過氧化鈉與水反應(yīng)后滴加酚實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

過氧化鈉與水反應(yīng)后滴加酚實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

“鈉轉(zhuǎn)移反應(yīng)后滴注酚水”是一種經(jīng)典的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)。操作簡單直觀（添加酚水后立即變紅，試管紅消失），具有良好的視覺效果。尤其實(shí)驗(yàn)中的紅色褪去現(xiàn)象的出現(xiàn),讓師生均對(duì)此產(chǎn)生探究的興趣,對(duì)該褪色原因的闡釋目前有多種觀點(diǎn)[1~5],包括生成具有氧化性的H2O2,生成濃度較大的NaOH溶液,HO2-和自由基中間體破壞了指示劑發(fā)色基團(tuán)……這些觀點(diǎn)是在教學(xué)中一股腦地進(jìn)行講解,抑或是回避不談?筆者認(rèn)為,該實(shí)驗(yàn)素材在高中教學(xué)的不同階段應(yīng)該有不同的呈現(xiàn)方式和教學(xué)功能。1高現(xiàn)場(chǎng)教育階段1.1程標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)描述關(guān)于“過氧化鈉與水反應(yīng)”的內(nèi)容在課程標(biāo)準(zhǔn)中表述如表1所示。“過氧化鈉與水反應(yīng)”在三種版本的高中化學(xué)教材中的呈現(xiàn)方式不同,具體如表2所示。1.2添加酚后“紅”及“五化”的認(rèn)知基礎(chǔ)缺失以使用人教版教材的學(xué)生為例,高一新授課階段,學(xué)生在前一章(第二章)已經(jīng)學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的基本概念,但元素化合物知識(shí)才剛剛開始(位于第三章第二節(jié),第一節(jié)是金屬的化學(xué)性質(zhì),鈉的氧化物是金屬化合物的起始內(nèi)容),學(xué)生對(duì)酚酞加入后“先變紅、后褪色”的認(rèn)識(shí)缺乏認(rèn)知基礎(chǔ),如“氯水使有色布條褪色”、“SO2使品紅褪色”等均在后一章(第四章)才出現(xiàn),況且褪色原因的分析教師也不一定能講清楚(紅色是否褪去與過氧化鈉與水的相對(duì)用量、反應(yīng)溫度及pH等均有關(guān)系),45分鐘(甚至40分鐘)的新授課的重點(diǎn)是對(duì)氧化鈉和過氧化鈉的性質(zhì)的認(rèn)識(shí),如果通過實(shí)驗(yàn)探究或講授很難將問題說清楚,且會(huì)沖淡了新授課的主題。1.3氧還原實(shí)驗(yàn)2-5還是以人教版為例,氧化鈉、過氧化鈉的性質(zhì)共計(jì)1課時(shí)內(nèi)容,本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)不妨定位為:“用實(shí)驗(yàn)、比較、分類等科學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)氧化鈉、過氧化鈉的性質(zhì)、用途”。目標(biāo)達(dá)成過程中,Na2O的性質(zhì)可以借助類比的科學(xué)方法,借助學(xué)生初中對(duì)CaO性質(zhì)的了解,建立堿性氧化物的概念,順理成章地呈現(xiàn)出Na2O與水、酸的反應(yīng);Na2O2與水的反應(yīng)則采用學(xué)生實(shí)驗(yàn)(人教版教材實(shí)驗(yàn)3-5:把水滴入盛有少量過氧化鈉的試管中,立即把帶火星的木條放在試管口,檢驗(yàn)生成的氣體。用手輕輕摸一摸試管外壁,有什么感覺?然后向反應(yīng)后的溶液中滴加酚酞溶液,有什么現(xiàn)象發(fā)生?)的方法,感受(觸覺)反應(yīng)的熱效應(yīng)、用帶火星木條檢驗(yàn)生成的氣體(生成O2)、觀察(視覺)滴加酚酞后的現(xiàn)象(堿性物質(zhì)),條件允許的話可以引導(dǎo)學(xué)生用已學(xué)的氧化還原反應(yīng)原理分析Na2O2與水及CO2的反應(yīng);最后采用對(duì)比的方法對(duì)氧化鈉和過氧化鈉的性質(zhì)進(jìn)行歸納總結(jié)。在此過程中筆者不贊成演示紅色褪去的現(xiàn)象,尤其在新授課就引導(dǎo)分析試管振蕩后紅色褪去的原因。