視頻標(biāo)簽：全國初中化學(xué),實驗教學(xué)說課

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視頻課題：第五屆全國初中化學(xué)實驗教學(xué)說課視頻《二氧化碳收集方法再探究》-鄭州

教學(xué)設(shè)計、課堂實錄及教案：第五屆全國初中化學(xué)實驗教學(xué)說課視頻《二氧化碳收集方法再探究》-胡德輝鄭州市第十九中學(xué)初中化學(xué)

《二氧化碳收集方法再探究》教學(xué)設(shè)計
鄭州市第十九中學(xué) 胡德輝
一、使用教材：
    義務(wù)教育教科書人教版九年級化學(xué)第六單元 課題 2
二、實驗器材：
試管、250mL燒杯、二氧化碳發(fā)生裝置、橡膠管、玻璃導(dǎo)管、150mL集氣瓶、玻璃片、秒表、注射器、軟塑料瓶、帶導(dǎo)管的橡膠塞、止水夾、氧氣傳感器、改造過的單孔橡膠塞（圖 1）。

圖 1
火柴、水、品紅、小蘇打、檸檬酸、氫氧化鈉溶液。
三、實驗創(chuàng)新要點：
1、人教版化學(xué)九年級上冊課本中，沒有明確指出實驗室不能用排水法收集二氧化碳，但是課本114頁在介紹排水法時明確指出：排水法適用于不易溶于水，不與水反應(yīng)的氣體。學(xué)生在未進行實驗探究的情況下會自然而然認(rèn)為二氧化碳不能用排水法收集，所以有必要對二氧化碳收集方法進行深入挖掘。
2、在實驗探究過程中，問題的設(shè)置和結(jié)論的得出具有連續(xù)性和邏輯性，更加突出化學(xué)學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)性。
3、引入二氧化碳發(fā)生裝置、氣體傳感器等數(shù)字化儀器，使實驗過程更嚴(yán)謹(jǐn)、實驗現(xiàn)象更明顯、實驗結(jié)論更可信。讓學(xué)生直觀感受到科技的發(fā)展對科學(xué)研究的推動作用，有助于培養(yǎng)學(xué)生較高的信息意識，提高數(shù)字化生存能力，適應(yīng)社會信息化趨勢。
四、實驗設(shè)計思路：
1、通過排水法和向上排氣法的對比，得出排水法比向上排氣法所需時間較長，從時間角度考慮，似乎實驗室不適合用排水法收集二氧化碳。
2、提出猜想：收集二氧化碳時向上排氣法比排水法所需時間短，可能是由于集氣瓶口木條熄滅時二氧化碳還未收集滿。
3、通過兩個軟塑料瓶的變癟程度證明判斷哪種方法收集的二氧化碳更純凈，并通過氧氣傳感器對兩種方法收集的二氧化碳進行定量研究。
5、借助氧氣傳感器，測量“用向上排氣法收集等體積、等濃度的二氧化碳”需要多長時間。
6、將排水法和向上排氣法收集的二氧化碳的濃度和收集時間進行對比，綜合判斷實驗室是否適合用排水法收集二氧化碳。
五、實驗教學(xué)目標(biāo)：
知識與技能方面通過實驗探究，知道實驗室合適用排水法收集二氧化碳。學(xué)會實驗探究的一般思路。
過程與方法方面通過實驗探究，運用比較、分析、歸納等方法，體驗探究活動的樂趣。
情感態(tài)度價值觀方面通過探究式學(xué)習(xí)初步養(yǎng)成批判性思維和創(chuàng)造性思維。通過對數(shù)字化教學(xué)工具的使用，明白科技發(fā)展對科學(xué)研究的重要作用。
六、實驗教學(xué)內(nèi)容
本節(jié)課是學(xué)生學(xué)過二氧化碳的性質(zhì)及收集方法后的拓展探究，利用排水法和排空氣法收集二氧化碳的效果不同探究是否適合用排水法收集二氧化碳。
七、實驗教學(xué)過程：
提出問題一：
二氧化碳能溶于水，能與水反應(yīng)的這兩個性質(zhì)，對排水法收集二氧化碳的影響有多大？
收集證據(jù)：
1、在“對人體吸入的空氣和呼出的氣體的探究”中就已經(jīng)用排水法收集到了二氧化碳。
2、二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸不穩(wěn)定易分解，又生成二氧化碳。
3、二氧化碳可溶于水，但該過程需要時間較長。
為了讓同學(xué)們直觀感受到第三個證據(jù)，我課前做了一個實驗：將裝滿二氧化碳氣體的試管倒扣在品紅溶液中，其中，品紅不與二氧化碳反應(yīng)，只是起到便于觀察的作用。1個小時后，試管內(nèi)液面上升很少（圖 2），24小時后，試管內(nèi)液面上升明顯，但還沒有滿（圖 3）。
       
圖 2               圖 3
通過這個實驗可以驗證，雖然二氧化碳可溶于水，但溶解速率較慢。
猜想與假設(shè)：
二氧化碳可溶于水且可與水反應(yīng)的性質(zhì)對 排水法收集二氧化碳有較小影響。
實驗探究一：
學(xué)生代表進行演示實驗，將二氧化碳發(fā)生裝置的壓力和放氣閥調(diào)至指定位置，分別用排水法和向上排氣法收集一瓶二氧化碳氣體，并用秒表記錄收集滿所需時間（圖 4）。

