由氯化氢溶解引发的思考

由氯化氢溶解引发的思考

——氯化氢溶解性实验设计及其应用

徐 云

执教班级：高一（5）班

时间：2012年11月22日

一、设计思想                                      

本节课就以基础实验为切入点创设教学情境，对喷泉实验的原理、条件、现象、结论、关键进行了讨论，从中归纳出喷泉实验的实质，旨在通过对系列喷泉实验设计的探究培养学生的创新精神和实验设计能力。在教学中，不仅要验证化学知识和原理，还要引导学生去探索验证的思路，鼓励学生发现问题、敢于质疑、大胆求证和改进，并尽可能多地指导学生对实验原理、实验装置和实验操作等进行创造性的实验设计。

电子设备日新月异的发展为课堂教学模式提供了更多的选择。本节课尝试将IPAD引入课堂，利用其优异的交互功能，将学生的思维过程显性化，有效地让每一个学生融入到课堂中，并成为课堂中的教学资源，通过所有同伴间的互动分享，从中总结归纳，从而进一步提高课堂教学的有效性。

 

二、教学目标

1. 知道氯化氢的物理性质，理解氯化氢喷泉实验的原理。

2.了解压强差原理在化学实验和生活生产中的广泛应用，从中感悟科学研究的一般方法。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

3.在分析、讨论、解决由喷泉实验所引发的思考过程中，初步形成分类归纳的思想方法。

4.通过观察氯化氢气体喷泉实验的现象美，感受化学实验的魅力。

5.通过对实验装置的改进和重新设计，体验合作学习和创新实验的乐趣。

 

三、重点和难点

重点：喷泉实验的原理；压强差原理的迁移应用

难点：压强差原理的迁移应用

四、教学用品

仪器：烧杯、圆底烧瓶、胶头滴管、铁架台等

药品：氯化氢气体、紫色石蕊试液、蒸馏水。

多媒体：PPT、IPAD

 

1. 流程图

2. 流程说明

【学生活动】自选药品设计实验装置

        设计原则：能体现压强差原理，且现象明显，操作简便。

        固体：红磷、锌粒

        液体：水、NaOH溶液、石蕊试液、酚酞试液、稀盐酸

        气体：O₂、CO₂ 、Cl₂、NH₃、HCl

 

六、教学设计过程

【引入】我们学校地处市中心位置，同学们每天来上学，回忆一下有什么标志性的景观？是否注意到过这样一个景观？

【展示】广场喷泉图片

【过渡】今天我们就用所学的化学知识来尝试模拟出这个美丽的景观。

Ø        【课题】氯化氢溶解性实验设计及其应用

【过渡】首先来我们先来认识一下今天的主角，这是一瓶氯化氢气体。

【展示】氯化氢气体

【问题】请同学通过观察描述它的物理性质——无色气体

t℃	V（HCl）
0	507
10	471
20	442
30	412
40	386

         你还了解氯化氢的哪些物理性质？——刺激性气味、密度比空气大

【资料库1】氯化氢的物理性质：无色气体，有刺激性气味，密度比空气大，极易溶于水，在0℃时，1体积的水大约能溶解500体积的氯化氢。

（* V（HCl）是总压强为101KPa时溶于1体积水中的氯化氢的体积数）

【过渡】资料库1中给出了氯化氢的物理性质，尤其是在不同温度下1体积水中能够溶解氯化氢气体的具体体积数，由此说明氯化氢是极易溶于水的。这是根据数据得出的结论，能否通过实验来证明氯化氢极易溶于水？

Ø        【思考一】能否设计实验证明氯化氢极易溶于水？

（要求：现象明显，操作简便）——倒吸装置（图片）/ 喷泉实验

【问题】这里发生倒吸 / 形成喷泉的根本原因是什么？——压强差

【板书】△P = P_外—P_内

当氯化氢这样一种极易溶于水的气体与水接触时，由于它极易溶于水，在它们两者接触的瞬间氯化氢就被大量的吸收，试管内部的压强迅速减小，导致外界大气压强大于内部压强，当这个压强差达到一定程度时，就发生倒吸现象。