學(xué)生看到異?，F(xiàn)象不講不好,可是講不清不如不講,后續(xù)研究性學(xué)習(xí)等活動(dòng)中討論之更加貼切。教師在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(或演示)過程中通過反應(yīng)條件的控制,盡量讓學(xué)生能觀察到溶液變紅的現(xiàn)象,這也是本實(shí)驗(yàn)安排在此的目的(直觀地驗(yàn)證生成的2種產(chǎn)物)。楊承印等早在1997年就撰文提出“取黃豆粒大小Na2O2(約0.5g)于試管中,加水約1mL,劇烈反應(yīng)后,用帶有余燼的木條檢驗(yàn)O2的存在。再把溶液倒入盛有100mL水的燒杯中(倒前加酚酞更佳),出現(xiàn)紅色,此紅色溶液長時(shí)間不褪色”的方案。2開設(shè)“校本懷疑實(shí)驗(yàn)”的校本2課新課改以來,大部分普通高中均設(shè)立了校本選修課程(我校設(shè)置了學(xué)科活動(dòng))。在類似的平臺(tái)下,我們可以為均有濃厚化學(xué)學(xué)習(xí)興趣和較好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生開設(shè)“課本疑難實(shí)驗(yàn)”的校本選修課程(學(xué)科活動(dòng)、研究性學(xué)習(xí)等)。實(shí)驗(yàn)“過氧化鈉(或過氧化氫)水溶液滴加酚酞的顏色變化”可以在高二下階段為學(xué)生開設(shè),此時(shí)學(xué)生已經(jīng)完成了2個(gè)必修模塊的學(xué)習(xí)(已經(jīng)具備了氯水、SO2的漂白等必要的素材積累),有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)模塊(人教版選修5)學(xué)習(xí)也基本完成(具備了一定的官能團(tuán)意識(shí))。2.2對(duì)實(shí)驗(yàn)假設(shè)的探究[活動(dòng)主題]過氧化鈉與水反應(yīng)后滴加酚酞的顏色變化[資料獲取]以“過氧化鈉”、“酚酞”、“Phenolphthalein”等為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索引擎、維基百科(圖1)、期刊文獻(xiàn)(教師可以提前在期刊網(wǎng)檢索相關(guān)文獻(xiàn))等多方面的檢索。[匯報(bào)交流]學(xué)生將檢索的結(jié)果制作成PPT等形式進(jìn)行展示、交流(略)。[實(shí)驗(yàn)探究]指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行完整的科學(xué)探究:(1)提出研究假設(shè)。結(jié)合已有的知識(shí)儲(chǔ)備,借助網(wǎng)絡(luò)、文獻(xiàn)等資料檢索及整理,提出以下可能的理論假設(shè):1生成燒堿溶液,堿性過強(qiáng)導(dǎo)致顏色褪去;2有中間產(chǎn)物H2O2生成,其強(qiáng)氧化性導(dǎo)致紅色褪去;3……(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。若學(xué)生缺乏探究經(jīng)歷,教師可以適當(dāng)引導(dǎo),如驗(yàn)證假設(shè)1時(shí),教師可以向事先準(zhǔn)備好的不同濃度的燒堿(0.4%~40%)溶液中滴加酚酞,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。也可以引導(dǎo)學(xué)生適當(dāng)參考文獻(xiàn)中一些已有的做法[13~17],但我們更加提倡學(xué)生自行設(shè)計(jì)的方案,哪怕這些方案不是很嚴(yán)密、很科學(xué)。(假設(shè)2、假設(shè)3、假設(shè)……的驗(yàn)證過程略。)(3)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論:小組交流(略)。最后需要提醒的是,教師在學(xué)生提出假設(shè)、設(shè)計(jì)方案及得出結(jié)論的過程中不要過多的予以“干涉”,哪怕學(xué)生的理論假設(shè)是“不切實(shí)際”的,只要他們能完整地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,其不切實(shí)際的假設(shè)自然不攻自破,退一步講,該實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論真的很重要嗎?