【教案】銅與硝酸+實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與教學(xué)實(shí)踐的探究高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

化學(xué)學(xué)科實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與教學(xué)實(shí)踐的探究--以“銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)”為例一、背景化學(xué)是一門充滿了神奇色彩的科學(xué)，而實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)化學(xué)、體驗(yàn)化學(xué)和探究化學(xué)過(guò)程的重要途徑，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、探究和思索，可以加深我們對(duì)化學(xué)原理的理解?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中也指出要通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)等多種探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力［1］。但在實(shí)際的教學(xué)中我們教師很容易犯這樣的錯(cuò)誤：1、按照教才上的實(shí)驗(yàn)方案做了實(shí)驗(yàn)就認(rèn)為完成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)；2、將實(shí)驗(yàn)探究變成了“講實(shí)驗(yàn)”、“做實(shí)驗(yàn)”、“背實(shí)驗(yàn)”［2］。通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是很難培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的。二、問(wèn)題的提出（一）開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性人教版高中化學(xué)必修一第四章第四節(jié)氨硝酸硫酸中，教材實(shí)驗(yàn)4-9探究了銅和濃硫酸的反應(yīng)。而教材中只說(shuō)到濃硝酸和稀硝酸都能與銅發(fā)生類似的反應(yīng)［3］。”顯然學(xué)生只通過(guò)這一句話或者是實(shí)驗(yàn)4-9是很難想象出銅與硝酸的反應(yīng)現(xiàn)象的，這樣的學(xué)習(xí)是不深刻的，這對(duì)感受化學(xué)學(xué)科的神奇，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科興趣和學(xué)科核心素養(yǎng)是無(wú)意的［4］。因此，筆者認(rèn)為很有必要在此處開(kāi)展實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。（二）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足如采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行銅與濃硝酸、稀硝酸的反應(yīng)，有以下幾個(gè)不足：1、實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)敞口的裝置中進(jìn)行，產(chǎn)生的污染氣體直接排放到空氣中很不環(huán)保。2、實(shí)驗(yàn)是分開(kāi)進(jìn)行的不能直觀的對(duì)比出銅與濃硫酸、濃稀硝酸反應(yīng)的快慢、產(chǎn)物的異同。3、產(chǎn)物沒(méi)能變廢為寶，降低了實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性和效率。（三）本實(shí)驗(yàn)的探究模型高中化學(xué)的教學(xué)，知識(shí)的傳授固然重要，但從學(xué)生的發(fā)展角度出發(fā)，教會(huì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)將更為關(guān)鍵。即將知識(shí)層面的教學(xué)轉(zhuǎn)為素養(yǎng)層面的教學(xué)更為重要。本部分內(nèi)容筆者將采用如下的模型去培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維和學(xué)科素養(yǎng):1、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，引出問(wèn)題；2、分析問(wèn)題，提出方案；3、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐論證；4總結(jié)實(shí)驗(yàn)探究創(chuàng)新實(shí)踐、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，引出問(wèn)題首先老師講解，銅可以和濃硫酸反應(yīng)，濃硝酸和稀硝酸也能與銅發(fā)生反應(yīng)。接下來(lái)觀看實(shí)驗(yàn)視頻，引導(dǎo)學(xué)生找出反應(yīng)的產(chǎn)物并寫出化學(xué)方程式。