【再问】还有什么实验能够证明氯化氢极易溶于水？——喷泉实验

【过渡】老师这里来给你演示一个实验，实验时注意观察操作和现象。

【演示实验】氯化氢的喷泉实验

【展示】喷泉装置的各个仪器、仪器的药品及操作步骤

胶头滴管中放的是水，在烧杯中放入蒸馏水，滴入几滴石蕊试液，把充满氯化氢气体的烧瓶固定在铁架台的铁圈上，玻璃管插入大烧杯中，先打开长玻璃管上止水夹，然后挤压胶头滴管。

【问题】同学们刚才看到了什么，把现象描述一下？

当挤压胶头滴管，使滴管中的水喷入圆底烧瓶，打开长玻管上止水夹后，大烧杯中紫色的液体就喷入圆底烧瓶，形成美丽的喷泉，并且烧瓶中的液体变为红色。

Ø        【思考二】喷泉实验的原理是什么？

【问题】溶液为什么会变红色？——氯化氢溶于水形成盐酸，能够使紫色石蕊试液变红。

        打开止水夹为什么没有形成喷泉？——内外压强相等

        是什么操作引发了这个喷泉实验？——挤压胶头滴管，使滴管中的水进入圆底烧瓶

        胶头滴管中的少量水进入圆底烧瓶后为什么就能形成喷泉？

【讨论】喷泉实验的原理

胶头滴管内的少量水挤压到圆底烧瓶内后，氯化氢气体溶于水，使得烧瓶内的气压小于外界大气压。使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。

【小结】形成喷泉实验的实质：烧瓶内部压强小于外部压强，形成压强差。

【过渡】也就是说形成喷泉现象的实质还是要产生压强差，当外界大气压不发生改变的情况下，只能通过减小烧瓶内部压强来形成压强差。而氯化氢的喷泉实验主要是通过气体在短时间内迅速扩散溶解到水中来减小烧瓶内部压强。

【板书】HCl——扩散溶解—→H₂O

【问题】在仪器装置不改变，还是用水的情况下只能用氯化氢来做这个喷泉实验吗？—氨气

【资料库2】常见气体的基本性质

从资料库2中了解到，通常状况下1体积水中大约能溶解700体积氨气，溶解性比氯化氢还要好，也就是说这类极易溶于水或易溶于水的气体都可以替换形成喷泉。

【问题】对于一些能溶于水但是水溶性不是非常好的气体如何才能形成喷泉？——不用水

既然气体可以替换，溶解吸收气体的液体能不能加以变化？

        在氯化氢气体不变的情况下，能否替换其他吸收剂使喷泉效果更好？—NaOH溶液

【问题】如果这里使用氯化氢和氢氧化钠溶液形成压强差，其实验原理与刚才氯化氢和水是否完全一样？

——同为气体溶解，氯化氢和水主要扩散溶解，而氯化氢和氢氧化钠溶液则是反应溶解为主。

【板书】HCl——反应溶解—→NaOH

【课堂练习】下列组合中不可能形成喷泉的是（B）

(A)HCl和H₂O       (B) HCl和AgNO₃　  (C)HCl和汽油     (D)CO₂和NaOH溶液

【问题】那么气体可以变，吸收的液体可以变，还有什么可以改变？——装置

【再问】我们之前是通过胶头滴管当中的液体进入烧瓶从而引发的喷泉，也就是说产生喷泉的动力是什么？——胶头滴管中的少量水排出部分气体使内部压强减小

        能不能改变这个动力让气体自己跑出来，让液体自己进入烧瓶中？

在不改变试剂的前提下，要改变气体体积只能通过改变外界条件实现

l        冷缩法：实验时，可以用冷的毛巾捂住烧瓶，这样烧瓶中的压强减小，烧杯中的水进入导管直至进入烧瓶，与烧瓶中的氯化氢接触，氯化氢极易溶于水，从而引发烧瓶中的气压迅速下降，产生喷泉。

l        热涨法：实验时，可以用热的毛巾捂住烧瓶，这样烧瓶内的压强增大，气体膨胀而把导管中原来的空气赶出，从而使得烧瓶中的氯化氢与烧杯中的水接触，氯化氢迅速溶解于水，引起烧瓶中的气压迅速减小，从而引发喷泉。