教師沒有必要強(qiáng)行地灌輸自以為比較成熟的理論解釋,對(duì)于研究性學(xué)習(xí)活動(dòng),我們主要提供學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的平臺(tái),有些結(jié)論性的東西教師不一定就能說清楚,比如“排除了強(qiáng)堿性的影響因素后,紅色褪去是因?yàn)镠2O2的強(qiáng)氧化性還是由于HO2-離子對(duì)共軛體系的破壞?”2.3觀察液與紅的反應(yīng)前后學(xué)生的理性分析對(duì)高一新課階段的過氧化鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再次的深入剖析會(huì)讓學(xué)生有更高的探究熱情。此時(shí)學(xué)生觀察到溶液先變紅后褪色不僅會(huì)有視覺沖突的驚喜,也會(huì)立即走向理性分析,較為完備的基礎(chǔ)知識(shí)為學(xué)生較獨(dú)立地完成探究過程提供了可能;同時(shí)也在活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了新授課中未能及時(shí)達(dá)成的“體驗(yàn)科學(xué)探究的過程,學(xué)習(xí)運(yùn)用以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的實(shí)證研究方法”目標(biāo)。33.4級(jí)3.1物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)高三一輪復(fù)習(xí)前,學(xué)生(江蘇地區(qū))已經(jīng)完成了2個(gè)必修模塊和3個(gè)選修模塊(“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”、“化學(xué)反應(yīng)原理”和“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”)的學(xué)習(xí)。此時(shí),學(xué)生不僅具備了必要的基本概念理論(氧化還原反應(yīng)、反應(yīng)熱、反應(yīng)的速率限度、弱電解質(zhì)的電離等)、較系統(tǒng)的元素化合物知識(shí)(SO2使品紅褪色、氯氣使潮濕的有色布條褪色)及有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)(官能團(tuán)及官能團(tuán)之間的影響),隨著年齡的增長,學(xué)生的理性思維能力也隨之提升,對(duì)處理綜合性問題有更加濃烈的興趣和更加完備的基礎(chǔ)。3.2拓展三維目標(biāo)達(dá)成模式高三復(fù)習(xí)階段不僅是對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的“溫故”,更需要在此基礎(chǔ)上“知新”。知識(shí)點(diǎn)的回顧和知識(shí)體系的完整固然重要,但學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生(復(fù)習(xí)亦如此),如果沒有情感的調(diào)動(dòng)、沒有學(xué)生積極的參與,知識(shí)技能目標(biāo)的達(dá)成恐怕也要打折。此時(shí)以實(shí)驗(yàn)“過氧化鈉水溶液中滴加酚酞后的顏色變化”為主題的專題復(fù)習(xí)可以幫助實(shí)現(xiàn)三維目標(biāo)的綜合達(dá)成,較大程度地提高高三復(fù)習(xí)效率。高三復(fù)習(xí)階段此實(shí)驗(yàn)素材教學(xué)的分解目標(biāo)如圖2。3.3研究對(duì)象片斷1PPT投影圖3,觀察圖3中酚酞在不同階段的結(jié)構(gòu)簡式(也可選用圖1中的結(jié)構(gòu)簡式或立體模型),比較分子(Ⅰ)(Ⅲ)(Ⅴ)中心碳原子的雜化方式,與其在溶液中呈現(xiàn)的不同顏色有聯(lián)系嗎?