5.1.3科学探究-不同价态含硫物质的转化（一体化实验）教学设计 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

人教版高中化学必修二第五章第一节：科学探究-不同价态含硫物质的转化（一体化实验） 1、 教材分析 该内容位于人教版高中化学必修第二册、第五章化工生产中的重要非金属元素、第一节 硫及其化合物。对比新旧教材，不同价态含硫物质的转化，新教材同时出现该部分第4课时和实验活动5中，足见其重要性。 表1 2、 课标分析 对比新旧课标，新课标对于该部分内容做了更多的要求，确定不同价态含硫物质的转化为必做实验，并且强调实验的探究性。 表2 3、 学情分析 1、知识层面：已经学习了氧化还原反应的基本原理、元素化学的基本研究思路（单质-氧化物-酸或碱-盐）、物质性质的认识角度（化合价和物质类别）、含硫物质的相关性质、含硫物质的价类二维图等。 2、能力层面：喜欢化学实验，动手能力欠佳；缺乏系统的科学探究的方法；容易思维定式，面对新问题，缺乏质疑精神和探究精神。 四、实验器材 试管、试管架、胶头滴管、注射器、Y型管、磁铁、铁架台、火柴、棉团等。 五、实验创新要点/改进要点 1．一体化实验 图1 不同价态含硫物质的转化实验，是高中化学必做实验之一，需要多个实验才能完成常见价态的相邻转化，操作繁琐，而且涉及有毒有害物质，为了满足实验安全性、绿色化等原则。提出了一体化实验设计。Y形管左侧放铁粉和硫粉的均匀混合物，右侧放铜与浓硫酸，左侧注射器放酸性高锰酸钾溶液，右侧放硫化钠溶液，长颈漏斗导管中放浸泡品红溶液的滤纸，上方是浸泡浓氢氧化钠棉球。这样可以完成常见4种价态的相邻转化，且操作简单，现象明显，无污染。 2．体会“真实”科学探究过程 图2 以科学探究的一般方法为载体，探究不同价态含硫物质的转化，意识到预期现象与真实现象的差异，切身体会“真实”的科学探究过程，学会了解决“突发情况”的方法，知道科研人员科学探究的一般方法，意识到自己也当了一次小小科研人员，在心中埋下科研的种子，提升科学探究与创新能力、科学态度与社会责任的核心素养。 六、实验原理 （一）转化关系 （二）常见氧化剂和还原剂 1．氧化剂：浓硫酸、硝酸、O2、 氯水、酸性高锰酸钾溶液、FeCl3溶液、H2O2等 2．还原剂：金属单质、H2、CO、C、 H2S、 Na2S、SO2、Na2SO3 等 （三）氧化还原反应原理 1．一体化实验中涉及的相关反应（实现常见4种价态的相邻转化） （1）2Na2S+3SO2 == 3S↓+2Na2SO3 （ -2价→0价，+4→0价） （2）S + O2 == SO2 （ 0价→+4价） （3）5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4（+4价→+6价） （4）Cu+2H2SO4(浓) == CuSO4+SO2↑+2H2O （+6价→+4价） （5）S + Fe == FeS（0价→-2价） 2．学生分组实验中涉及的相关反应（仅完成部分价态转化） （1）2KMnO4 +5Na2S + 8H2SO4 == 2MnSO4 +5S +K2SO4 + 5Na2SO4 + 8H2O（-2价→0价） （2）2KMnO₄+5Na₂SO₃+3H₂SO₄ == K₂SO₄+2MnSO₄+5Na₂SO₄+3H₂O（+4价→+6价） （3）2Na2S+Na2SO3+6HCl== 3S↓+6NaCl+3H2O（-2价→0价，+4→0价） 七、实验教学目标 1．通过进行实验设计，认识实验设计要遵循科学性、可行性、安全性和绿色化的原则，提升学生科学探究与创新意识的核心素养； 2．通过实施实验，发现预期现象与实际现象的差异，体会“真实”的科学探究过程，提升学生科学态度与社会责任的核心素养； 3．