锈铁钉与稀盐酸、稀硫酸反应现象的探究

锈铁钉与稀盐酸、稀硫酸反应现象的探究 锈铁钉与稀盐酸、稀硫酸反应现象的探究,理化生教学与研究, 俞丽娟 约3162字 一、探究性学习课建立的背景 在化学课程教学中，进行探究性学习，对于培养学生的创新精神和实践能力，完善学生的科学素质具有重要意义。 第9章酸碱盐学习结束后，学生遇到这样一道题目，将生锈的铁钉投入装有足量稀盐酸(稀硫酸)的试管中，观察到的现象是:铁锈逐渐溶解，溶液由无色变为黄色，过一会儿铁钉表面有气泡冒出，溶液最后变成淡绿色。学生在接触这个问题时，提出了质疑: 1.在演示实验中，并未观察到溶液最后呈浅绿色，而是黄色。 2.从理论上分析，当稀盐酸(稀硫酸)与锈铁钉完全反应后，溶液中既有Fe，也有Fe。 FeO+6HCl,2FeCl+3HO FeO+3HSO,Fe(SO)+3HO 当铁锈溶解后，又会发生反应: Fe+2HCl,FeCl+H? Fe+HSO,FeSO+H? 溶液最后到底显什么颜色, 我将这个问题交给化学课外兴趣小组的学生去探究，要他们将上述问题设计成实验，亲自动手做一下，仔细观察实验现象，并认真做好。 二、探究性学习的设计和实施 1.通过实验发现问题。 化学兴趣小组活动时间，我将兴趣小组的学生带到化学实验室，首先要他们自己配制1?3的稀盐酸和1?5的稀硫酸，然后做生锈铁钉与稀盐酸、稀硫酸的反应，并进行对比。实验中观察到，铁钉与稀盐酸反应时，溶液很快(数秒后)变成黄色，铁锈缓慢溶解，待铁锈溶解后，铁钉表面先有少量细小气泡缓慢冒出，然后逐渐变多变快;生锈铁钉投入稀硫酸中，很快就观察到铁钉表面有气泡(铁锈未全部溶解)，振荡试管，铁锈很快脱落，沉至管底，铁钉表面气泡变多变快，但溶液颜色变化不明显，显非常浅的黄色，反应一个多小时后，两支试管中铁钉表面仍在不断地快速冒气泡，但颜色均未变为浅绿色。我要求学生将试管放在试管架上，等第二天早上再来观察溶液颜色是否仍显黄色。 第二天早上，学生迫不及待走进实验室观察时，溶液已都变成非常浅的绿色，铁钉表面仍有少量气泡冒出，他们又惊奇地发现:放在稀硫酸中的铁钉表面附着许多浅绿色的透明晶体，两支试管上端液面上飘浮了一层黑色丝状物，且溶液中也有黑色丝状物在上下游动。 通过实验和观察，学生有了初步认识: (1)锈铁钉与稀盐酸(或稀硫酸)反应，最后都能得到浅绿色的(Fe)溶液，但需要较长的时间。 (2)去锈速度稀硫酸要比稀盐酸快得多，所以在除去铁锈时，用稀硫酸更好。 那么，第(2)认识是否具有科学性呢, 在实验中，学生又有新的问题产生了: (1)溶液中的Fe哪里去了, (2)锈铁钉与稀硫酸反应，铁钉表面的晶体是什么物质,为什么会形成晶体, (3)黑色丝状物是什么, 这些新的问题还有待进一步探究，我鼓励学生查找资料，继续实验探究。 2.查找资料，分析原因，继续实验，验证推测。 兴趣小组经查找资料，再次实验，小组讨论后发现: (1)Fe失踪的原因为: 2Fe+Fe,3Fe 即溶液中的Fe都被Fe还原成Fe，故溶液中最后没有Fe，只有Fe，因此显浅绿色，并了解到Fe不稳定，容易被空气中的O氧化成Fe，故要保存Fe的水溶液，应在Fe溶液中放一根铁钉。 (2)生成绿色晶体的现象，未能在资料中找到，但得知硫酸亚铁晶体(FeSO?7HO)是绿色的，故推测很可能是硫酸亚铁晶体，并设计了如下实验验证:将铁钉取出，用蒸馏水将表面冲洗数次，除去表面带出的溶液，然后刮下晶体，加水溶解，将所得试液分成两份，向其中一份中加少量Ba(NO)溶液和足量稀硝酸，发现有白色沉淀产生，证明晶体中有SO存在;向另一份中加入NaOH溶液，有浅灰绿色沉淀生成，将沉淀倒在滤纸上(目的是增大沉淀与空气中O的接触面积)，沉淀立即变成红褐色(因Fe遇O会生成Fe)，故证明晶体里有Fe。