《如何对比不同浓度盐酸和锌反应速率的快慢》.doc

《如何对比不同浓度盐酸和锌反应速率的快慢》
--庄浩公开课教案
【引课】 通过前面的学习，同学们知道化学反应速率的快慢会受到反应物浓度大小的影响，例如取一团铁丝，用坩埚钳夹住在酒精灯上加热，我们只能观察到铁丝红热，并不燃烧，而同样的铁丝在充满氧气的广口瓶里用点燃的火柴引燃，就会激烈燃烧。显然，这是由于广口瓶内氧气的浓度比空气中氧气的浓度大所致。
【过渡】今天这节课，就请同学们一同来讨论，如何设计实验方案来对比不同浓度的盐酸和锌反应速率的快慢。
【提问】【投影1】
如何对比不同浓度盐酸和锌反应速率的快慢
[提出问题] 如何定性的对比不同浓度盐酸和锌反应速率的快慢？
2HCl（aq） Zn（s）= ZnCl2（aq）+ H2（g）ΔH<0
[实验方案设计] 学生充分讨论。
（希望学生提出的方案一定要简便、直观、具有可操作性：如取两支试管分别加入不同浓度的盐酸，然后分别投入金属锌，直接用肉眼观察同一时间内气泡产生的快慢或者直接用手感觉同一时间内试管外壁温度的高低。）
[实验方案实施] 实验方法：
（1）取两支试管分别加入等体积不同浓度的盐酸；
（若所取盐酸体积不同，则比较试管外壁温度的高低不严密，因为盐酸体积取的越多，温度升高的幅度越小；而比较气泡产生的快慢则不要求盐酸体积必须相同。）
（2）取相同表面积的金属锌同时投入两支试管中；
（3）浓度较大的盐酸在同一时间内气泡产生速度的快或者同一时间内试管外壁的温度高。
【演示实验】试管实验
1. 取浓度相差较大的两盐酸（同体积）与大小一致的锌片反应。
（现象要求分明：放出气泡的剧烈程度明显不同，用手摸试管外壁温度明显不同。）（学生有认同感。）
2. 取浓度相差不大的两盐酸（同体积）与大小一致的锌片反应。
（现象要求很接近，不容易比较。）（设疑）
【设问】用同学们刚才提出的定性方案好像只能比较浓度相差较大的两种盐酸与锌反应的速率快慢，但对于浓度相差不大的两种盐酸与锌反应速率快慢的比较则现象不明显。那我们怎么办呢？
【回答】那就用定量的方法来进行比较精确的测定。
【提问】【投影2】如何定量的对比不同浓度盐酸和锌反应速率的快慢？
2HCl（aq）+ Zn（s）= ZnCl2（aq）+ H2（g）ΔH<0
[实验方案设计] 学生充分讨论。
（学生提出的方案可能有：①测单位时间内锌片消耗的质量或消耗完相同质量的锌所需的时间<后者可以>；②测单位时间内盐酸消耗的物质的量<用酸碱中和滴定法测定剩余盐酸的物质的量><酸将近耗完时，反应速率会很慢，气泡大小变的很小，观察不便>；③测单位时间内生成H2的体积或者产生相同体积H2所消耗的时间；④测单位时间内Zn2+ 浓度的增加量<络合滴定法，没学过>；⑤用温度计测量单位时间内溶液温度的升高值；⑥……）
（经教师与学生充分互动的讨论，最终确定“方案①③⑤”，原因是操作简便易行；排除其余方案，原因是操作繁琐或不科学。）
【过渡】下面我们就选择“方案③”测不同浓度盐酸产生相同体积H2所消耗的时间来进行实验操作。
[实验方案实施] 学生充分讨论各实验步骤。
（1）仪器选择组装。
（学生充分讨论发生装置<预先准备草稿纸画图>，根据学生回答的情况我搭出装置。）

