自制管道疏通剂项目式复习教学案例.docx

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自制管道疏通剂项目式复习教学案例摘要：以“自制管道疏通剂”为项目进行氢氧化钠及碳酸钠性质等知识的复习教学。通过初识疏通剂、使用疏通剂、自制疏通剂等项目的实验探究，对氢氧化钠的性质、氧气二氧化碳等气体的检验，以及碳酸钠、过氧化氢的性质进行综合复习，以期培养学生的实验设计、操作技能和综合计算等能力。1、项目主题分析氢氧化钠和碳酸钠均为初中化学的重要学习内容，作为常见物质的代表被编入“物质的性质与应用”这一内容主题中。《义务教育化学课程标准（2022年版）》对其的学习要求如下［1］：“以氢氧化钠、碳酸钠为例，通过实验探究认识碱、盐的主要性质和用途；能基于真实问题情境，依据常见物质的性质，初步分析和解决相关的综合问题。”管道疏通剂是一种新型管道清洁疏通产品，主要针对家庭中厨卫设施由于油脂、毛发、菜渣、纸棉纤维等各种有机物质造成的管道堵塞进行疏通。目前市售疏通剂主要分为固体和液体两大类：液体疏通剂的主要成分是表面活性剂；固体类的疏通剂（相关资料见表1）主要成分为氢氧化钠，通过利用氢氧化钠的腐蚀性来腐蚀软化堵塞物。除此之外还会添加铝粉或过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2），通过和其他成分反应产生气体的压强差冲开管道内的腐蚀物。本项目选用市售某品牌固体疏通剂，根据使用注意事项进行主要成分的探究，以成分的配比研究与制作为主题任务，通过制作固体管道疏通剂对人教版教材第九、十单元的常见碱（氢氧化钠）、盐（碳酸钠）和过氧化氢制取氧气的教学内容进行综合复习。2项目任务及教学流程本项目的任务与教学流程设计如表2所示。3项目实施过程及学生学习成果3.1初识疏通剂，定性介绍疏通剂学习任务一：（1）根据疏通剂的外观（如图1）、疏通剂的溶解效果（如图2）和使用注意事项（见表1），总结疏通剂主要成分及特点，并思考可能的成分是什么？（2）你认为为什么疏通剂禁止用于铝管？［学生讨论汇报］（1）观察到疏通剂是两种白色固体和一种有金属光泽的固体的混合物；可以把蔬菜、毛发、肉类腐蚀掉；注意事项中提到严禁接触皮肤或口服；溶解时会放热，不得与酸性物质混用；要密封保存防潮。根据上述内容，猜想其主要成分（含量最多的成分）是氢氧化钠。（2）猜测铝会与主要成分反应。 ［教师支持］总结氢氧化钠的性质（白色片狀固体，易潮解，会与空气中的二氧化碳反应需要密封保存，会与酸性物质反应，溶于水放出大量的热，具有强烈腐蚀性不可以直接接触皮肤，如果不慎沾染需应急处理）；讲述利用氢氧化钠腐蚀性对管道内的堵塞物进行腐蚀溶解；请学生设计实验验证猜想：铝会和主要成分氢氧化钠反应。［学生实验探究］铝是否会和氢氧化钠反应。添加适量的铝和氢氧化钠至试管中，倒入水，观察到产生大量的气泡。［教师提问］产生的气体是什么？请根据元素守恒进行猜想并进行实验验证。［学生实验］猜想可能是氢气；类比金属与酸的反应对产生气体氢气的验证方法，用橡胶塞塞紧试管，一段时间后，打开橡胶塞，用燃着的木头放在试管口，听到爆鸣声，说明产生的气体是氢气。［教师总结］金属铝是两性金属，除了与酸反应，还可以与碱氢氧化钠反应产生氢气（2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑），这个知识点我们会在高中进一步学习。那么制备疏通剂只用氢氧化钠就够了吗？下面开始我们的项目之旅。3.2使用疏通剂，从体验角度再探疏通剂学习任务二：对比分别向疏通剂中加水（使用疏通剂）与氢氧化钠中加水后的现象，猜测疏通剂中是否存在其他物质。［学生猜想］疏通剂中加水瞬间产生大量的气体，伴有热量变化，氢氧化钠溶于水只存在温度的变化。说明疏通剂中还存在能产生气体的物质。［教师支持］疏通剂中存在能产生气体的物质，通过产生的气体制造压强差，把被腐蚀溶解后的物质冲开从而起到疏通效果。结合注意事项中的保存方式需要避免阳光直射，大家猜测其他有效成分具有什么特点？［学生猜想］避免阳光直射说明其他有效成分受热易分解。［教师支持］为什么加水就可以让这种物质分解呢？这种物质可能是什么？［学生猜想］氢氧化钠溶于水放出的热可以使该物质分解，推测可能是过氧化氢。［教师支持］另一种有效成分其实是过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2），这是一种无机化合物，外观为白色结晶，是过氧化氢与碳酸钠的加成化合物，主要作用是漂白剂和氧化剂［2］。思考产生的气体可能是什么？