“探究浓硫酸与饱和氯化钠溶液反应”教学设计

夏时君 吴孙富

（1 深圳市新安中学 广东 深圳 518101；2 当阳市第二高级中学 湖北 当阳 444100）

一、教案设计思想

课程改革以来，老师们都在引导学生进行研究性学习方面进行着有益的尝试，有许多老师在引导学生进行研究性学习方面取得了丰硕的研究成果。在引导学生进行研究性学习方面，老师们一般都存在着这样一个共同的困惑：学生在研究性学习中一般都可以在教材和资料中找到探究课题的现成答案，研究而又有现成的答案， 这就会使研究性学习的科研性大打折扣。笔者撰写此教案的目的就是要突破此困惑，努力让学生在具有首创性科研特点的情境中用中学化学基础知识研究解决在学习中遇到的疑难问题。通过此类具有首创性科研特点的研究性学习的教学，既可以充分激发学生学习化学科学的浓厚兴趣，又可以让学生真实地体验科学研究的基本过程。

二、教学目标

1．知识与技能

（1）深入理解浓硫酸吸水性的含义，掌握用浓硫酸吸水或干燥的常见实验方案。

（2）深化对溶解度的理解，能用溶解度知识研究揭示浓硫酸与饱和氯化钠溶液反应的基本原理。

2．过程与方法

（1）用中学化学中的基础知识，探究一个被误解的实验现象——饱和氯化钠溶液与浓硫酸作用的实验现象。

（2）在老师的引导下，就实验中存在认知冲突的实验现象进行理论分析和实验研究，揭示出实验现象中蕴含的科学真谛，初步了解科学研究的基本过程。

3．情感、态度与价值观

用所学的知识研究解决一个被误解的实验现象，通过运用理论解决实际问题的研究性学习，感受科学研究的艰辛过程、享受科学研究的成功乐趣，激发学习化学科学的浓厚兴趣。

三、教学重点和难点

重点：浓硫酸的吸水性，溶解度的应用，科学研究方法

难点：科学研究方法

四、教学过程

1．提出研究课题

［问题的提出］可能有部分同学做过如下一道练习题，不论做过与否，请同学们再做一遍（投影习题题目、学生解答）：

如图所示，把盛有3mL 饱和氯化钠溶液的试管小心地放入盛有碳酸饮料（温度为20℃）的烧杯中，然后用胶头滴管向试管中滴加1mL 浓硫酸。

请回答问题：

（1）实验过程中观察到的现象是 ______________，产生这种现象的原因是_______________________________________________________________。

（2）试管内断裂的化学键类型是 ___ ，形成的化学键类型是 ____ 。

（3）写出有关反应的化学方程式：______________

［教师要求］请同学们举手回答解答的答案，并让其他同学参与质疑讨论。

［学生回答］预设：同学可能会得出与参考答案一致的结论（参看答案投影），也可能会有同学对浓硫酸的吸水性及析出NaCl 晶体的实验现象存在不同意见。若有同学存在不同意见，则顺着学生思路提出本节课课题；若学生都没有不同意见，则教师进一步引导学生分析后提出本节课课题。

［答案投影］有关资料给此题各空提供的参考答案如下：

（1）烧杯中逸出大量气体，试管内有晶体析出，浓硫酸溶解放出大量的热， 导致烧杯中饮料的温度升高，促使碳酸分解产生二氧化碳；浓硫酸具有吸水性，小试管内析出NaCl 晶体。

（2）共价键，离子键。

［板书］课题： 探究浓硫酸与饱和氯化钠溶液反应

设计意图：引导学生思考质疑，让学生在质疑中突破思维定势，并在突破思维定势的过程中发掘出研究性学习的课题。

2．深入探析浓硫酸的吸水性

［演示实验一］向学生展示试剂：一是内含氯化钠晶体的饱和氯化钠溶液，二是98%的浓硫酸。用一只中号试管取3．0mL 饱和氯化钠溶液，用滴管向试管内逐滴加入浓硫酸。加入2 滴时，溶液开始局部变浑浊，共加入20 滴（约1mL）时，溶液呈浑浊，试管壁有点烫。用橡皮塞密封试管，振荡、静置试管，冷却到室温，试管内有大量的无色晶体，晶体覆盖了试管底部。

［教师提问］由这个实验的现象，同学们可以得出什么结论？ 请同学们讨论。

［学生回答］预设：同学们一般会依据该实验的现象，认同上述练习题的参考答案。

［教师置疑］同学们（或者说多数同学）根据这个实验的现象得出了试管中生成了氯化钠晶体的结论，得出了生成氯化钠晶体的原因是浓硫酸吸收了饱和氯化钠溶液中水分的结论。这两个结论正确吗？（预计大多数甚至全体同学会说“正确”）。请同学们观察下一个实验的现象。

［演示实验二］向学生展示一瓶内含氯化铵晶体的饱和氯化铵溶液，振荡试剂瓶后静置，瓶内的氯化铵晶体不变（说明该溶液确实饱和）。用一只中号试管取3．0mL 饱和氯化铵溶液，用滴管向试管内逐滴加入与实验一中相同的浓硫酸。加入到20 滴（约1mL）时，溶液不变浑浊，试管壁有点烫。用橡皮塞密封试管，振荡、静置试管，冷却到室温，试管内仍然无晶体。

设计意图：设置认知冲突，引发学生强烈的探究欲望。

［教师进一步置疑］在这个实验中，试管中没有生成氯化铵晶体，这是不是说明浓硫酸没有吸水性呀？

［置疑结果预设］对比两个实验的试剂、实验操作过程和实验现象，同学们一定感到非常奇怪，探究兴趣由此被激发。

［教师引导］如果说实验一中生成了氯化钠晶体，且生成氯化钠晶体的原因是浓硫酸吸水的话，则实验二必然会同理生成氯化铵晶体。既然实验二没有生成氯化铵晶体，则同学们据实验一中的现象所得出的两个结论（生成NaCl 晶体、浓硫酸吸水）就值得商榷了。

