2023-2024学年高一化学校本课程《改变世界的化学元素》（第3课时-钠钾合金热消融治疗癌症）教案

《改变世界的化学元素》 · 核心素养教学目标 能从结构角度评估、理解金属钠的强还原性，会用符号表征化学方程式。能依据质量守恒定律、氧化还原反应原理分析钠与水、氧气的反应，并形成化学变化是有条件的观念。 能够从文献、实验现象等角度收集证据，并依据证据从不同视角分析问题，推理钠相关的物理性质、化学性质。 能根据文献提出问题，设计实验方案，和同学合作完成实验，观察、记录实验现象，并基于实验事实得出结论，交流探究结果。通过钠制备的化学史以及钠在生活、生产中的应用，了解实验技术促进科学的发展，感受科学让社会生活更美好。 · 教学过程 [引课]如果有一天，在普通门诊部，医生们用一个普通的注射器就能为患者治疗癌症。你相信吗？ 这听起来难以置信，但中国科学院理化技术研究所研究员刘静课题组已经找到一种独特的碱金属热消融方法。该方法可以实现许多现代热疗设备很难做到的肿瘤高度局域化加热，而且操作简单，重要的是，经过一系列离体及在体动物实验后，刘静课题组证实了新方法实际应用的可行性。 [情境素材1] 碱金属热消融有望替代传统肿瘤热疗法治疗癌症刘静:“碱金属热消融原理，就是将微量碱金属如钠、钾或其合金通过注射器注入人体肿瘤组织。随后，钠、钾或其合金会与目标组织内的水产生强烈的放热化学反应，从而达到极为高效的热消融目的。一般认为，当温度升高到60℃以上时，即可导致组织蛋白凝固，而血管及神经末梢则遭受摧毁。而且，处于室温下的钠、钾或其合金通过注射器推入目标组织之前，并不产生任何热量，也不与组织接触，因而不会对周围正常组织造成损伤”。 传统治疗方法所用的设备和药物昂贵、治疗操作复杂，很多癌症患者两三个疗程下来，就花掉几万、几十万。这种新疗法，所达到的效果和传统治疗方法是一样的，甚至会更理想。但是，钠、钾或其合金性格活泼，在取用过程中极容易变质，给手术的实施带来不少难题。 [教师]根据这段阅读材料，你有哪些问题需要和我们大家一起探讨，或者有什么想说的? [学生1]这个方法听起来很玄幻，为什么钠、钾或其合金遇到水会产生强烈的化学反应，放出的热量可以热消融肿瘤? [学生2]这种疗法会不会有副作用?对人体会不会有不可逆转的损伤? [学生3]是不是还是需要比较高的费用? [学生4]钠、钾或其合金在取用过程中极容易发生变质，是因为容易和氧气反应吗?能不能想个好点的办法，保证取用过程中不变质? [教师]大家提出的问题都非常好，我们可以把大家的问题大致分为这几个方面:碱金属与水的反应原理、碱金属的制法、碱金属暴露在空气中的反应以及该方法的应用前景。这节课我们以钠为例，和大家一起详细探讨。 环节一：钠钾合金热消融治疗癌症的原理 [教师]钠能与水反应，这是我们通过阅读文献对钠的性质提出的猜测，这个猜测是否正确，我们还需要搜集实验证据或者理论证据来进行论证。 [教师讲解，学生阅读实验注意事项] （１）用镊子从试剂瓶中取出钠，不能用手接触金属钠。 （２）用滤纸把表面的煤油吸干，用手隔着滤纸捏一下，感受金属钠的硬度。 （３）钠与水的反应，重点观察钠在水中的位置、钠的形状变化以及溶液颜色的变化。　　实验试剂：已经切好的金属钠（保存在煤油里）、蒸馏水、酚酞。实验仪器：１００ｍＬ烧杯、镊子、玻璃片、滤纸。 [学生小组合作完成实验，观察记录实验现象，得出结论] [学生汇报]钠浮在水面上，到处乱窜（四处游动），熔化成小球，溶液变红。 [教师]通过这些现象，你可以推导出哪些结论？ [学生１]钠和水生成了氢氧化钠和气体，可能是氢气或者氧气，钠和水反应，根据元素守恒，只有氢元素和氧元素。 [学生２]根据氧化还原反应原理，化合价有升必有降，钠元素化合价升高，一定会有元素化合价降低，所以应该生成氢气。 [教师]如果是氢气，应该怎么检验？ [学生]用试管收集反应生成的气体，用大拇指堵住，移近酒精灯火焰，松开大拇指，听到“噗”的一声，说明是氢气。 [教师补充实验]钠与水在塑料瓶中的反应，检验氢气。 [学生]书写钠与水反应的化学方程式，用双线桥标出电子转移的方向以及电子的数目。 [情境素材２] [教师]这是利用仪器采集的热消融过程中组织的瞬态温度响应图，用针筒把钠钾合金注入肿瘤内部，迅速与细胞内的水反应，放出大量热，产生的峰值温度高达104℃，肿瘤细胞在高温下迅速发生变形坏死。 环节二：钠钾热消融法探索过程中遇到的困境 [教师]钠和水的实验现象验证了大家的猜测，证实了碱金属热消融法的可行性。那么碱金属在取用过程中极易变质，原因是什么？ [教师]请大家观察实验盒里的金属钠是如何保存的？说明了什么？ [教师演示实验]切钠，钠在空气中燃烧。 [学生观察、描述金属钠切面的颜色变化]切面银白色迅速转变为灰白色。 [教师播放视频]钠在空气中加热。 [学生]金属钠加热后先生成白色的氧化钠，而后熔融成金属小球，剧烈燃烧，生