【过渡】以上是我们从原理出发所讨论的形成喷泉的方式，其实我们说喷泉只是压强差的一种表现形式，压强差原理在我们生活中有所应用，那么在我们的化学实验中的应用同样也是相当普遍的。

Ø        【思考三】哪些装置能体现压强差原理？

【问题】请同学们以喷泉实验装置为基础，参考资料库2，在给定的药品范围内选取适当的试剂设计实验。

【学生活动】自选药品设计实验装置（5分钟）

        设计原则：能体现压强差原理，且现象明显，操作简便。

        固体：红磷、锌粒

        液体：水、NaOH溶液、石蕊试液、酚酞试液、稀盐酸

        气体：O₂、CO₂ 、Cl₂、NH₃、HCl

【交流分享】选取个例学生解释现象原理—充分肯定—分类—学生共同寻找同类型装置；

【分类】（1）喷泉实验装置（药品替换）   

（2）其他类型装置

A）        气密性检查（手捂试管产生气泡，手松开导管内液面上升）

   

    A                            B                           C                     D                           E

B）        启普发生器反应原理（随开随用，随关随停）

C）        排水储气装置（难溶于水的气体）

D）        排水量气装置（难溶于水的气体）

E）         测定空气中氧气含量

F）         液体防倒吸装置（避免压强差）

 

【过渡】可见，压强差原理在我们化学实验中的应用是相当普遍，可以帮助我们做很多事，也需要去注意很多事，请同学来总结一下。

【展示】压强差原理在化学实验中的应用图片（学生总结）

【过渡】由这些防倒吸装置，大家来设想一下工业制盐酸的过程。

【展示】工业制盐酸物质转化流程图、装置流程图

【问题】工业上制备盐酸能否将制得的氯化氢气体直接通入水中？——不可以

【再问】合成塔和吸收塔之间还应该增加什么装置？——防倒吸装置

【展示】缓冲罐

由于氯化氢极易溶于水的特殊的物理性质而容易产生倒吸现象，且倒吸现象会对设备造成很大的损害。因此在实际的化工生产中只有有效的防止氯化氢排放时产生的倒吸现象，在它遇水制酸之前会首先经过这样一个缓冲气体装置，才能使氯化氢气体的生产设备安全、稳定地运行。

【过渡】由此我们发现，压强差的原理在我们日常的生活中、化学实验中、包括在化工生产中都有着广泛的应用，既然有那么多的应用，我们就来具体讨论一个。

Ø        【思考讨论】在实验中为了使过滤操作能自动添加液体，如图设计了这样一个“自动加液过滤器”，请讨论它的使用原理。

（三）    工业制盐酸物质转化流程图、装置流程图                          

（四）    实验仪器图库

 

《氯化氢溶解性实验设计及其应用》教学反思

本节课的主要目的是让学生在理解氯化氢喷泉实验原理的基础上，对其原理、条件、现象、结论等加以探讨，从中归纳出喷泉实验的实质，即压强差原理，进而能够应用压强差原理解释某些实际问题。通过实施本节课的教学与聆听点评指导，受益非浅，现反思如下：

1.      教学设计有层次性

本节课采用开放性的范例式教学。首先以氯化氢的物理性质为基础，提出验证氯化氢极易溶于水的实验设计思考一；通过氯化氢气体的喷泉实验给学生视觉冲击，自然过渡到思考二，引发学生对喷泉原理的思考，以氯化氢气体和水的喷泉实验为例，由此展开对其他类型喷泉实验的讨论，此中包括气体的替换，吸收剂的替换，以及装置引发途径等的探讨，引导学生对各类事例和现象做出总结，基本掌握产生压差的原理，使学生从“个”的学习迁移到“类”的学习。思考三请学生例举压强差在化学实验中的应用，由此将课堂带入了解释实际问题的阶段，并请学生自己设计实验，通过IPAD交互平台的交流分享，对学生的设计逐一分析，之后加以分类归纳总结，初步形成分类归纳的思想。最后抛出工业上的安全缓冲装置，及自动加液过滤器的装置，从实验室过渡到化工生产。整堂课教学设计涵盖了生活、化学实验、化工生产三个层面，对实验的讨论由个别到一般，对学生思维能力的要求由浅入深，使得教学活动得以有序并有效展开。

