以免手指劃傷。利用玻璃棉填充干燥管球型區域1/2后,再將過氧化鈉粉末附著于上,玻璃棉本身呈絲團狀且較硬,因此可以有效地增大過氧化鈉粉末與二氧化碳氣體的接觸面積,且能夠保持適當的氣通量使實驗順利進行。

4.2過氧化鈉的填充

向填充玻璃棉的球型干燥管(15cm)中裝入過氧化鈉粉末時,應注意填充的數量及分布位置,這與實驗能否成功有密切關系。只有在玻璃棉的分散和定型作用下,使過氧化鈉粉末呈現實驗編號1的分布情況時,實驗可以成功。實驗編號2、3和4由于填料不均勻或者填料過少,使干燥管中通出的氣體中二氧化碳含量偏高,氧氣含量偏低,熄滅蠟燭,導致實驗失敗。

4.3二氧化碳氣球的制作

實驗中的二氧化碳氣源也可用實驗室(簡易)制取裝置現場制取并通入,但是從實驗時間和教學效果等角度綜合考慮,使用二氧化碳氣球提供氣源是更好的選擇。在氣球的選擇上,筆者嘗試使用了普通氣球(乳膠氣球)和沙灘球(PVC塑膠氣球)兩種。結果發現,普通氣球的優點是充氣較易,利用實驗室簡易二氧化碳制取裝置能夠很快將其充起,缺點是實驗過程中容易漏氣,實驗操作難度較大;沙灘球由于是用PVC塑膠制成,具備一定的硬度和定型能力,且充氣口一般有防跑氣設計,所以實驗操作簡便,在教學過程中幾乎不會發生實驗失敗的意外情況,缺點是實驗前期準備需要花費相對更長的時間進行充氣。

5實驗的教學意義

“雙燭異象”實驗通過創設認知沖突情境有效地激發了學生的學習興趣,引導學生對過氧化鈉和二氧化碳反應的化學性質進行思考,促進了學生對相關知識進行有效建構,是體現建構主義教學思想的良好實驗素材。

作者:張德貴 單位:上海市徐匯中學

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