钠与硫酸铜溶液的反应演示实验探究性学习案例分析

　　量的演示实验，而在以往的边讲边实验的教学方式中，普遍以教师为中心，同样也离不开填鸭式的灌输。以往的教学过程，教师往往在演示实验过后，不待学生形成关于实验过程和现象的明确的表象，教师就迫不及待的将结论、概念抽丝剥茧后，强加灌输给学生。这样的教学方式，虽说以演示实验为背景，对学生产生了一定的视觉和感官刺激，有助于学生的记忆，但也只能是被动接受，不能发挥充分的思维能动性，最终还是逃脱不了死记硬背的学习模式，不仅增加了记忆负担，还影响了知识的灵活运用。

　　以实验为引导的探究性学习模式就是以学生为中心，通过实验的先导作用，让学生发现问题，进而分析问题，从而解决问题，最终让学生获得丰富的感性认识，发展科学的思维模式。实行以实验为引导的探究性学习模式，教师要将书本中的验证性实验，改变为探究性实验，以此来激发学生的求知欲望。从现行的化学教材来看，以实验为引导的探究性学习模式的基本思路是：问题情景——实验现象——讨论——结论——应用。问题是学生进行探究的根源，是学生通过实验要解决的问题；而在尚未给出实验结论的情况下，实验现象也是需要学生去充分感知和把握的；最后学生根据以前所掌握的知识，利用这些知识对实验现象进行解释，以得出正确的实验结论，从而达到灵活运用的目的。下面以钠与硫酸铜溶液的反应演示实验为例，设计以实验为引导的探究性学习案例。

　　1、问题情景

　　钠与硫酸铜溶液的反应是否能置换出铜呢?

　　2、实验现象

　　钠浮于液面上，迅速融化为闪亮的小球并不断游动，发出呲呲的响声，而后有蓝色沉淀产生。

　　3、发现问题——分析问题——解决问题

　　对此，学生一般存在两大疑惑：

　　疑惑之一：根据金属活动性顺序表，钠与硫酸铜溶液反应应该是置换出铜，为什么实验事实却是置换出氢气?

　　疑惑之二：为什么钠与硫酸铜溶液的反应比钠与稀盐酸的反应剧烈?

　　而一般的教师为了促使学生掌握这一知识要点，仅只借助演示实验的醒目现象来强化记忆。但是学生对此仍存在很大疑惑，只能机械记忆，不能理解掌握，其结果当然不利于学生能力的发展。笔者就此反应的两个疑难问题与学生进行深入的剖析。

　　3.1反应的微观机理解析疑惑之一

　　疑惑之一缘于学生对此反应的微观机理的认识的偏差，有必要对此做较深入的分析。在此氧化还原反应中，从微观上看，Na失电子是无可非议的，即：Na-e-=Na+(aq)，由于下列三个反应：2Na(s)+Cu2+(aq)=2Na+(aq)+Cu(s)，①△G=-588.78kJ/mol2Na(s)+2H+(aq)=2Na+(aq)+H2(g)，②△G=-523.80kJ/mol2Na(s)+2H2O(l)=2Na+(aq)+2OH-(aq)+H2(g)，③△G=364.00kJ/mol其△G均小于0，表明①、②、③都在常温下自发进行[1]，因此溶液中的Cu2+、H+和H2O都有可能得电子，简单地表示为：Cu2+＋2e-=2Cu，2H+＋2e-=H2，2H2O＋2e-=H2+2OH-另一方面，我们从钠与水反应的现象可知钠与水的反应速率极快。

　　当然，我们知道，微粒间相互反应的先决条件是微粒间的接触。在此，硫酸铜溶液中虽然存在铜离子的水解，但H+的浓度仍是很小，能直接与钠接触的机会极微。至于Cu2+，虽然浓度较大，但因与H2O结合成[Cu(H2O)6]2+，被水所包围，在钠与它接触之前就已先接触H2O而与之发生反应了。因此尽管反应①、②的△G远小于反应③，但无法进行。