2.      学生思维有发展性

对学生而言，如何通过具体的实验案例分析实验实质，突破定势思维进行实验探究、实验设计、实验创新是学生感到困难度最大的部分。这就需要教师在教学过程中适时、适当、有针对性地创设实验情境进行引导和启发，提高和培养学生的实验创新能力。在实际教学过程中，首先打破“只有氯化氢气体才能形成喷泉实验”的思维定势引导对其他极易溶于水的气体的联想，其次打破“气体必须在水中易溶”的思维定势将气体在水中的扩散溶解引申至气体在吸收剂中的反应溶解，随即将实验进一步扩展至其他引发途径的探讨，最后将喷泉实验的实质，即压强差原理，迁移应用到化学实验中诸多装置的原理分析，通过在一系列不同化学情景中的运用，使学生原有的认知结构得到更新和发展。

3.      教学媒介有创造性

本节课将IPAD引入课堂，利用其优异的交互功能，将学生的思维过程显性化，有效地让每一个学生融入到课堂中，并成为课堂中的教学资源，较好地完成了思考三的学生活动，成为本节课的一大亮点。教学过程中，学生能够在iclass软件中画出实验设计图，并将其上传至云端，在所有同伴间交流分享。为了突显新型媒介在这里有别于实物投影的不可替代性，教学过程中还要求学生就所有同伴的实验设计图按照其应用原理加以分类归纳，从而进一步提高课堂教学的有效性。

4.      思考问题欠深入性

本节课既是由氯化氢溶解引发的思考，则对思考问题的设置则需紧扣教学重点、难点。问题的内容整体上有梯度，但个别问题的设置不够深入，导致与下一个问题间缺乏紧密的逻辑关系，使得学生思维存在障碍，缺乏连贯性。如思考二对喷泉实验原理及其改进方案的探究仅限于讨论内压减小的情况，实则还应当包括外压增大的情况，尤其是对于在短时间内能够产生难溶于水的气体，从而增大一定空间内的气体量，实现外压增大产生喷泉现象的讨论。这一情况的规避讨论直接影响到了学生对压强差原理在排水集气、量气法中应用的迁移能力。另外课堂上一些细节问题的提出过于随意，指向性不够明确。

5.      学生思维欠发散性

由于课堂时间有限，思考一由最初的学生设计活动（全部实验仪器图库）压缩为问答形式，并且暗示设计最简单的实验装置，这其中对学生的思维本身在课的刚开始就加以了限定。整堂课中少见学生思维火花的迸发和碰撞，其中尤以学生活动中分享的实验装置图类别少、重复多最能说明问题，这当然也与之前教学活动中的铺垫引导有着密不可分的联系。在课堂教学过程中，要把学生的发散性思维和收敛性思维辨正地统一起来。运用发散性思维，从一个目标出发，启发引导学生在已有知识的基础上，利用全部信息，进行放射性，多方位发散，多方位论证，多因素分析，爆发出创造思维的火花。与此同时，当学生的思维发散到一定程度，就要适当收敛，从而优化学生的思维品质。

6.      课堂反馈方式欠多样性

虽然使用了先进的交互平台实现了课堂的全员参与、全面交流，但在课堂反馈的方式中仍较为单一，主要还是以教师提问、学生回答为主。这其中一方面受限于软件平台的技术开发，只能将学生的实验装置图汇总展示，无法进行进一步编辑操作；另一方面，课堂本身的开放性使得教师不敢更多地将课堂交给学生，其实对学生反馈上来的实验装置图完全可以进行同学互相点评等类似简单的反馈交流。

总体而言，本节课堂气氛活跃，IPAD使用恰当，教学设计合理，符合学生的认知结构，基本达到了预期的教学目标。