圖 4
實驗現(xiàn)象：
排水法可以收集到二氧化碳，用時平均為33秒，向上排氣法用時平均為13秒。
得出結(jié)論：
①排水法可以收集到二氧化碳氣體 ②排空氣法比排水法所用時間少。
所以二氧化碳能溶于水且能與水反應(yīng)的性質(zhì)對排水法收集二氧化碳有影響，實驗室不合適用排水法收集二氧化碳。
實驗反思：
該結(jié)論有不嚴(yán)謹(jǐn)之處：排水法收集二氧化碳是，能夠直觀看到水被全部排出，有大量氣泡從瓶口冒出，證明二氧化碳收集滿。向上排氣法利用集氣瓶口燃著的木條熄滅，證明二氧化碳收集滿。
提出問題二：
集氣瓶口燃著的木條熄滅就能證明二氧化碳收集滿了嗎？
收集證據(jù)：
用排水法收集兩瓶不同濃度的二氧化碳氣體，二氧化碳所占體積分?jǐn)?shù)分別為10%和30%，將燃著的木條分別伸入兩個集氣瓶中。發(fā)現(xiàn)，將燃著的木條伸入30%的集氣瓶中時，木條熄滅，伸入含二氧化碳10%的集氣瓶中則正常燃燒。
收集判斷依據(jù)：當(dāng)二氧化碳含量達到30%時，就足以使燃燒的木條熄滅。
猜想與假設(shè)：
集氣瓶口燃燒的木條熄滅時，二氧化碳可能沒有收集滿。
實驗探究二：
用兩個軟塑料瓶收集兩瓶二氧化碳，其中，一瓶用排水法收集，一瓶用向上排氣法收集。與塑料瓶連接的兩個相同的注射器中加入等體積、等濃度的氫氧化鈉溶液（圖 5）。
補充知識點：氫氧化鈉溶液可以與二氧化碳反應(yīng)，但不與空氣中的其他氣體反應(yīng)。
將氫氧化鈉溶液注入軟塑料瓶中，振蕩。
實驗現(xiàn)象：
用排水法收集的二氧化碳瓶子比用向上排氣法收集的二氧化碳瓶子變得更癟。
得出結(jié)論：
“燃著的木條在集氣瓶口能迅速熄滅”作為二氧化碳收集滿的判斷依據(jù)不嚴(yán)謹(jǐn)。排水法收集的二氧化碳純度較高。
提出問題三：
如何定量分析“排水法可以比向上排氣法收集到純度更高的二氧化碳”？
實驗探究三：
可以借助數(shù)字化教具：氣體傳感器來進行測量。由于市面上的二氧化碳傳感器都是用來測量空氣中的二氧化碳含量，量程較小，沒有適合本實驗的二氧化碳傳感器，所以借助氧氣傳感器間接測出集氣瓶中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)。因為氧氣約占空氣體積分?jǐn)?shù)的1/5，如果測出氧氣占比為X，則二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)就約為1-5X。
由于氧氣傳感器無法固定在集氣瓶上，需要將氧氣傳感器與提前制作好的帶孔橡膠塞連接（圖 6），提高裝置的氣密性，增加數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度。

圖 6
將氧氣傳感器與兩瓶分別用向上排空氣法和排水法收集的二氧化碳集氣瓶連接，從電腦屏幕上讀出兩瓶氣體中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，從而計算出二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)。
實驗現(xiàn)象：
用排水法收集的集氣瓶中氧氣含量為2.4%（圖 7），則二氧化碳含量約為88%，用排空氣法收集的集氣瓶中氧氣含量為6.7%（圖 8），則二氧化碳含量約為67%。

圖 7                圖 8
由于這個實驗中用到的儀器準(zhǔn)確度較高，操作過程中可能會由于氣體流動而出現(xiàn)誤差。除去誤差干擾后，我們?nèi)匀荒軌虻贸雠潘�法比向上排氣法收集到的二氧化碳更純凈�?br /> 提出問題四：
若用向上排空氣法收集等體積、等濃度的二氧化碳，需要多長時間？
實驗探究：
將橡膠塞進行改裝，與氧氣傳感器連接，再將其與集氣瓶連接，用向上排氣法收集二氧化碳（圖 9）。

圖 9
待傳感器示數(shù)達到與排水法相當(dāng)?shù)氖緮?shù)時，停止收集，記錄時間。
實驗現(xiàn)象：
用向上排空氣法收集等體積、等濃度的二氧化碳，時間為33 s時集氣瓶中二氧化碳體積分?jǐn)?shù)約70%，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)達到88%所需時間為50 s（圖 10）。

圖 10
排水法收集二氧化碳，集氣瓶中二氧化碳體積分?jǐn)?shù)為88%，學(xué)生演示實驗時，排水法收集滿所用時間為33 s.
得出結(jié)論：
無論從收集得到氣體的純度還是收集時間上考慮，實驗室合適用排水法收集二氧化碳。
八、實驗效果評價：
本節(jié)課較好完成了制定的教學(xué)目標(biāo)：
①在課本學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對于二氧化碳的收集方法進行深度挖掘，問題的設(shè)置具有連續(xù)性和邏輯性，結(jié)論更具有說服力。使學(xué)生對實驗探究的一般思路和方法有了清晰的認(rèn)識。通過創(chuàng)新實驗，提高學(xué)生創(chuàng)造性思維，提高設(shè)計探究性實驗的能力。
②引導(dǎo)學(xué)生不拘泥于課本的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生充分認(rèn)識到“化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)”，有助于學(xué)生養(yǎng)成批判性思維。
③借助數(shù)字化儀器，不僅提高了實驗的科學(xué)性，也 讓學(xué)生體會到科技發(fā)展對科學(xué)研究起到的推動作用,有助于培養(yǎng)學(xué)生較高的信息意識，提高數(shù)字化生存能力，適應(yīng)社會信息化趨勢。
并且，這三點也符合“中學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”中對應(yīng)的三點內(nèi)容。
 

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