氯气

《氯气·自来水·鱼》的与过程实录 文／张建波 一、设计思路 　1．探索应用研究性学习模式 　作为一种先进的教与学的模式，研究性学习正逐渐被人们所理解和接受。课堂教学是教学改革的主阵地，能不能将这种教学模式运用到课程教学中去?如何运用?带着这些问题，我有意识地尝试将这一模式渗透进常规的必修课中，设计课的教学。研究性学习的目标是希望培养学生关注社会生活的意识，善于发现问题、并通过类似科学研究的情境去解决问题的能力，从中培养其创新能力和实践精神，并完善其人格和人生观。所以，在必修课中运用研究性学习模式的最简便而有效的方法，就是从社会生活中寻找有探究价值的课题，并以此为线索组织旧知识的运用、新知识的学习，完成新旧知识的体系建构，提高学生的思维能力和实践能力。 　　氯水和次氯酸是《卤素》章节中的一个重要，笔者设计以生活常识的探讨来引入（发现问题），使课堂处于一种较为轻松但又能引人思考的气氛之中；在整个设计中体现“探究未知”的想法，在课的进行中始终坚持科学研究的一个原则——严密的逻辑推理；同时又设置研究和思考的坡度，使学生在参与的过程中自然地体会到这一设计想法，从而积累研究与学习的方法，体现教的目的真正在于让学生获得学的方法，形成自主学习的心理体验与准备。 　　2．探索实验的设计和拓展 　　研究性学习的展开，关键在于“探索未知”的情境。合适的情境有助于调动学生自身的潜能，只有被调动了的潜能才有可能发展成为学生的能力，这是我们以前所忽略的。本节课中的实验安排就是在恰当的进程中，或者引起学生思路的打开、或者验证学生的某些猜想、或者引发学生新的探索，让学生动手、动脑去获得、去发现，让实验在“探索未知”的情境成为真正的点睛之笔。 　　对实验作教学拓展，不但可以引发多个方向上的思考，使学生的技能得到锻炼、思维更加缜密，更在于能让学生有一种研究的体验。其最好的方法就是让学生把自己的探索实验说出来（包括实验中的体验），互相质疑（提问同学、同时接受同学的提问），这种收获将是全方位的。 　　实验中切合实际的使用一些先进的科学技术手段（如TI图形计算器），也将有助于提高实验的可视性，满足思考和讨论的需要。 　　二、教学目标 　　使学生了解氯气与水的反应，初步认识次氯酸的性质。 　　让学生体验科学问题探究的一般过程：发现问题—提出推测—实验观察、分析推理……完成实验验证—得出结论—提出新课题。 　　培养学生分析和解决问题的思维能力。 　　培养学生关注社会、生活的意识，培养生态责任感。 　　三、教学模式 　　情境引导—问题探究式。 　　四、过程实录 　　［导入1］为什么自来水不可直接用来养鱼? 　　（这是一个生活常识问题，让学生议论猜测，作为简单的铺设和研究引入。） 　　［研究1］用事实或实验来说明我们的推测—自来水中残留有氯—是否成立。 　　（要求设计安全简便的实验，仔细观察现象，做出合理的解释。） 　　［学生设计］直接闻自来水的气味；模拟氯气通入水中。 　　［实验小结］用小针筒将水注入储存有氯气的密封针筒中的方法较为安全简便；水体通氯后呈现淡黄绿色，说明有氯分子存在，证明水中有残留氯。 　　［拓展］这个实验是否还能得到其他的结论（如氯气的水溶性）? 　　如何判断氯气泄漏，你能作出怎样的生存反应?请用肢体语言达。 　　（引导应用发散性思维迁移观察点：由观察水体验证有氯残留，转向观察水体上方的气体颜色判断水溶性大小；生存反应的表演，既学以致用，又能使学生进入思维活跃状态。） 　　［转折］结合氯气在水中的溶解度数据，我们可以发现，只要注意合理的饮水方式（烧开后再喝），就可以有效地降低水中残留氯对人体的健康影响。 　　［导入2］人可以喝白开水，但能用白开水养鱼吗? 　　（设置情境，结合生活实际提出养鱼用水的廉价、实用、方便的处理。） 　　［研究2］为什么太阳晒就能除去自来水中的残留氯呢? 　　［学生讨论］水温升高引起水中残留氯的减少。 　　［课题小组Ａ代表汇报］使用ＴI图形计算器和相应的温度传感器，对置于室外水体样本进行了日晒下的水温监控。所得数据并结合氯气在水中的溶解度表明，日晒确实造成水温的上升，但达不到30％的除氯量。（投影实验数据和溶解度数据） 　　［转折］由课题小组的实验汇报来看，日晒除氯另有决定因素。那么，日晒究竟使残留有氯的水体发生了什么变化?我们都没有亲眼目睹过，那就让事实说话! 　　［课题小组Ｂ代表汇报］（同步放映氯水光照实验录像）由于实验在晚自修时间进行，用电灯代替太阳进行模拟日晒实验，20ｍｉｎ左右开始出现细小的无色气泡，以后气泡的体积和数量都有所增加。这是实验中的唯一现象，所以引起了注意，现在想和大家一起探讨一下，这逸出的气体究竟是什么?（学生自由猜测应答） 　　一开始我们也是这样猜测，后来发现，根据元素守恒，逸出的气体不外乎以下四种可能：氯气、氯化氢、氢气和氧气。那么如何确定呢? 　　