夏中偉

(江蘇省昆山市婁江實驗學校 215300)

一、教學設(shè)計初衷

金屬的性質(zhì)，在教材中屬于比較重要的內(nèi)容.在教學中廣大老師也會進行實驗教學.但是通常是書本上的一些規(guī)定實驗.有些實驗甚至是錯誤的.在平時教學中，會遇到黃銅中銅元素質(zhì)量分數(shù)的測定.按照一貫的做法，就是將黃銅取樣后與足量的稀鹽酸反應(yīng)，充分反應(yīng)后經(jīng)過洗滌、烘干，再次稱量剩余固體的質(zhì)量即為金屬銅的質(zhì)量.實際操作中，筆者發(fā)現(xiàn)，這種操作根本不可能完成實驗.黃銅是銅鋅兩種金屬的合金，它們在合金中均勻的分散在一起.實際操作中，很難靠這種辦法，將活潑的鋅全部反應(yīng)掉，留下不活潑的銅.因為表面的鋅反應(yīng)完了，表面留下的銅，會將內(nèi)部的黃銅包裹起來，產(chǎn)生一種“屏蔽效應(yīng)”，阻止了內(nèi)部的鋅繼續(xù)反應(yīng).因此在教學中，筆者將實驗的設(shè)計換了新的思路.為了避免在實驗室灼燒過程中產(chǎn)生空氣污染物，筆者在金屬和酸反應(yīng)的實驗過程中，加入氧化劑雙氧水，既能將金屬反應(yīng)掉，也避免了空氣污染，更好地完成了實驗.

二、課堂實錄

[引入]教師首先展示一張白象牌干電池的照片

[問]你知道干電池的正極用的什么金屬材料嗎？(注：不同品牌的電池，所用的金屬材料不同.此實驗僅以白象電池為例.南孚等電池多數(shù)用鐵.)

[生]可能是鐵，因為顏色是銀白色的.

[問]你還知道其他哪些金屬的顏色呢？

[生]鋁、鎂、鐵等大多數(shù)常見金屬都是銀白色，但也有一些金屬不是銀白色.比如銅是紅色，黃金是金黃色.但同時，金屬的顏色和它狀態(tài)也有關(guān)系，鐵粉、銀粉就是黑色的.

[師]那么干電池正極所用金屬中有沒有銅呢？

[資料] 焰色反應(yīng)：某些金屬或它們的化合物，在無色火焰中灼燒時，使火焰呈現(xiàn)特殊顏色的反應(yīng).

[演示實驗] 將銅帽在砂紙上打磨掉外面鍍層.在酒精燈上灼燒片刻，再放入稀鹽酸中浸泡，再次放在酒精燈上灼燒，觀察焰色反應(yīng).(注：直接灼燒銅通常很難看到焰色反應(yīng).經(jīng)過上述操作，形成銅的氯化物后，灼燒時焰色反應(yīng)的現(xiàn)象比較明顯.)

[生]看到了綠色火焰，證明白象電池的正極金屬中確實含有銅.

[問]同學們，你知道電池工廠在生產(chǎn)的時候，為什么要在金屬帽的表面鍍一層銀白色金屬嗎？

[生]可能是為了防銹并且鍍的這種金屬顏色更美觀.

[問]銅的價值是比較高的，而且銅是我們國家的緊缺資源，同學們沒有辦法根據(jù)所學的知識回收其中的銅呢？

[生]我覺得可以試一試用鹽酸將表面的鍍層金屬反應(yīng)掉.

[師]那我們就來試一試，剛才同學說的方法行不行.

[學生實驗]取一個金屬帽，放入試管中，加入適量稀鹽酸.對試管加熱至沸騰后撤去酒精燈，并觀察現(xiàn)象.

[現(xiàn)象]能看到金屬帽表面在加熱時有少量氣泡，但是不加熱現(xiàn)象很不明顯.

[總結(jié)]看樣子表面的這種金屬是一種能和稀鹽酸反應(yīng)的金屬.但是反應(yīng)比較慢.不加熱幾乎沒反應(yīng).我們換個角度來想一想，既然它能夠在空氣中保持不生銹，說明它的耐腐蝕性是比較強的.這種方法可行，但效果顯然不好.