然后引導(dǎo)學(xué)生，總結(jié)實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)：1、銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，是一個(gè)敞開(kāi)的裝置，產(chǎn)生的有害氣體直接排放到空氣中污染環(huán)境；2、沒(méi)有直觀的對(duì)比出銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)的現(xiàn)象、產(chǎn)物的異同；3、不能明顯的長(zhǎng)時(shí)間的觀察對(duì)比生成物一氧化氮、二氧化氮?dú)怏w的顏色；4、且不能連續(xù)操作，沒(méi)有將生成的一氧化氮、二氧化氮?dú)怏w利用起來(lái)，進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。分析問(wèn)題，提出方案本環(huán)節(jié)中，要引導(dǎo)學(xué)生從解決問(wèn)題的角度，提出實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案，最終得到創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)裝置?？稍O(shè)計(jì)如下核心問(wèn)題：如何避免污染？學(xué)生可以想到在封閉體系中完成并進(jìn)行尾氣處理。怎樣長(zhǎng)時(shí)間的觀察對(duì)比生成物一氧化氮、二氧化氮?dú)怏w的顏色？學(xué)生能夠想到要觀察氣體一氧化氮就要排除空氣的干擾，需要?jiǎng)?chuàng)造出一個(gè)“無(wú)氧”的環(huán)境。要對(duì)比一氧化氮、二氧化氮?dú)怏w的顏色，就要同時(shí)制備出兩種氣體。怎樣直觀的對(duì)比出銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)的現(xiàn)象？根據(jù)前面的兩個(gè)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考并得到如下結(jié)論：讓兩個(gè)反應(yīng)同時(shí)分別在“無(wú)氧”條件下進(jìn)行，就可以對(duì)比出銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)的現(xiàn)象，并能夠觀察生成物一氧化氮、二氧化氮?dú)怏w的顏色在尾氣處理前，能否對(duì)得到的一氧化氮、二氧化氮?dú)怏w加以利用，探究它們的相關(guān)性質(zhì)？引導(dǎo)學(xué)生思考并得到如下結(jié)論：可將一氧化氮和氧氣混合探究其與氧氣的反應(yīng)，二氧化氮與水混合探究其與水的反應(yīng)。小組活動(dòng)：選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，小組分享、展示、點(diǎn)評(píng)，最終形成方案。在此活動(dòng)中，始終以一種開(kāi)放式的環(huán)境給學(xué)生充分的發(fā)揮空間，當(dāng)學(xué)生遇到不能解決的問(wèn)題時(shí)，教師引導(dǎo)幫助解決，最終得到實(shí)驗(yàn)裝置。圖1實(shí)驗(yàn)裝置圖通過(guò)此活動(dòng)的設(shè)計(jì)可以看出：高一學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力相對(duì)還比較薄弱，雖然他們?cè)O(shè)計(jì)的裝置還存在一些問(wèn)題，但是通過(guò)這種開(kāi)放式、啟發(fā)式的教學(xué)過(guò)程，已經(jīng)為學(xué)生建構(gòu)了科學(xué)的探究創(chuàng)新模型，為后續(xù)的化學(xué)學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，提供了方法，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和學(xué)科素養(yǎng)的目的。（三）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐論證圖2實(shí)驗(yàn)裝置圖搭好裝置，如圖2。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟，現(xiàn)象和結(jié)論如表：銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)操作現(xiàn)象和結(jié)論1、檢查裝置氣密性：關(guān)閉燒杯與抽濾瓶間止水夾，其余止水夾打開(kāi)。抽濾瓶中裝入適量蒸餾水且蒸餾水沒(méi)過(guò)玻璃導(dǎo)管，拉動(dòng)注射器。現(xiàn)象：抽濾瓶中玻璃導(dǎo)管內(nèi)形成一段水柱，且一段時(shí)間內(nèi)水柱液面不下降。結(jié)論：裝置氣密性良好。2、銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)：在左右燒杯中裝入適量的濃氫氧化鈉溶液。左右抽濾瓶中裝入適量稀硝酸、濃硝酸且液面均要沒(méi)過(guò)玻璃導(dǎo)管。左右兩邊球形干燥管中分別裝入3份銅絲、1份銅絲。向外拉動(dòng)注射器，使?jié)狻⑾∠跛岢錆M球形干燥管排盡空氣并與銅開(kāi)始反應(yīng)，關(guān)閉止水夾?，F(xiàn)象：左右兩邊均產(chǎn)生氣泡，左邊產(chǎn)生氣泡速率慢于右邊。