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1、案例名称:实验探究——保暖袋中装的是什么物质?

2案例的背景:笔者偶然发现市场上有一种由广东潮安县某食品厂开发生产的保暖袋深受中小学生喜爱。以探究保暖袋的发热原理、推测保暖袋中的物质为课题组织学生开展探究性学习,取得了好的效果。此课在湖北省特级教师教学艺术研讨会上进行了展示。保暖袋中的固体含氧化钙、碳酸钙及泥沙等杂质,液体为水和防冻剂,学生已有鉴定氧化钙、碳酸钙及水的基础知识、计算氧化钙和水反应的质量比的技能,但面对一种产品,没有提示,要鉴定其中的各种物质并根据化学方程式计算质量比既有趣又有难度,探究内容多,探究价值高,能巩固已学的酸碱盐等几类物质相互反应的知识,训练学生使用猜测验证、归纳、推理等科学方法,培养学生分析问题和解决问题的能力,激发学生热爱化学的情感,培育科学的态度和化学价值观。

3教学目标

知识与技能:运用特征反应推断、鉴定保暖袋中的化学物质(生石灰、碳酸钙、水);巩固已学的酸碱盐等几类物质相互反应的知识。

过程和方法:训练学生使用猜测验证、归纳、推理等科学方法,渗透本质决定现象的辩证唯物主义观点,培养学生分析问题和解决问题的能力。

情感态度价值观:让学生体验科学探究的乐趣,认识化学与日常生活的密切联系,激发学生热爱化学的情感,培育科学的态度和价值观。

4.需要利用的教育资源:镁带、盐酸、pH试纸、酚酞试液、化学保暖袋、塑料吸管、塑料杯、大头针、注射器

5、重点、难点、创新点:重点是运用特征反应推断、鉴定保暖袋中的化学物质(生石灰、碳酸钙、水);巩固已学的酸碱盐等几类物质相互反应的知识。难点是设计方案证明红色物质的作用。创新点把源于生活的真实化学问题提练成一趣味性强的案例。这个化学问题中包含的元素化合物知识以生活情景形式呈现出来,使学生在真实的情景中学习化学知识,解决生活中的真实的开放性、非定域性化学问题,容易激发学生浓厚的兴趣和强烈的探究欲望,体验科学探究的基本过程,提高科学探究能力。

6活动过程和步骤

师:市场上有一种由广东潮安县几家食品厂开发生产的保暖袋深受中小学生喜爱。这种保暖袋用于冬天室外取暖。老师带来了这种保暖袋。(展示样品后给学生分发保暖袋,每桌发二个)。请大家阅读产品说明,并按照使用说明使用一个保暖袋。

生:阅读产品说明书。按照使用说明,用手拍打一个保暖袋,观察发热现象。

师:(立题)刚才大家用的保暖袋价格低廉,携带方便,用手拍打几下,35分钟保暖袋的温度就达70度以上。保暖袋中究竟装的是什么物质?今天我们一起来研究这个问题。先请大家猜一猜保暖袋中装的物质是什么。

生:(猜测)可能是生石灰和水、生石灰和酸、烧碱和水……

师:(板书)浓硫酸溶于水

            烧碱溶于水

            生石灰与水化合

            生石灰与酸反应

师:为什么拍打保暖袋几下就可发热?

生:保暖袋使用前,各种物质肯定是分开放置的。因为上述各组物质只要混合在一起就可发热。拍打的目的是让袋中的几种物质混合在一起。

师:采用什么措施让袋子中的几种物质相互隔开?猜测后请打开另一个保暖袋。

生:观察其中的物质存放、色态。

师:大家看到了什么?

生:保暖袋中装有一小袋浅红色液体和一些固态物,固态物有些田螺、蚌壳粹片。

师:从实物看,什么物质可能性最大?

生:固体主要成分为生石灰,液体主要成分为水或酸溶液的可能性最大。

师:从科学研究的角度看,我们已经作出了预言。预言是否正确,必须通过实验进行验证。即通过实验确定固态物主要成分为氧化钙、液体为水或酸。

师:怎样鉴定水、硫酸、盐酸、氧化钙?