[師]所以我們還要想點別的辦法.請大家向剛才的試管中逐滴加入6%的過氧化氫溶液.并記錄實驗現(xiàn)象.

[現(xiàn)象] 劇烈反應(yīng)，有氣泡產(chǎn)生.金屬帽表面的銀白色物質(zhì)消失，金屬帽露出紅色固體.過氧化氫溶液滴加過量會有藍色溶液產(chǎn)生.

[問]產(chǎn)生的氣泡是什么氣體呢？

[生]可能是氫氣或者氧氣

[師]那我們用帶火星的木條檢驗一下.

[現(xiàn)象]帶火星的小木條復(fù)燃

[總結(jié)]加入的過氧化氫產(chǎn)生了氧氣，幫助了酸和表面的銀白色金屬反應(yīng).剩下的紅色固體是內(nèi)部的銅.

[問]產(chǎn)生了藍色溶液說明了說明呢？

[生]可能有氯化銅生成

[師]反應(yīng)過程中，我們需要控制滴加過氧化氫的量，否則就會有銅被反應(yīng)，生成氯化銅而損失.我們有沒有辦法將氯化銅提煉出來呢？

[生]可以用價格便宜的活潑金屬比如鐵，將其置換出來

[師]請大家動手試一試能不能置換得到銅

[學生實驗]另取一支試管，倒入少量得到的藍色溶液.并在試管中插入一根打磨過的鐵絲，觀察實驗現(xiàn)象.

[現(xiàn)象]鐵絲表面有紅色固體產(chǎn)生.

[問]大家從回收效率，反應(yīng)速率，效益等方面，思考一下用這個方法回收銅好不好？

[生]反應(yīng)速率較快，但是不容易控制，稍有不慎會損失部分銅.反而增加了回收步驟.

[師]老師也做了這個實驗，如果精確控制加入的各種試劑的量，確實能回收其中的銅.回收得到的粗通產(chǎn)率為91.3%.

[學生實驗]我們更進一步研究得到的固體的成分.將試管中的金屬倒出，洗凈，擦干，用砂紙輕輕的打磨表面，請觀察顏色變化.

[師]同學們有沒有觀察到，經(jīng)過打磨后，其實并不是紅色，有點發(fā)黃.實際上金屬帽用的是黃銅.黃銅是銅鋅兩種金屬的合金，它們在合金中均勻的分散在一起.實際操作中，我們很難將活潑的鋅反應(yīng)掉，留下不活潑的銅.因為表面的鋅反應(yīng)完了，表面剩余的銅會將金屬帽包裹起來，產(chǎn)生一種“屏蔽效應(yīng)”，阻止了內(nèi)部的鋅繼續(xù)反應(yīng).如果我們要回收得到純銅，還需要進一步提煉.那么工業(yè)上是如何大規(guī)模提純，分離各種金屬成分的呢.我們來看看其中一種流程(如圖1所示).

圖1

[資料]見表1

表1

資料：你認為工業(yè)制法的優(yōu)點是____

[總結(jié)]日常生活中，我們所用的金屬通常為各種合金，很少會用到純金屬.工業(yè)上在回收金屬時所遇到的問題會更復(fù)雜.如何高效，全面的回收各種金屬，將效益最大化，是工廠追求的目標.因此采取的辦法也比實驗室更加復(fù)雜，要求也比實驗室高的多.為適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)，通常會用到各種專業(yè)機械和設(shè)備，這也是我們實驗室提煉和工廠大規(guī)模生產(chǎn)的不同.在理論轉(zhuǎn)化為實踐的過程中，我們會遇到各種實驗室沒有的問題，就需要我們發(fā)揮聰明才智，調(diào)動我們的各種技能，希望同學們多掌握各種知識，做一個復(fù)合型人才.

[教學反思]本節(jié)課選取了生活中常見的物品，將原本枯燥的理論復(fù)習，轉(zhuǎn)變成了有趣的實驗.將復(fù)習課建立在實際問題的解決上.將學生學到的知識重新構(gòu)建，再將所學的知識和能力在實際問題的解決中得到提升.這樣就不會讓學生覺得我們的化學課就是實驗室瓶瓶罐罐，就是練習本上的刷題，就是一些書本上的理論知識.復(fù)習課也不再是令人反感的炒冷飯.這種基于就地取材的真是情境能讓學生關(guān)注課堂，喜歡課堂.