左邊生成了無(wú)色氣體，得到了淺藍(lán)色溶液，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行液面慢慢降低，無(wú)色氣體充滿整個(gè)球形干燥管，反應(yīng)自動(dòng)停止；右邊生成了紅棕色氣體，得到了深藍(lán)色溶液，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行液面快速降低，紅棕色氣體充滿整個(gè)球形干燥管，有部分紅棕色氣體進(jìn)入了下面的抽濾瓶，反應(yīng)自動(dòng)停止。結(jié)論：濃硝酸、稀硝酸與銅反應(yīng)產(chǎn)生的氣體分別為二氧化氮、一氧化氮；與銅反應(yīng)時(shí)濃硝酸的速率快于稀硝酸。3、一氧化氮與氧氣反應(yīng)：打開(kāi)左邊止水夾，緩慢向外抽動(dòng)注射器使左邊球形干燥管中的一氧化氮與注射器中的空氣接觸后關(guān)閉左邊止水夾。現(xiàn)象：注射器中氣體由無(wú)色變?yōu)榧t棕色。結(jié)論：無(wú)色的一氧化氮與空氣中的氧氣反應(yīng)生成了紅棕色的二氧化氮。4、二氧化氮與水反應(yīng)：將注射器取下把內(nèi)部氣體緩慢注入濃氫氧化鈉溶液中進(jìn)行處理，拉動(dòng)注射器吸滿蒸餾水再次連接好注射器。打開(kāi)右邊止水夾，緩慢推動(dòng)注射器讓水進(jìn)入干燥管與二氧化氮接觸反應(yīng)。現(xiàn)象：干燥管上端氣體紅棕色慢慢變淺最后退為無(wú)色，下端的無(wú)色液體與銅反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)色的氣泡。結(jié)論：紅棕色的二氧化氮?dú)怏w與水反應(yīng)生成了無(wú)色的一氧化氮?dú)怏w和硝酸。5、尾氣處理：打開(kāi)所有止水夾，注射器內(nèi)吸滿空氣，連接好注射器并向內(nèi)推動(dòng)使空氣將氮氧化物排入燒杯中與氫氧化鈉溶液反應(yīng)?，F(xiàn)象：抽濾瓶中氣體顏色慢慢變淺，氫氧化鈉溶液中有氣泡產(chǎn)生。（四）實(shí)驗(yàn)總結(jié)完成實(shí)驗(yàn)后，分小組討論：本實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，有哪些有點(diǎn)？最后分享、匯總：1、操作簡(jiǎn)單方便：裝置氣密性檢查、一氧化氮與氧氣反應(yīng)時(shí)、二氧化氮與水反應(yīng)都只需通過(guò)抽、拉注射器即可實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單方便。2、對(duì)比性強(qiáng)：實(shí)驗(yàn)中銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，可直觀的對(duì)比兩個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物、反應(yīng)快慢等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；可與必修一教材實(shí)驗(yàn)4-9部分內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)，從而能夠更加深刻的認(rèn)識(shí)濃硫酸，濃、稀硝酸與不活潑金屬銅反應(yīng)的異同。3、無(wú)干擾性：銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)均是在密閉無(wú)氧的環(huán)境中進(jìn)行，可排除空氣的干擾，能夠更準(zhǔn)確、長(zhǎng)時(shí)間的觀察到產(chǎn)物。4、多功能性：采用一套實(shí)驗(yàn)裝置，層層推進(jìn)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，既對(duì)比了濃、稀硝酸與銅的反應(yīng)，又做了一氧化氮與氧氣的反應(yīng)，還做了二氧化氮與水的反應(yīng)，可謂是一器多用。5、現(xiàn)象明顯直觀：實(shí)驗(yàn)中銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)，一氧化氮與氧氣反應(yīng)，二氧化氮與水反應(yīng)現(xiàn)象都非常的明顯直觀，便于觀察學(xué)習(xí)。6、綠色環(huán)保：將實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的多余氮氧化物通入氫氧化鈉溶液中處理，綠色環(huán)保。四、反思現(xiàn)今社會(huì)，國(guó)家對(duì)具有創(chuàng)新性人才的需求與日俱增，如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，將成為現(xiàn)代高質(zhì)量教育的一個(gè)重大課題。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)則是進(jìn)行創(chuàng)新教育的重要形式。本堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)旨在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程。在這樣的活動(dòng)中，學(xué)生不僅完成了知識(shí)的建構(gòu)同時(shí)也學(xué)會(huì)了科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，在感受成功喜悅的同時(shí)也提高了創(chuàng)新能力、形成了創(chuàng)新意識(shí)。參考文獻(xiàn)［1］中華人民共和國(guó)教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）［S］.北京：人民教育