通过对实验进行改进，启发对实验设计的更多思考，提升学生科学探究与创新意识的核心素养； 4．通过总结科学探究的一般方法，认识到科研人员的科研历程，提升学生科学态度与社会责任的核心素养。 八、实验教学内容 1．学生分组讨论总结出实验设计原则，并以此设计实验方案； 2．完成分组实验方案：硫化钠与酸性高锰酸钾、亚硫酸钠与酸性高锰酸钾、硫化钠与亚硫酸、稀盐酸； 3. 依据实验设计原则和分组实验不足之处等，改进实验方案，设计一体化实验，并进行现场演示。 九、实验教学过程 （一）小组设计实验方案，预测不同价态含硫物质的转化 1. 实验设计遵循的原则： 思考1：实验设计时，在实验目的、实验原理、实验试剂等的确定和选择，需要考虑哪些原则性的要求？ 图3 2．设计实验方案 思考2：如何根据已学知识、设计原则和学案所给用品，设计实验验证不同价态含硫物质的转化。 实验用品：试管、试管架、胶头滴管、酒精灯、蘸氢氧化钠溶液的棉团；酸性KMnO4溶液，氯水、Na2S溶液，H2S溶液，Na2SO3溶液，亚硫酸溶液、稀盐酸，铜片、浓硫酸、硫粉、铁粉、氢气、氧气. 表3 图4 设计方案中，需要多个实验才能完成常见价态的相邻转化，操作繁琐，而且涉及有毒有害物质。 思考3：根据实验设计原则，课堂实际情况，和桌上提供的试剂（酸性高锰酸钾溶液、Na2S溶液、Na2SO3溶液、稀盐酸），哪些转化是同学们能够在课堂上完成的？ 表4 （2） 小组实施实验，验证不同价态含硫物质的转化 1．按照表2方案，实施实验 实验用品：试管、试管架、胶头滴管、蘸氢氧化钠溶液的棉团；酸性高锰酸钾溶液、Na2S溶液、Na2SO3溶液、稀盐酸。 注意：（1）首加试剂为1-2滴管，后加试剂逐滴；（2）高锰酸钾溶液后加，逐滴；（3）加完试剂，立刻塞棉团于试管口 2. 交流、总结实验探究过程 （1）达到的预期现象 图5 图6 图7 Na2S溶液+酸性KMnO4 Na2SO3溶液+酸性KMnO4 Na2S溶液+Na2SO3溶液… 图4、图5、图6分别是相应转化达到的预期实验现象：酸性高锰酸钾溶液褪色，出现黄色浑浊；酸性高锰酸钾溶液褪色；出现黄色浑浊。 （2）预期以外的现象 图8 图9 Na2S溶液+酸性KMnO4 Na2S溶液+Na2SO3溶液…… 图7中硫化钠与酸性高锰酸钾溶液，有的小组出现了白色浑浊，有的出现黑色浑浊；图8硫化钠与亚硫酸钠，有的没明显现象，有的是黄色澄清。经过询问出现预期现象的小组，发现硫化钠与亚硫酸钠反应需要在酸性条件下。 通过预期以外现象的发生，让学生认识到并不是每一个探究过程都是按照我们预想的方向发展，遇到突发情况才是最真实的科学探究过程，这个时候，我们应该继续分析假设，再设计，再验证，这才是科学探究正确的打开方式。 除了再探究，也可以通过查阅文献解决问题： 图10 图11 （三）改进实验 1．一体化实验的设计由来分组实验是有遗憾的，仅完成三个转化，花费时间长，而且有同学闻到了难闻的气味。我们怎么做，能完成更多价态的转化，又能更高效、安全、环保呢？结合实验室的条件，和设计原则，设计出一体化实验方案（如图1） 2．现场演示一体化实验 图12 图13 实验前 实验后 （四）科学探究的一般流程 图14 十、实验效果评价 1．学生分组实验 分组实验现象明显，得到了预期现象和预期以外的现象，学生体会了真实的科学探究过程，学会了解决“突发问题”的方法，知道科研人员科学探究的一般方法，意识到自己也当了一次小小科研人员，在心中埋下科研的种子。 2．一体化实验 能够在一个装置中，可以完成常见4种价态的相邻转化，且操作简单，现象明显，无污染。同时一体化实验能够激发学生对实验设计更多的思考，提升学生科学探究与创新意识的核心素养。 学科网（北京）股份有限公司 $$