生:(讨论)检验液体、固体成份的实施方案

师:请大家交流设计方案:

1、液体与无水硫酸铜混合,检验有无水存在

2、镁带插入液体中,检验是否有氢气,确定是否含酸

3pH试纸测液体pH,检验液体是否显碱性

4、固体与水混合,观察溶解情况。取上层清液做下面实验

一份与无色酚酞试液混合、将二氧化碳通入另一份液体中

师:下面先研究液体的成分。研究液体的成分必须将包装袋中的液体取出。怎样将包装袋中的液体取出?

生:用注射器吸取,用剪刀剪开,用针刺破,用口咬破,用手挤压让其破裂。

师:这些办法哪几种较好?为什么?

生:用注射器或针刺破较好。用此方法易控制液体。

师:(演示)用注射器取出保暖袋中的液体,并与白色硫酸铜混合。

生:白色硫酸铜变蓝,说明液体中含水。

师:该实验能否说明液体的主要成分为水呢?

生:不能,因为水溶液不论浓稀都能使硫酸铜变蓝。

师:(演示)测液体的pH值,将镁带插入液体中。

生:pH约为7;无气泡产生。

师:(小结)红色液体pH约为7;镁带插入液体无气泡产生,说明液体中不含酸,液体使白色硫酸铜粉末变蓝,说明液体中的主要成分为水。下面我们按照开始设计的方案研究固态物的成分。

生:(分组实验)固体与水混合,观察溶解情况。取上层清液,一份与无色酚酞试液混合,将二氧化碳通入另一份液体中。

师:请各组交流实验情况。

生:酚酞试液遇上层清液变红,说明液体显碱性;二氧化碳通入液体中,液体变浑浊,说明液体为石灰水。

师:根据实验现象可知,固体中含氧化钙、液体中含水。我们初步认定保暖袋的发热原理为氧化钙和水化合放热。固体不可能是纯氧化钙,其中含什么杂质的可能性最大?

生:碳酸盐

师:(演示)固体与盐酸混合,产生气体。将产生的气体通入石灰水中,石灰水变浑浊,说明产生的气体为二氧化碳,固体为碳酸盐。

师:碳酸盐的来源?

生:烧制石灰时碳酸钙未完全分解,石灰与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙。

师:为什么没有用石灰石为原料烧制石灰而用贝壳烧石灰?(演示)贝壳与盐酸混合,产生气体,说明贝壳中含碳酸盐。

资料显示:潮安地理位置、地域特征(潮安处于广东东部,紧邻南海,该县盛产贝类动物,贝壳资源十分丰富,石灰石比较少)。

师:保暖袋中的红色液体肯定是混合物,其中含有水,该液体与生石灰混合,放热是红色物质起了主要作用还是水起了主要作用?可以运用对比实验加以确认。为了排除偶然性,对比实验可以做2-3次。

演示:打开二个保暖袋,用一注射器吸取一份自来水,一注射器吸取红色液体(等体积),同时注入二份等质量的固体中,用温度计检测发热现象。

生:二者温度都上升到80度。

师:既然水与生石灰混合发热情况没有什么变化。为什么要配成红色液体?为什么加入有香气的物质?

1:防止仿制。

2:降底液体的凝固点,防止低温下结冰而冻裂包装袋。

3:添香加色都是为了引起小朋友的兴趣,使保暖袋更具玩具功能。

师:如果拍打保暖袋不发热,原因是什么?

生:保暖袋包装密封不好,生石灰已变质。

师:保暖袋中的固体有21克,液体有6克。石灰与水的质量及二者的质量比是否可取任意值?

生:不能。若石灰与水的质量太多则发热量太大,若石灰与水的质量太少则发热量太少。根据氧化钙和水反应的化学方程式计祘可知生石灰与水的质量比为289,按“21克固体,6克液体”配料二者刚好反应(考滤生石灰中有杂质,必需让它稍过量)

师:保暖袋的缺点有哪些?