［学生猜想］根据元素守恒和过氧化氢与碳酸钠的性质推测产生气体可能是二氧化碳或氧气（猜想一：二氧化碳；猜想二：氧气；猜想三：氧气和二氧化碳）。［教师支持］碳酸钠在何种情形会反应产生二氧化碳？设计实验验证产生气体。［学生实验探究］操作：将产生的气体通入澄清石灰石，观察是否变浑浊；将燃着的木条放在试管口，观察现象。结论：疏通剂与水作用产生的气体是氧气。 ［教师提问］为什么不直接添加过氧化氢？而是选用过碳酸钠？［学生思考］猜想一：过碳酸钠制氧速率更稳定；猜想二：过碳酸钠制氧效果更好。［教师支持］提供两种物质制氧效率图表：过氧化氢的制氧效率与过氧化氢溶液的浓度有关（如图3），浓度较低时制取速率较慢，浓度过高时无法长时间持续供氧［3］。过碳酸钠制氧需要在水溶液体系中进行，采用过碳酸钠为制氧剂可以持续稳定供氧（如图4），产氧量和产氧速率均随加水量的增加而增大［4］。［教师总结］疏通剂的主要成分为氢氧化钠和过碳酸钠，其中氢氧化钠在腐蚀堵塞物的同时，还会溶于水并放出大量的热，使得过碳酸钠遇热可以持续稳定地放出氧气，一方面可以产生压强差冲击堵塞物，另一方面未分解的过碳酸钠还可以利用自身的氧化性去除顽固污渍，使附着在管道上的污垢分解脱离。［教师提问］结合管道疏通剂的疏通原理，推测另一种具有金属光泽的固体是什么物质？［学生推测］从外观看这是一种金属，从用途反推性质，该金属物质可能在氢氧化钠溶液中会产生气体。该金属可能为铝。［教师总结］这种金属就是铝，管道疏通剂添加铝也可以加快产生气体的速率，同时放出更多的热。3.3自制疏通剂，从定量角度制作疏通剂学习任务三：（1）计算管道疏通剂中的成分配比（氢氧化钠与过碳酸钠比例）；（2）根据计算结果，配制简易版管道疏通剂（无需添加铝）并进行成果检验，疏通堵塞的“管道”。［学生讨论方案一］利用二氧化碳的质量计算过碳酸钠的质量。学生以小组为单位，讨论了多种实验方案，选取具有代表性的方案进行探讨与展示。方案1（如图5）基本思路正确，但是忽略了装置的压强问题，密闭装置产生气体压强过大会造成危险，经提示后在装有氢氧化钠溶液的装置添加了一根短导管，却忽略了空气中存在的二氧化碳也会被氢氧化钠溶液吸收。方案2（如图6）忽略了盐酸的挥发性，部分盐酸挥发出的HCl气体也会被氢氧化钠溶液吸收，故应选用稀硫酸为好。［教师追问］除了考虑酸的种类、尾气处理，还需要考虑什么会造成测量二氧化碳气体的误差？［学生思考］要保证反应前装置内不存在二氧化碳气体，反应产生的二氧化碳气体全部被排入装有浓氢氧化钠溶液的装置中，可以在实验开始前就向装置内持续通入氮气。［学生讨论方案二］利用氧气的质量计算过碳酸钠的质量。 方案3（如图7）的设计体现了学生对排水法有了一定的掌握，但是又忽略了干燥装置。方案4（如图8）采用了注射器，思维比较先进，但是未考虑到受较小注射器容量限制，测量气体的体积也存在一定的限制。［教师总结］实验可以通过两种方案测定配比：一种是通过测定氢氧化钠增重质量得到二氧化碳气体的质量，进而计算出过碳酸钠的质量，再利用样品质量减去过碳酸钠质量求得氢氧化钠的质量；另一种是测定氧气体积换算为质量，利用氧气质量计算过碳酸钠的质量。［教师支持］厂家做了大量的测试，综合疏通效果与经济成本选取了最佳的成分配比生产产品。请大家根据计算的结果，自制管道疏通剂，对堵塞“管道”（如图9）进行疏通测试，检查自制产品的实际效果。［学生活动］根据计算结果，称取一定质量的过碳酸钠与氢氧化钠，置于样品瓶中混合均匀，对堵塞的“管道”进行疏通（实际效果需要等待20分钟左右，因此可以组织学生在下一节课的课间再次返回观看产品效果）。4教学反思及改进建议4.1项目式教学可以改善传统复习课的弊端，提升复习效果传统的复习课很容易变为知识的堆砌，长此以往学生很容易失去对化学的学习兴趣，项目的设计让学生通过解决真实情境中的实际问题，帮助学生将理论知识有效迁移到实际生活的应用中去，可以将知识进一步升华，大大提升了复习的效果，改善了传统复习课的弊端［5］。4.2考虑学生认知发展规律，设置合理的项目任务项目的设置要考虑到学生的已有知识与认知发展水平，任务的难度一定要适宜：如果过难非但对知识的再构建没有益处，还会引起学生的畏难情绪；如果任务过易对知识的重组、构建、升华帮助也不大。因此要确保任务难度适中，循序渐进，层层递进。由于初中的化学知识容量较小，在开展项目式教学时往往会有一些额外拓展补充的知识，所以要关注学生对该部分知识的可接受性，根据学情开展教学。4.3根据学生表现，及时提供相应的支持在項目实施的过程中，密切关注学生的思维方式，及时纠错，在保证学生自主探究的基础上，对于迷思之处提供相应的知识脚手架。