（学生讨论并作答：无色气泡排除有色的氯气；而极易溶于水的氯化氢更不可能在这么稀的溶液中逸出；氧气可用带火星的木条检验是否存在；最后再确定氢气有无可能。） 　　在没有排除氢气存在的情况下，能用这种方法检验氧气吗?那就完了!其实氢气的产生需要电解水，要么用活泼金属置换，但现在这个实验不具备这样的条件；况且，如果水在光照下就会分解产生氢气，那么地球上就不存在流动的水，太平洋也早就是“燃烧太平洋”了!所以不可能有氢气。虽然产生并收集到的气体较少，我们最后还是用带火星的棉线条检测一下氧气的存在，请看录像…… 　　（学生表现出的严密的逻辑推理，和探索未知的精神，让人为之兴奋。） 　　［递进］那么为什么氧气的逸出会导致水中残留氯的减少呢?氯气通入水中可能已不是一个简单的物理过程。通过实验和已有的知识基础作出合理的成分判断。 　　［研究3］氯水中有哪些成分。 　　［学生实验］氯水成分摸索实验。 　　（不规定要进行哪些具体实验，让学生自由选择桌面上的试剂进行实验，没有结果继续摸索，有结果立刻汇报，现场气氛热烈，使研究进一步推向高潮。） 　　［学生小结］由氯水颜色确定有Ｃｌ２，由滴加硝酸银溶液出现白色沉淀确定有Ｃｌ－；由滴加碳酸钠溶液出现气泡并且该气体可使带燃着的火柴熄灭，以及蓝色石蕊试纸一开始变红，都证明有Ｈ＋的存在。但蓝色石蕊试纸后又变白无法说明，可能还有没检验出的成分。 　　［对照实验］（学生进行）水和盐酸分别滴到蓝色石蕊试纸上，颜色均不退去； 　　（师生合作）将一半润湿的红纸置入氯气集气瓶中，湿润部分颜色退去。 　　［实验说明］氯气在溶于水后，产生了一种能使有色物质退色的新物质——次氯酸，这种作用叫漂白。由此可以初步确定，氯水的成分有水、氯气、盐酸和次氯酸。 　　［推理］由氯水成分判断氧气产生的原因。 　　（这是一个能力整合的过程，在已知原始物质和实验结果的情况下，推理出其中的关键物质和可能的变化过程。） 　　［学生讨论］氯气和氯化氢由于元素不守恒，不可能直接转变为氧气；水也无法在现有的实验条件下直接转变为氧气；所以可能的原因是：氧气是次氯酸产生的，而光照可能是一个反应条件。 　　［研究4］次氯酸的性质有哪些特点。 　　［提问］次氯酸在光照下除了产生氧气之外，还有什么产物?请分析从氯气溶于水到氧气产生的反应全过程。 　　［学生讨论］Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ 　　　　　　2ＨＣｌＯ2ＨＣｌ＋Ｏ２↑ 　　［说明］分析非常清楚!但由于氯气与水的反应只是将氯气部分消耗，事实证明有氯气残留，所以这个反应用可逆符号来表示： 　　Ｃｌ２＋Ｈ２ＯＨＣｌ＋ＨＣｌＯ 　　请大家结合所做的实验和推理，合理解释日晒除氯的原因。 　　［学生讨论］日晒使次氯酸的分解，造成氯气的消耗，最终达到除氯的目的。 　　［提问］日晒后的氯水最终将变成什么?ｐＨ＝7～8的水最适合鱼的生存，那么日晒后的水是否就一定能直接用于养鱼?如何调节鱼儿生活用水的酸度? 　　（这3个递进的提问，主要考察学生在研究进行的同时，知识和学习能力的整合情况。） 　　［］课题解决过程中新获得的知识点和研究方法小结： 　　1．从生存反应看氯气的物理性质。 　　2．从为了解释日晒除氯看氯气与水的反应。 　　3．从探索日晒除氯的全过程看氯水的成分和转化。 　　4．从实验探索过程看新物质次氯酸的三大特性。 　　［布置新课题］短期课题：如何“环保”而有效地清理使用过的针筒? 　　中长期课题：同学们一开始从生活角度出发提出了很多去除自来水中残留氯的方法，其中大苏打（海波）是一种使用较为广泛的物品。但在实践中却非常强调其用量，过量则又会对鱼造成伤害，显然对海波使用量的度的把握极为重要，这个就作为我们的第二课题留给大家，题目就叫“海波除氯的原理及利弊分析”，运用我们今天所了解的研究问题的思维方式（推测—验证—归纳）或带着这个问题去学习。 　　（新课题的提出让学生的研究和学习有一个可持续发展的空间） 　　［结尾］回顾主题：氯气和鱼本没有联系，因为人们渴望亲近生态，用自来水养鱼，就把两者联系在了一起。但我们不希望只能在自家的水缸里见到鱼，我们更希望鱼的自然家园依然美丽。保护生态，就是保护生命的家园。 　　五、课后体会 　　通过这样一节课，除了让学生掌握氯水和次氯酸的相关化学知识，而且知识是按照他们的求知逻辑有步骤的获得的，让他们经历和体验了研究的过程。学生有了自学和自主研究的方法体验，可以说达到了较为满意的研究性学习教学模式的探索效果。 　　通过这节课，笔者个人感觉，研究性学习是一个边研究边学习的过程，在研究中学习，提高知识水平和思维能力，为新的研究打好基础；在学习中研究，拓展思维空间和培养提高解决问题的能力，两者是相辅相成的。当然研究性学习作为一种先进的学习方式，在不同的载体情况下，也可以有不同的侧重和方式变化，如课外研究课题组，可以适当增加研究探索的分量，而学习的形式也可以为开放式的网上交流、专家讲座或查阅资料再集中交流等。