生:缺点是只能用一次。

师:市场上利用化学原理开发的发热产品“热宝”很有特色,它可反复使用达千次以上。(展示“热宝”后)热宝发热的原理是什么?加热之后可还原,多次使用,奥秘又是什么?这个问题留给大家。

师:(小结)今天同学们运用假设、验证的科学方法及硫酸铜与水化合变色,二氧化碳与石灰水发生沉淀反应等一些特征反应,通过科学推断,确认了保暖袋中的主要化学物质(发热)为生石灰和水,辅助物质为香料和红色色素,杂质为碳酸钙和泥砂。通过这次探究,我们学到了什么?

生:知道了保暖袋中的化学物质为生石灰、水、碳酸钙等;巩固了酸碱盐有关知识,明确了化学与日常生活有密切联系,知道从原理到产品需要解决很多实际问题,学到了运用对比、猜测验证、推理等科学方法解决化学实际问题。

师:科学工作者用生石灰和水这两种很普通的物质化合放热的性质做成保暖袋,给我们的生活带来了方便。我们能不能利用化学原理想办法开发一些新产品?希望大家在这方面有所作为。

长作业:以“保暖袋中有什么?”为题写一篇小论文或日记;观察生活中的化学、化工产品,尝试利用所学化学知识开发一些化工产品。

板书计划:略

7、可能出现的问题及解决预案

学生基础不一样,可能一组只有12个同学在做,其他同学多在观看或等待,在知识、技能、方法以及情感上收获甚少;解决预案:将不同类型的学生答配并按6人一组开展合作学习;有的学生只看热闹不思原理。解决预案:教师提出实验目的,让学生设计实验方案,然后师生共同逐个讨论,寻找多种方案或确定最佳方案;有些实验现象不够明显。解决预案:教师及时指导,找出原因,还可带领学生深入探究原因,培养学生的创新精神和实践能力。

8、案例的价值

1.1“保暖袋中装的是什么物质”是一个源于生活的真实化学问题,具有趣味性。问题中包含的元素化合物知识以生活情景形式呈现出来,使学生在真实的情景中学习化学知识,解决生活中的真实的开放性、非定域性化学问题,容易激发学生浓厚的兴趣和强烈的探究欲望,体验科学探究的基本过程,提高科学探究能力。

1.2 “保暖袋中装的是什么物质”这一探究活动具有综合性。这个真实化学问题牵涉到定性与定量(计算)、操作与思辨等方面,学生在探究的过程中,学习解决复杂问题的方法,训练了发散思维和创造思维,提升了分析问题和解决问题的能力,懂得运用化学知识和方法去开发和利用化学资源,形成生活处处有化学、化学能提高人们的生活质量的观念,因而此案例有较高的思维价值和实践价值。

1.3“保暖袋中装的是什么物质”这一探究活动具有社会性。贴近生活,贴近社会是化学新课程的一个重要理念。从社会生活题材中,挖掘、设计生动多样的科学探究和实践活动案例,学生通过对这些问题的研究,体验化学与技术、社会的密切关系,使他们能用化学的视角去认识科学、技术、社会和生活方面的有关问题,培养求真务实的科学态度和社会责任感。 

9、活动成效

(1)学生对活动的反映.。随机问卷调查统计结果。1—5班学生对此活动的反映

 

随机调查人数

喜欢

无所谓

不喜欢

人数

百分比

人数

百分比

人数

百分比

91)班

40

37

92.5

2

5

1

2.5

92)班

40

40

100

0

0

0

0

93)班

40

39

97.5

1

2.5

0

0

94)班

40

39

90

3

7.5

1

2.5

95)班

40

36

90

4

10

0

0

合计

200

188

94

10

5

2

1

  (2)通过活动学生的综合素质得到提高,个性得到充分发挥。

    学生(素质)自我评价表

调查项目

合计

开阔了眼界

丰富了知识

提高了观察力

提高动手能力

增强创造意识

更加热爱科技

提高了自信心

调查人数

200

200

190

130

142

113

192

158

百分比

100

100

95

65

71

56

96

79

                

 

    
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