2.2.2氯气的制备与性质检验微型化创新实验 教学设计 2023-2024学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

人教版高中化学必修第一册第二章第二节——氯气的制备与性质检验微型化创新实验 1、 使用教材 本次实验说课我选择的内容是氯气的制备与性质检验微型化创新实验，内容选自人教版化学必修第一册第二章第二节，本次实验课的内容适用于高一年级的学生。 2、 实验设计思路 (1) 教材实验的缺点 教材使用二氧化锰和浓盐酸实验室制备氯气时，仪器组装较为复杂，连接处较多，在完成实验时，很容易导致氯气漏出，具有一定的危险性。药品用量较多，反应加热且加热后冷却需要一定的时间，反应会持续进行一段时间，因此反应产生的氯气的量难以控制，浪费药品。在完成实验后，装置和导管中残留的氯气不便处理，容易造成污染。 (2) 实验改进思路 (1) 实验原理改进 在实验设计上，我首先改进了实验原理。实验室制备氯气通常有三种方法，分别是二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应，高锰酸钾固体与浓盐酸直接反应，氯酸钾和浓盐酸直接反应。出于简化操作和实验安全的考虑，我选取的是使用氯酸钾和浓盐酸反应制备氯气。 (2) 实验装置改进 1) 实验仪器 其次我还改进了实验装置，我所使用到的仪器极少，包括医用针筒，医用废弃玻璃小瓶，试管，烧杯，如图 1。 图 1 2) 气体制备装置改进思路 气体制备装置如图 2。 图 2 该实验的核心装置是医用针筒，首先在医用针筒内部提前装好少量的氯酸钾粉末，然后拉动针筒活塞，从浓盐酸溶液中吸入适量浓盐酸，接着立刻将针筒的针头放入氢氧化钠溶液中。这里有一个比较巧妙的点，由于针筒内部是封闭的，随着氯气的产生，针筒内部压强会变大将活塞向上顶，因为针筒是有刻度的，所以可以根据气体体积的需要，用手控制针筒中活塞停止的地方，当活塞没有办法向上运动后，由于氯气持续产生导致压强变大，针筒中的废液会从针头向外压出，当废液被完全压到氢氧化钠溶液中后，恰好就完成了废液处理，同时针筒中收集得到较为纯净的氯气。 3) 气体净化装置改进思路 气体制备装置如图 3。 图 3 在制备得到氯气后，此时氯气中显然是有部分氯化氢气体和水的，所以用针筒吸入饱和氯化钠溶液，摇晃后打出，即可除去氯化氢气体。该装置第二个比较巧妙的设计在于改造了针筒的针头，由于针头是可以替换的，因此把针筒改造加入一定量的无水氯化钙，那么由针头打出的氯气就变成了干燥的，达到了除水的目的。 4) 性质检验与尾气处理装置改进思路 气体制备装置如图 4。 图 4 用针筒将氯气注入装有待测样品废弃医用玻璃小瓶中，即可完成氯气的性质检验实验，当氯气使用完成后，将剩余的氯气注入氢氧化钠溶液中，即可完成针筒中残余氯气的处理，然后再吸取适量氢氧化钠溶液注入玻璃小瓶中，即可完成玻璃小瓶中残留的氯气的处理。 3、 实验创新点 实验装置实现了微型化。这使得药品的使用量极大的减少，相比于教材实验减少了资源的浪费，节省了成本，同时也在源头减少了氯气污染。实验装置实现了一体化。通过巧妙的利用针筒和结合相关物理知识，使得针筒实现了氯气的制备、定量收集、尾气处理和反应废液处理一体化，使得实验装置和操作步骤得到极大的简化。实验装置实现了模块化。通过巧妙的改造针头和使用废弃医用小玻璃瓶，使得氯气的制备收集，氯气的干燥，氯气性质的检验三个部分模块化，使得实验的准备更加简单。 4、 课程标准分析 实验教学的内容应当基于课程标准，化学课程标准对该部分内容要求提到：通过实验探究，了解氯及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。同时化学课程标准中的学业要求还提到：能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案。 5、 学生学情分析 实验教学的内容还应当基于学生的学情，在学习本实验之前，学生在必修第一册第一章学习了氧化还原反应相关知识，对氯气的制备反应原理能够合理的进行分析。同时学生在初中阶段已经学习了部分实验操作，具有一定的实验操作基础。但是学生在学习上仍然存在一定的障碍，本实验是学生学习的第一个有毒有害气体的制备实验，对气体制备装置的模型认识还不够深刻。 6、 实验教学目标 结合课程标准和学情，本次实验教学设置教学目标三个：了解实验室制备氯气的多种方法；了解气体制备装置的一般组成结构；能够根据氯气的性质设计制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案。 7、 实验教学过程 实验教学过程中，首先通过给出氯酸钾、高锰酸钾和浓盐酸，引导学生依据氧化还原反应化合价的变化规律，思考上述两种反应的发生的可能性。然后通过给出仪器和药品，引导学生思考设计实验方案，并说明实验装置中的仪器分别对应气体制备装置模型中的哪些模块。最后在完成方案设计后后，对学生的方案进行评价，然后引导学生完成实验，记录实验现象，并由实验现象分析实验结论。 这里对实验过程有一个详细的描述，如图 5。首先是装好氯酸钾的针筒吸取浓盐酸，然后可以看到氯气产生，针筒活塞被向上顶，当氯气收集到一定量后，用手顶住活塞，废液被排出，当废液被完全排出后，收集得到氯气。 图 5 然后吸入氯化钠溶液，振荡后打出，以除去氯化氢气体，然后完成针头的替换，具体操作如图 6。 图 6 接下来将氯气分别注入装有湿润的花瓣、干燥的花瓣、湿润的淀粉碘化钾试纸、湿润的中性紫色石蕊试纸的医用小瓶中。一段时间后，可以看到湿润花瓣部分褪色，干燥花瓣无明显现象，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，湿润的红色石蕊试纸先变红后最终褪色，现象如图 7。 图 7 最后完成尾气处理，操作如图 8。 图 8 实验现象说明说明氯气有以下性质：氧化性：能和I-反应并置换出I2；酸性：能使湿润的红色石蕊试纸变红；遇水有漂白性：能使湿润的红色石蕊试纸变红后褪色，能使湿润花瓣褪色。 8、 实验教学反思 (1) 实验效果评价 在实验完成过程中，氯气的制备简单易操作，且几乎没有氯气泄漏，同时性质检验实验部分显现明显，能较好的引导学生得出结论。当然完成实验过程中还存在一些问题，例如实验所用的针筒的针头是铁质的，在吸取浓盐酸后，针头会被腐蚀，导致装置无法多次使用。橡胶小瓶子封闭，由于压强原因，针筒无法向内注入较多氯气，因此当湿润花瓣太大时，褪色表现为花瓣部分褪色，而不是明显的完全褪色。 (2) 实验可以拓展运用的地方 该实验还存在可以拓展的地方，由于该实验所用的装置通用性较强，可以用于其他其他气体制备/反应实验，例如氢气和氯气光照下反应，也可以使用该装置，这样不仅能观察到气体颜色的变化，还可以通过针筒活塞的位置直观看到反应前后气体总体积的改变。 学科网（北京）股份有限公司 $$