設(shè)計(jì)意圖:運(yùn)用選修3(“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊)的知識(shí),比較有機(jī)物分子中碳原子的雜化方式(sp2、sp3),教師還可以在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生比較分子(Ⅰ)(Ⅲ)(Ⅴ)中3個(gè)(或2個(gè))苯環(huán)的共面情況,借此順勢(shì)解釋酚酞在溶液中呈紫紅色的原因:分子(Ⅲ、Ⅳ)的平面結(jié)構(gòu)有利于形成共軛體系;同時(shí)為后階段分析酚酞紅色褪去或恢復(fù)提供理論基礎(chǔ),酸堿性的改變導(dǎo)致圖3中平衡的移動(dòng),進(jìn)而理性看待宏觀的顏色變化。片斷2紅色褪去原因的實(shí)驗(yàn)探究(1)已知過氧化鈉與水反應(yīng)有中間產(chǎn)物H2O2生成,H2O2是一種二元弱酸,紅色褪去是由于其中和了生成的NaOH嗎?試提出實(shí)驗(yàn)方案予以說明。(2)有實(shí)驗(yàn)證明向5%NaOH溶液中滴加酚酞,3min后紅色褪去,試結(jié)合圖3解釋之并設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)佐證。設(shè)計(jì)意圖:(1)完善學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究模式的了解,注意實(shí)驗(yàn)過程中反應(yīng)條件的控制(控制溫度、陰離子類型等變量),類似問題還出現(xiàn)在“含酚酞的燒堿溶液中滴加氯水顏色褪去的原因”、“某催化劑鐵的氧化物中鐵元素價(jià)態(tài)探究”(2008高考廣東卷21題)、“無水三草酸合鐵酸鉀在一定條件下加熱分解所得固體產(chǎn)物中鐵元素存在形式的探究”(2009高考廣東卷21題)中……。(2)綜合運(yùn)用選修4“化學(xué)反應(yīng)原理”中的平衡移動(dòng)原理、反應(yīng)的熱效應(yīng)等,選修5“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”中有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)的變化等知識(shí)理性地認(rèn)識(shí)指示劑顏色變化的原因。片斷3(1)指明圖3中分子(Ⅰ)中含氧官能團(tuán)的名稱。(2)嘗試以鄰二甲苯和苯酚為主要原料合成酚酞(已知:鄰苯二甲酸酐在ZnCl2作用下與苯酚縮合成酚酞)。設(shè)計(jì)意圖:(1)以酚酞在不同酸堿性環(huán)境中的中間結(jié)構(gòu)為素材,鞏固學(xué)生對(duì)官能團(tuán)的認(rèn)識(shí)(基礎(chǔ)知識(shí)回顧);(2)在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)酚酞的合成方案,綜合運(yùn)用已有知識(shí)和題給信息進(jìn)行有機(jī)合成的提升訓(xùn)練。江蘇高考試題2003年就曾以酚酞合成(第2題)為素材命制了推斷題,10年后(2013年)又在有機(jī)綜合題(第17題)中考查了酚酞中的官能團(tuán)名稱,與片斷3問題的設(shè)計(jì)不謀而合。附高考試題(節(jié)選):[2003年江蘇卷24題]“常用指示劑酚酞的合成”[下圖(a)],……E是一種常用的指示劑酚酞,結(jié)構(gòu)如下圖(b)。寫出A、B、C、D的結(jié)構(gòu)簡式。[2013年江蘇卷17題(節(jié)選)]化合物A(分子式為C6H6O)是一種有機(jī)化工原料,在空氣中易被氧化。A的有關(guān)轉(zhuǎn)化反應(yīng)如圖:(2)G是常用指示劑酚酞。寫出G中含氧官能團(tuán)的名稱:__和__。教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成往往不是某單一課時(shí)能完成的,哪怕某一很小知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)也是如此,分階段達(dá)成目標(biāo)是受學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)階段、教材編寫等諸多因素共同決定的。過氧化鈉與水反應(yīng)后的體系中滴加酚酞是一個(gè)較為復(fù)雜的反應(yīng)體系,沒有必要在高一新授課就讓學(xué)生將之理解透徹,高一主要以此為素材幫助學(xué)生了解鈉的過氧化物的主要性質(zhì),課本中設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)的初衷也