化学仿真软件在碱金属与水反应教学中应用.docVIP

化学仿真软件在碱金属与水的反应教学中的应用 　　摘 要 通过化学虚拟实验软件“鳄鱼夹”对探究性实验“碱金属与水的反应”进行虚拟仿真，通过宏观现象、数据与曲线和微观示意图的呈现，对“碱金属与水的反应”的相似性与递变性进行讨论，一方面帮助学生建构起反应体系的微观世界和对反应体系进行认识，另一方面保证学生不会因为化学实验中潜在的危险而受到伤害，从而更好地实现中学教学中探究性实验的教学 关键词 化学仿真实验；中学化学；碱金属与水的反应 中图分类号：TP391.9 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2016）16-0038-03 1 前言 在高中探究性实验“碱金属与水的反应”的教学过程中，由于碱金属化学性质活泼，因此进行实验时反应速度快，现象不宜观察且具有一定的危险性[1]；而且由于碱金属Li和K非常活泼，因此在实际教学过程中无法用其进行实验教学。在实际教学过程中，借助化学仿真软件“鳄鱼夹”展开探究式教学活动，不仅能够有效地避免实验安全事故的发生，防止学生被反应生成的强碱腐蚀或灼伤，而且能够有效地借助软件中的宏观现象、微观示意图和数据图表的展示，帮助学生对该反应的相似性与递变性进行认知与学习 2 实验演示思路 根据《普通高中化学课程标准（实验）》，本部分的教学要求学生能结合有关数据和实验事实认识元素周期律，了解原子结构与元素性质的关系[2]。因此，在教学过程中采用探究式教学模式，运用“鳄鱼夹”化学仿真软件进行化学虚拟实验“Li、Na、K与H2O反应”的演示，然后借助软件中虚拟实验现象、数据、图表和曲线的展示，引导学生理解与掌握三个反应的相似性与递变性 实验演示一：碱金属与水反应的相似性 该实验的演示采用分别演示Li与水反应、Na与水反应、K与水反应的方式进行 现以Li与水反应为例，将实验演示过程列举如下 首先，按下软件中的按钮，控制反应处于未发生的状态，向250 mL烧杯中加入100 mL水和单质Li，用pH计测量反应前的液体pH值，反应前的相关信息如图1所示。通过微观示意图，能够观察到烧杯中存在的微观粒子只有水分子，而且透过信息栏可以得知反应前的液体温度为25 ℃， 并且组分只有水，空气的成分当中只有N2、O2、Ar和CO2。通过pH计的测量可以得知，反应前的液体pH=7，液体呈现中性 其次，按下开始仿真按钮，开始虚拟实验演示，反应过程中的变化如图2和图3所示 如图2所示，单质Li在反应开始一段时间后，开始产生气泡并浮在水面上，由此表明单质Li的密度小于水并且反应产生气体。对比图2和图1中的信息栏得知，反应过程中产生Li+和OH-，只是由于浓度过小，因而没有出现在微观示意图中，但说明该反应过程中有离子参加反应，根据“离子反应”的定义，能够得知该反应属于离子反应；对比“气体”一栏得知，反应中产生的气体成分为H2；对比“液体和固体”一栏得知，反应前液体和固体的温度为25.00 ℃，反应一段时间后液体的温度为28.322 ℃，固体的温度为29.056 ℃，由此说明该反应过程中会放出热量，表明该反应属于放热反应 如图3所示，单质Li在进一步与水反应的过程中发生爆炸，由此说明Li与水的反应是非常剧烈的，间接表明金属单质Li具有强还原性；对比图1、图2和图3的原子示意图以及信息栏得知，随着反应的进行，两种离子浓度在逐渐增大，两种离子经历了从无到有的反应历程；进一步对比图2和图3的“液体”和“固体”一栏得知，温度随着反应的进行进一步升高，而且由于发生爆炸，使得部分单质Li与氧气发生副反应而产生Li2O固体；对比图2和图3的“气体”一栏得知，图2中H2的体积为46.575 cm3，图3中则为31.769 cm3，由于H2属于可燃性气体，能够推测反应发生爆炸的根源可能与H2有关 反应结束后，按下软件中的按钮，使反应处于停止状态，向反应后的烧杯中滴加酚酞试液，产生的实验现象如图4所示，溶液呈现红色，说明反应后的溶液呈现碱性；对比图1和图4液体的酸碱性得知，该反应的发生使液体的酸碱性由中性转变为碱性 综上所述，Li与水反应的实验现象是Li浮在水面上并且不断熔化，而且反应过程中产生大量气泡并发生爆炸，向反应后的溶液滴加酚酞试液之后，溶液变为红色；通过信息栏与微观示意图的对比能够得知，产生的气体为H2，并且该反应过程中会放出热量，属于放热反应；而且由于该反应过程中有离子参加，故该反应也属于离子反应，反应过程中产生Li+和OH-；随着OH-浓度的增加，使得液体的酸碱性由中性逐渐转变为碱性 总之，单质Li因为其强还原性而与水反应非常剧烈，反应过程中产生强碱LiOH和H2。对于单质Na与水反应、单质K与水反应，也可采用上述的虚拟实验演示与分析过程进行模拟仿真 实验演示二：