过氧化钠化学创新实验设计论文

过氧化钠化学创新实验设计论文

1实验原理

二氧化碳是一种常用的灭火物质,学生对它并不陌生。但是在过氧化钠的“作用”下,二氧化碳可以反应生成助燃物质氧气。这种“灭火剂→助燃剂”的变化过程就是一种非常典型的认知冲突情境构建素材。利用这样“奇妙”的性质变化设计具有认知冲突情境的教学实验,无疑对激发学生学习兴趣和引导学生对相关化学知识进行深度思考都有显著的帮助。

2实验装置和试剂

试剂:过氧化钠粉末、玻璃棉、大理石、稀盐酸、圆形蜡烛(直径1.5cm,高度2.8cm)、火柴仪器:球型干燥管、200mL烧杯、玻璃导管、橡皮导管、止水夹、气球(或沙滩球)

3实验步骤与现象

(1)利用实验室制取二氧化碳的(简易)装置,提前制作一个二氧化碳气球(气体未干燥,环境相对湿度75%~95%),扎紧出气口备用。

(2)取一支干燥洁净的球型干燥管,用镊子将适量玻璃棉填充入球型干燥管中,以玻璃棉自然蓬松状填满干燥管球型区域1/2为宜。

(3)向填有适量玻璃棉的干燥管中装入过氧化钠粉末,以90%以上玻璃棉均匀蘸有淡黄色过氧化钠粉末为宜。

(4)组装“双烛异象”教学实验装置,此时两处止水夹均夹紧。

(5)点燃两根蜡烛,打开未连接球型干燥管一侧的止水夹,挤压气球缓慢通入二氧化碳气体,蜡烛随即熄灭;夹紧该侧止水夹,打开另一止水夹,同样挤压气球缓慢通入二氧化碳气体,可见球型干燥管中的过氧化钠粉末开始剧烈反应,同时该侧蜡烛的火光显著变亮。

4实验注意事项

4.1玻璃棉的使用

实验中若将过氧化钠粉末直接填充于干燥管中,会造成填料过实或过疏的情况,前者会使气流通道堵塞导致实验失败,后者则会造成二氧化碳未及时与过氧化钠粉末反应就通入烧杯使蜡烛意外熄灭的情况发生。笔者经过多次尝试发现使用玻璃棉填充可以很好地避免这些意外情况的发生。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化,形成棉状的材料,耐腐蚀且化学性能稳定。由于玻璃棉呈细丝状且较锋利,因此填充过程应使用镊子操作,以免手指划伤。利用玻璃棉填充干燥管球型区域1/2后,再将过氧化钠粉末附着于上,玻璃棉本身呈丝团状且较硬,因此可以有效地增大过氧化钠粉末与二氧化碳气体的接触面积,且能够保持适当的气通量使实验顺利进行。

4.2过氧化钠的填充

向填充玻璃棉的球型干燥管(15cm)中装入过氧化钠粉末时,应注意填充的数量及分布位置,这与实验能否成功有密切关系。只有在玻璃棉的分散和定型作用下,使过氧化钠粉末呈现实验编号1的分布情况时,实验可以成功。实验编号2、3和4由于填料不均匀或者填料过少,使干燥管中通出的气体中二氧化碳含量偏高,氧气含量偏低,熄灭蜡烛,导致实验失败。

4.3二氧化碳气球的制作

实验中的二氧化碳气源也可用实验室(简易)制取装置现场制取并通入,但是从实验时间和教学效果等角度综合考虑,使用二氧化碳气球提供气源是更好的选择。在气球的选择上,笔者尝试使用了普通气球(乳胶气球)和沙滩球(PVC塑胶气球)两种。结果发现,普通气球的优点是充气较易,利用实验室简易二氧化碳制取装置能够很快将其充起,缺点是实验过程中容易漏气,实验操作难度较大;沙滩球由于是用PVC塑胶制成,具备一定的硬度和定型能力,且充气口一般有防跑气设计,所以实验操作简便,在教学过程中几乎不会发生实验失败的意外情况,缺点是实验前期准备需要花费相对更长的时间进行充气。

5实验的教学意义

“双烛异象”实验通过创设认知冲突情境有效地激发了学生的学习兴趣,引导学生对过氧化钠和二氧化碳反应的化学性质进行思考,促进了学生对相关知识进行有效建构,是体现建构主义教学思想的良好实验素材。

作者:张德贵 单位:上海市徐汇中学