7.3.1乙醇与钠的反应 教学设计 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

基于高中化学核心素养 的数字化实验案例研究 案例：利用 pH 传感器、温度传感器探究乙醇与钠的反应 各位老师： 大家好！我的说课题目是利用 pH 传感器、温度传感器探究乙醇 与钠的反应，我从以下九个方面对该实验进行分析。 一、适用教材 乙醇和钠的反应首次出现在人教版（2019）高中化学必修 2 第七 章第三节“乙醇与乙酸”的知识点，本节介绍了乙醇的结构性质、提 出了官能团、取代反应等概念。 该实验再次应用是在人教版（2019）高中化学选择性必修三第三 章第二节“醇酚”的学习中。在这一节里进一步探究周围环境与官能 团的相互影响，介绍了醇类的其它反应类型。 二、学生现状 知识层面：学习了取代反应和消去反应等化学反应原理； 能力层面：具备了一定的分析观察能力和抽象思维能力，数据处理能 力； 心理层面：有较强的进一步探究物质性质的愿望，在学习上有一定的 依赖心里和畏难情绪。 三、设计思路和创新 化学实验，是我们验证化学推理，掌握物质结构和性质的重要途 径。为了帮助学生从宏观上感受乙醇和钠的反应，教材中设计了实验 【7-4】如图 1，该实验的宏观表征：钠沉在乙醇底部，表面缓慢产 生气泡，在在导管口对生成的气体验纯后再引燃，产生淡蓝色火焰。 学生容易获取新知：钠可以和乙醇反应，但是不那么剧烈，可以生成 氢气。 图 1 虽然钠是一种轻金属，但是乙醇的密度也不大。钠的密度是 0.968g/cm³(室温)，乙醇的密度是 0.789g/cm³（20℃），由于钠的密度大于乙醇的密度，所以当钠投入到乙醇中时，钠会沉到乙醇的底部，这与学生们在必修一中学习的钠与水的反应差别很大。另外钠与水的反应，本质上是水先微弱电离出氢离子，氢离子得到钠的电子后生成氢气从而脱离溶液体系，而水微弱电离出的氢氧根离子残留在溶液体系中并且浓度不断增大，PH 值不断升高，所以加入酚酞试剂会变红。水是弱电解质，可以微弱电离，而乙醇是非电解质，无法直接电离出氢离子参加反应，所以钠和乙醇的反应就要缓慢一些。那么乙醇与钠反应之后溶液会不会也变成碱性，通过灵敏度很高的 PH 传感器来测定，就会方便很多，也能更直观的反应出整个反应过程中 PH 值的连续变化。 另外，钠的熔点是 97.72℃，当钠与水反应时放热，钠周围的温 度上升很快，可以使钠熔成小亮球。但是当钠与乙醇反应时，看不见 钠熔成小亮球，是不是钠与乙醇的反应不放热呢？此时借助温度传感 器来记录反应过程中温度的细微变化就会比较方便。通过宏观现象和 曲线表征，帮助学生直观的理解反应机理和构建知识。 四、实验设计原理 2CH3CH2OH + 2Na → 2CH3CH2ONa + H2↑ 钠与乙醇反应，引起溶液的 pH 值变化。为了能直观反应 pH 数据 的连续变化，在实验中引入数字化实验，借助 pH 传感器导出钠与乙 醇反应过程中 pH 值随时间变化的图像；借助温度传感器反应温度变 化，体现出宏观不易观察的温度变化。通过曲线表征中的数据的变化， 推断钠与乙醇的反应机理和能量变化，进而预测钠与乙醇的反应其实 和钠与水的反应本质上有相似之处。 五、实验教学目标 【宏观辨识与微观探究】 学生通过观察钠与乙醇的反应现象，理解周围结构对羟基的影 响。 【实验探究与创新意识】 学生通过实验探究钠与乙醇的反应、分析数字化实验数据，提高 科学探究的能力。 【科学精神与社会责任】 通过学习醇类的结构和性质，了解醇类的用途，体验化学在生活 中的应用，认识化学促进社会发展的重要作用。 六、实验教学内容和实验教学过程简介 1、测定并记录三颈烧瓶中乙醇的初始温度、PH 值。 在加入钠之前可以分析水中羟基和乙醇中羟基结构的相似性，结 合钠与水的反应现象，鼓励学生提前对钠与乙醇反应温度和 PH 值的 变化进行猜想。 2、向乙醇中加入 4 粒黄豆大小的钠，并采集 180 秒内的温度、PH 值 变化曲线。 在采集数据的同时，还要带领学生即使观察钠与水反应的宏观现 象，并将现象与钠与水的反应现象进行对比。 3、数据处理 让学生把实验获得的宏观现象和教师数字化实验所得变化曲线 相结合。学生通过观察 180 秒内 PH 值和温度的变化曲线，发现钠与 乙醇的反应和钠与水反应类似，也是放热反应，反应后溶液也会变成 碱性。 4、理论分析 将钠与乙醇反应的现象和钠与水反应的现象进行对比，结合数字 化实验得到的温度变化曲线、PH 值变化曲线，让学生们发现和钠与 水反应本质一样：钠与乙醇反应也是与羟基氢原子反应。但是也要让 学生理解二者氢原子的活性有差异，所以现象有差异，在此基础之上 引导学生书写该反应的化学反应方程式。 七、实验用品和装置 1.实验用品：PH 传感器、温度传感器、数据采集器、三颈烧瓶、 钠、无水乙醇、85%乙醇、75%乙醇等。 2.实验装置：如图 2 图 2 八、实