其形成晶体的原因应是生成的FeSO超过了试管中的水的最大溶解能力，故而结晶析出。 (3)黑色丝状物未能找到解答，但推测可能是碳，因为铁钉主要成分是钢，钢中含有0.03%—2%的碳，并设计了如下实验验证:将溶液过滤，在滤纸上得到黑色丝状物，洗涤后将它转移到坩埚中加热，丝状物消失，说明它应能与空气中的O反应，转变成了气体。由于黑色丝状物量很少，加上学生初学化学，毕竟知识有限，初中化学实验室也没有精密仪器，故只能作出上述验证。 (4)稀硫酸(1?5)是否比稀盐酸(1?3)除锈效果好呢,我提示学生要比较优劣，必须在条件大致相同的情况下进行，首先要计算出两种稀溶液中溶质的质量分数。同学们很快算出稀硫酸(1?5)含HSO为26.4%，稀盐酸(1?3)中含HCl10.7%，并立即明白稀HSO中含溶质的质量分数大，不一致，还不能作出判断哪个除锈效果更好。并设计了如下对比实验:20%稀HSO、15%稀HSO、10%稀HSO、10%稀HCl分别与生锈铁钉反应，结果发现几种稀HSO的除锈速度明显比稀HCl要快，且以15%稀HSO除锈速度最快，效果最好。自此得出结论:除铁锈稀HSO比稀HCl效果好，且以15%稀HSO效果最佳。 至此，学生通过亲身实践，对原来的疑问就一清二楚了。 三、探究性学习活动的和体会 1.评价。 (1)评价方式 阶段评价与综合评价相结合;打分与语言评价相结合;学生评价与教师评价相结合。教师评价必须以科学的理论做指导，讲求科学的方法与策略。科学而又合理的评价能对学生产生积极心理影响，学生就如一部“发动机”，借助合理的评价去启动它，就可以拉动探究的“链条”，旋转思维的“齿轮”，扳动能力的“杠杆”，使他们各方面都激活起来，从而形成更好的探究策略。要特别注重学生间的相互评价和自我评价，让评价成为促进学生主体意识形成，质疑解疑能力提高的活动，使学生在评价中为自己的学习主动承担责任，在评价中发现新的问题，并不断探究新问题。 (2)评价范围 ?观察发现问题能力。?操作能力。?语言表达能力。?合作品质。?克服困难的品质。 2.体会。 纵观整个探究性学习活动的全过程，由于实验室条件有限、学生知识层次较低等因素，本节课题探究还存在着有待完善的地方，或许有的结论还不够完整，存在一些错误，但笔者认为作为活动的主体，学生的收获远大于存在的不足。 1.要进行探究性学习，必须多渠道(图书馆、资料室、互联网等)获取信息，在不知不觉中学生的知识面就扩大了，随着知识面的扩大，新的问题也就不断形成，无形中就培养了学生发现问题、探索问题的能力。 2.探究性学习，离不开观察和实践，必须运用已有知识来获取信息、分析信息、提炼信 息。探究性学习的过程是培养学生观察和实践能力的过程，是消化、巩固、掌握已学知识的过程，从而提高学生分析问题、解决问题的能力。 3.探究性学习，不是完全个人活动，更多的是群体活动，这就养成了学生的合作习惯，营造了团结协作的氛围，激发了学生的学习兴趣。 4.要探究，还离不开讨论、交流，所以在探究性学习中，能提高学生的语言表达能力，并使学生逐步养成良好的学习习惯。 显然，探究性学习活动的开展，对学生的能力、情感、科学素质的培养是传统教学模式所无法达到的。广大教师应积极响应，正确地对学生加以引导，积极地开展探究性学习，真正投身于基础教育课程改革中去，让更多的学生获益。