（学生尝试绘画草图）

（学生充分讨论H2体积的测量装置<预先准备草稿纸画图>，根据学生回答的情况我搭出装置。）

（学生尝试绘画草图）

（经教师与学生充分互动的讨论：①H2中有HCl杂质，是否需要先除杂<无需除杂，因为用的是排水集气法>；②H2中有水蒸气，是否要先干燥<无需干燥，理由同上>③体系放热，是否要等到冷确至室温再读数<在该实验中无需冷却，因为我们所选择的盐酸浓度不是很大，放热不明显>。）
【提问】本实验中还有没有其他可能干扰的因素？（若没有，引入【过渡】）
【过渡】我在课前准备实验的时候偶然发现了这样一个问题：
【演示实验】 “模拟演示”，将蒸馏水从分液漏斗滴入圆底烧瓶内，量气管内可收集到气体。
【提问】这是什么原因呢？
【回答】盐酸本身占体积。
【讲述】但是我想只要预先测得所加盐酸的体积，那么只要把气体的体积读数减去盐酸体积，即为气体实际体积。但是由于量气装置的量程有限，气体体积再加上盐酸体积很容易超出仪器量程。
【提问】要避免“盐酸本身占体积”这个问题，应该如何该进装置呢？
【讨论】学生充分讨论。
（经教师与学生充分互动的讨论：既要操作简便，又要避免因盐酸体积引起的误差。）
【回答】发生装置的改进。（恒压漏斗、Y型试管或弯型试管）
【演示实验】“模拟演示”恒压漏斗。
【提问】Y型试管或弯型试管如何添加药品、试剂呢？（应避免锌片与盐酸预先接触。）

【投影3】 （2）气密性检查。
（3）在Y型试管一端放一小片锌片，在另一端用胶头滴管注入两滴管盐
酸，让两者一次性混合，同时用秒表开始计时。
（如何做到金属锌的表面积相同呢？①用锌粒不妥，因为即使每粒锌粒纯度一样，也很难保证表面积做到完全相同；②用锌片的话怎样可以做到表面积几乎完全相同呢？充分讨论，若讨论不出来给出相关实验仪器（天平）和用品（尺子、剪刀）进行引导。）
（4）测出收集到相同气体体积时所消耗的时间。

【演示实验】根据该方案演示实验，收集5mL气体并测时间（做两次不同浓度的）。
【提问】请问这样测出来的体积是不是真实的体积呢？
【回答】不是，因为量气管两边的液面高度不同，气体的实际体积应该大于读数。
【讲述】但是由于我们测的是生成5mL气体所消耗的时间，当气体体积达到5mL时液面还在运动，我们无法让它立即停止去调两端液面。但是不同浓度盐酸测的都是生成5mL气体所消耗时间，而实验目的又是 “比较”快慢，所以该实验测得的时间还是有可比性的。
【过渡】这是我在课前预先用不同浓度的盐酸与锌反应并测得了下列数据。
【提问】【投影3】请同学们完成计算。（①得出盐酸浓度越大，反应速率越快；②答案应保留2位有效数字）
盐酸浓度
6 mol·L－1
5.5 mol·L－1
5mol·L－1
H2体积
5.0mL
5.0mL
5.0mL
消耗时间（3次平均值）
18.6s
27.9s
38.2s
v/(mL·s－1)
0.27
0.18
0.13

【结课】【投影4】今天这堂课，我们一起探讨并设计了用不同方案来定性及定量研究“不同浓度盐酸和锌反应速率的快慢的比较”。通过实验方案的设计及评价的体验，我们说一个真实的科学实验要考虑方方面面的问题，而要设计出一个较好的实验方案一般要遵循3个原则：
实验方案设计主要应遵循的原则：
1. 从方案的可行性角度考虑。
【讲述】针对一个实验可以设计出多种方案，但只有合理且切合实际的方案才有意义。可行是方案的第一要素，方案设计时应该从原理和操作两个方面分析方案是否可行：
（1）原理上要科学合理；
（2）操作上要简单可行。
2. 从经济效益角度考虑。
【讲述】设计一种实验方案不仅要从科学性上判断是否可行，还要从经济效益上考虑是否切合实际。
3. 从环保角度考虑。
【讲述】防止污染的根本途径在于控制“三废”的排放，在对实验方案进行评价时切不可忽视了环境保护的重要性。