　　因此，对于疑惑之一的解析：正因为金属活动性顺序表中钠远在氢、铜的前面，表明钠非常活泼，虽然铜在氢的后面，但金属钠遇水则立即与之反应而析出氢气，而Cu2+因与H2O结合成水合铜离子，完全被水包围着，失去了与钠接触的机会，也就不会与钠发生置换反应而析出铜了。

　　3.2物理、化学跨学科知识的综合运用解析疑惑之二疑惑之一缘于学生对跨学科知识的综合运用能力不强，在此有必要作出合理的分析。

　　对于疑惑之二的解析：稀盐酸的密度要比相同浓度的硫酸铜溶液的密度小。根据阿基米德定律，相同大小的钠在反应中受热熔成小球后，在硫酸铜溶液中排开液体体积减小，它与溶液的接触面积就减少，又由于空气传热比液体传热要慢的多，与溶液的接触面积减少，溶液对钠球的散热能力也就大大减弱了。这样，在硫酸铜溶液中钠球周围温度升高更大，虽然稀盐酸中H+浓度大，与钠接触机会大，但相对温度对反应速率的影响，反应物浓度的影响次之，故钠与硫酸铜溶液的反应更剧烈，有时出现轻微爆炸，甚至跳出液面。

　　最终，学生水到渠成地得出如下结论：钠与硫酸铜溶液的反应为2Na+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑
　　
　　4、灵活运用

　　为了加深学生对这一知识点的掌握，设计了一个复习题，以考查学生跨学科知识的综合运用能力。对此，笔者设计了一个简答题来巩固学生对这一知识点的掌握。

　　该题分两部分：

　　问题(1)：比较钠与水的反应、钠与稀盐酸的反应，我们发现钠与稀盐酸的反应更剧烈。为什么?

　　问题(2)：比较钠与硫酸铜溶液的反应、钠与稀盐酸的反应，我们发现钠与硫酸铜溶液的反应更剧烈。为什么?

　　(ρ(1mol/LCuSO4)=1.2g/cm3，ρ(1mol/LHCl)=1.0g/cm3)问题(1)解答：稀盐酸中H+浓度大，H+可直接与钠接触反应,而水与钠只能以非离子状态反应,离子反应速率要大的多,所以钠与稀盐酸的反应更剧烈。

　　问题(2)解答：见疑惑之二的解析。

　　这一问题的设计思路是通过问题(1)为问题(2)作铺垫，当然问题(2)要比问题(1)的分值高。问题(2)也给出了两种不同溶液大概的密度值，暗示学生稀盐酸的密度与水的密度差不多，比硫酸铜溶液的密度小。如果学生意识到这两点，那么解这道题就不是很难了。

　　这一问题的设计目的就是为了考查学生的跨学科知识的综合运用能力。它所考查的知识点主要有：化学知识点包括(1)以离子进行的反应，反应速率快。(2)反应物浓度增大，反应速率加快。

　　(3)反应物的温度升高，反应速率加快。(4)温度对反应速率的影响比浓度对反应速率的影响大。物理知识点包括(1)阿基米德定律的运用。(2)空气比液体传热能力弱。

　　我们在化学课堂教学中开展探究性学习，教师要转变教学观念，要努力营造研究氛围，要运用灵活的教学方式和手段，当然，“亲其师而信其道”，建立平等的师生关系也很重要。探究性学习模式是一种较为先进的教学方法，可以充分发挥学生的学习主体地位，培养其自主学习的能力，因此可以在化学教学中广泛推广。

　　参考文献：
　　[1]邵学俊．《无机化学》(第一版)．武汉大学出版社出版．
　　[2]马志成．化学实验探究教学模式研究[J]．化学教育，2002，(7-8)：29-30．
　　[3]陆泉芳．化学实验教学与创新能力培养[J]．化学教学，2002，(5)：5-6．
　　[4]丁晓丽，刘芳．钠与硫酸铜溶液反应的探究式教学设计与实践[J]．喀什师范学院学报，2013，34(6)：68-71．
　　[5]李卫．让探究性学习走进化学课堂[J]．新课程，2014，(4)．