高中化学探究性实验教学

高中化学探究性实验教学法示例

作者 彭剑锋 陕西省勉县第五中学教师 邮编 724200

化学是以实验为基础的自然科学。在分子和原子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化规律及合成、应用开发为研究范畴的基础学科。高中化学探究实验教学法可使学生亲自感受和经历科学研究过程，初步探索科学研究方法的重要手段和途径。高中化学教材中选配了大量的教师演示实验和学生分组实验，为教师实施素质教育、开展探究性实验教学提供了丰富的素材。教师在课堂教学中应因材施教，视教学班级类别学生层次差异不同，不应完全将其简单视为一般性验证实验，可在学生已有的知识能力的基础上重于引导，大胆推理、合理想象、精心设计、善于观察，根据实验现象，依照科学逻辑分析其成因，进而得出正确结论。这样可激发学生学习兴趣，培育信心、体验成就感。

示例一、 过氧化钠与水反应的实验探究

在研究过氧化钠与水的反应时，可做两个对比实验：首先将少量过氧化钠粉末包裹于脱脂棉花中，用滴管滴上几滴水，几秒钟后便立即燃烧。分析燃烧应同时具备的两个条件：一是可燃物温度达到着火点，二是须与氧气充分接触。由现象推理可知，过氧化钠与水的反应过程中能产生大量的热并释放出氧气。第二个实验是将少许过氧化钠粉末臵于试管底部，再滴入少量的水，观察到反应剧烈有大量的气泡产生，用带火星的木条臵于管口发现立即复燃并用手触摸试管外壁感觉较烫，由此证明前面的推理是正确的。随后往试管中再加少许水并充分振荡，待反应静止后，滴入几滴酚酞试液，溶液立即变红。由此说明，该反应还有氢氧化钠生成，其反应过程一般可表示为：

2 Na2O 2 +2 H2O == 4 NaOH + O2↑

2 Na2O 2 +2 H2O == 4 Na+ + 4 OH- + O2↑

根据Na 2O 2所含O 22-离子结构可知，氧元素氧化数为-1，Na 2O 2与水必发生歧化，分为两

个反应步骤，分别表示如下：

Na 2O 2 + H2O == 2 NaOH + H2O 2

H 2O 2不稳定，在有杂质（此处为NaOH ）催化下缓慢分解产生出更具氧化性的活性氧原

子，多数原子氧相互结合为氧分子。

2 H2O 2 == 2 H2O + O2↑

分析氧化还原过程：O 22- - 2e- →O 2↑ （氧化反应）

O22- + 2e- →2O 2- （还原反应）

待分析完该歧化反应过程后，细心的学生会发现原本试管内红色溶液已褪至无色！这是为什么呢？这要从溶液组成和性质及酚酞的结构谈起。

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资料查证：酚酞结构其变色原理

酚酞分子式：C 20H

14O 4，结构为右图所示。其分子结构中含有

两个酚羟基和一个内酯基, 我们知道酚羟基具有一定的弱酸性和还

原性，而酯基在较强的碱性溶液中能够水解。酚酞是一种弱有机酸，

在0＜pH

为红色的醌式结构, 这种酚酞的醌式或醌式酸盐，在碱性介质中不

稳定，它会慢慢地转化成无色羧酸盐式；当遇到较浓的碱液即pH ＞12时，会立即转变成无色的羧酸盐式。所以，酚酞试剂滴入浓碱液时，酚酞开始变红，很快红色退去变成无色。从酚酞的变色范围是8.2～10.0可知，酚酞只能在稀溶液中检验碱而不能检验酸。下图是酚酞溶液在不同酸碱环境下的结构及变色情况，由此可知，酚酞结构从强碱到强酸环境，越来越质子化，但是只有在强酸环境与碱性环境显现出颜色。

强酸 酸性～近中性 碱性 强碱

橘红色 无色 粉红～紫红 无色

这是因为在这两种环境下中心的碳原子为sp 2杂化，所有碳原子在同一平面，形成整个分子的大离域π键。由此可知，存在大共轭体系的分子其溶液容易表现出颜色。这是由于大共轭体系中的自由电子可以吸收特定波长的电磁波，从而显现出颜色。

推理与验证：依据前述对酚酞变色原理的认识，酚酞褪色与此时试管内溶液具有浓热的强碱性、强氧化性有直接关系，导致内酯式二元酚羟基结构很容易被破坏。而并不是碱被酚酞中和、水解而耗完所致，若此时再往试管中滴入氢氧化钠溶液仍不变红，即可说明。

为证明上述推测的合理性，特设计个对比实验，在较稀Na 2O 2水溶液中滴入酚酞前先

加入少量的MnO 2粉末，充分振荡使H 2O 2迅速完全分解，待悬浊液沉降静止后再往上层清夜

中滴入酚酞试液，观察到变红的溶液许久并无褪色。

可见，在具有氧化性的碱液中，使酚酞褪色的原因是，当碱液较浓时（pH ＞ 12）其强碱性对酚酞褪色发挥主导作用；当为稀碱液时，其强氧化性对酚酞褪色发挥主导作用。

示例二、 氯气通入含酚酞的NaOH 红色溶液中褪色原理的研究

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在证明氯气能与氢氧化钠溶液反应的实验中，有人试图滴入酚酞用红色氢氧化钠褪色来指示该反应的发生进程。殊不知氯气更易和酚酞发生氧化还原反应，才使氢氧化钠溶液因缺乏指示剂而褪色。该结论可以通过以下实验的到证实：

把氯气使含酚酞的红色氢氧化钠溶液褪至无色的溶液分装两支试管，往其中一支试管中再滴入几滴氢氧化钠，观察溶液并未见变红，说明原溶液中没有了酚酞；再往另一支试管中滴入几滴酚酞，观察到溶液立即变红。说明了氯气并没有首先和氢氧化钠反应。再通过另一个实验说明我们的推理的科学性：往用酒精水溶液配制的酚酞试液中先滴入几滴氯水或H 2O 2溶液，充分振荡，观察到溶液先变成乳白色浑浊稍后变成褐色澄清溶液，之后再

滴入几滴氢氧化钠溶液，并未发现溶液变红。

其实氯气能与碱反应可解释为氯气先和水作用产生两种酸，在碱性条件下两可逆反应平衡均向右移动，发生酸碱中和的结果。

Cl 2+H2O ⇌ H++Cl-+HClO, HClO ⇌ H++ClO-, H++OH- = H2O

若滴入还原性的酸性酚酞指示液，只能首先被氯水中次氯酸氧化而破坏。

通过以上两个探究性实验研究，使学生从探究性实验中悟出科学研究方法的灵活性和科学研究过程的严密性，分析推理的逻辑性、试验过程设计的合理性。为学生培育科学思维奠定启蒙基础。

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