［演示实验三］向同学们展示干燥器，说明干燥器的结构、功能和实验操作方法。用一只50mL 的小烧杯取25mL 浓硫酸置于干燥器内， 另用两只50mL 的小烧杯分别取5mL 饱和氯化钠溶液、5mL 饱和氯化铵溶液置于干燥器内。密封干燥器。

［教师提问］同学们预想一下，过一段时间后，干燥器内的三只小烧杯中分别会出现什么现象？ 为什么？ 我们待会儿观察该实验的结果。

［学生回答］预设：浓硫酸的体积（或质量）会增大，另外两只小烧杯内的溶液会减少，并分别析出氯化钠晶体、氯化铵晶体。原因是浓硫酸吸收了饱和氯化钠溶液和饱和氯化铵溶液挥发出的水分。

［教师提问］请同学们将实验三与实验一和实验二比较一下， 实验三中的浓硫酸存在于小烧杯内，实验一和实验二中的试管内有浓硫酸吗？ 为什么？

［学生讨论回答］预设：实验一和实验二中的试管内没有浓硫酸，因为浓硫酸加入水溶液后就形成混合物被稀释了。

［板书］加入到溶液中的浓硫酸不再是浓硫酸，没有浓硫酸就没有浓硫酸的吸水性。

［教师提问］浓硫酸具有吸水性，实验室常用浓硫酸吸收气体、液体、固体中的水分，请简要说明用浓硫酸吸收气体、液体、固体中水分时的实验操作方法。

［学生回答］预设： 用浓硫酸吸收气体中的水分时，将气体通过装有浓硫酸的洗气瓶。用浓硫酸吸收液体、固体中的水分时，将液体或固体装在一个烧杯中，将浓硫酸装在另一个烧杯里，将浓硫酸与液体或固体同时装入干燥器内密封吸水。

［教师提问］浓硫酸能无限制的吸水吗？

［学生回答］预设：不能。浓硫酸吸水到一定程度就会因为吸水稀释而不能再吸水了。

［教师引导提问］我们已经知道，将浓硫酸与水溶液直接混合不能起到吸收溶液中水分的作用，能不能将浓硫酸与固体直接混合来吸收固体中的水分呢？ 为什么？

［学生回答］预设：不能。因为浓硫酸可能会与固体物质发生反应。就算浓硫酸不与固体物质反应，也存在着吸水后的分离问题，还存在着固体物质会少量溶解于浓硫酸的问题。

［教师讲解］关于浓硫酸的吸水性，还有一个比较特殊的问题请同学们注意，若在非水混合液中加入浓硫酸，浓硫酸也可以起吸水作用。我们用乙醇、乙酸、浓硫酸的混合液制取乙酸乙酯时，就是利用浓硫酸的吸水性促进该酯化反应正向进行的。

［观察实验三的结果］打开干燥器，取出三只小烧杯，装浓硫酸的烧杯内看不出明显的变化，装饱和氯化钠溶液、饱和氯化铵溶液的烧杯内均有晶体生成。说明浓硫酸吸收了饱和氯化钠溶液、饱和氯化铵溶液中的水分。

设计意图：通过实验研究和理论分析，让学生对浓硫酸的吸水性有进一步的明确认识。

3．探析浓硫酸与饱和氯化钠溶液的反应

［教师提问］从实验操作的角度来看，实验一和实验二是不是十分相似？ 二者的不同点在哪里？

［学生回答］预设：十分相似。不同点在于实验一用的是饱和氯化钠溶液，实验二用的是饱和氯化铵溶液。

［教师追问］从实验现象来看，实验一与实验二的显著区别是实验一生成了晶体， 实验二无晶体生成。请同学们分析讨论，探寻其原因。（提示：不要将实验一中的晶体确认为NaCl 晶体）

［学生讨论回答］预设：若有同学从溶解度和离子反应的角度来回答，就顺着学生的思路进行，同时投影如下溶解度表。若没有同学从溶解度和离子反应的角度来回答，就直接投影如下溶解度表，引导学生分析。

［投影］

表1 NaCl、Na2SO4、NH4Cl、（NH4）2SO4 的溶解度表

（此表中Na2SO4的溶解度是指固相为Na2SO4·10H2O 时所溶解 的Na2SO4的质量，NaCl、NH4Cl、（NH4）2SO4三种晶体不含结晶水。）

［教师引导］老师在《化学用表》［1］中查得NaCl、Na2SO4、NH4Cl、（NH4）2SO4在三种温度下的溶解度如表一，括弧内的物质的量是老师的换算结果。请同学们根据此时的室温选择与表一中温度较接近的一组数据（上课要带温度计，此处选用20℃时的数据）分析探讨实验一形成晶体、实验二不形成晶体的原因。

［学生讨论作答］预设：Na2SO4的溶解度比NaCl的溶解度小，Na2SO4晶体含有大量结晶水， 所以实验一中生成了Na2SO4·10H2O。（NH4）2SO4的溶解度比NH4Cl 的溶解度大，实验二中加入浓硫酸后，溶液体积增大，NH4Cl 的浓度降低，所以实验二中不形成晶体。

［板书］2NaCl（饱和）＋H2SO4（浓）＋10H2O＝Na2SO4·10H2O↓＋2HCl

［教师评价提问］从定性的角度说，同学们刚才的回答是正确的。同学们能不能从定量的角度探寻出一个判断＋1 价的饱和氯化物与浓硫酸作用生成或不生成硫酸盐晶体的标准呢？ 探讨此问题时，请同学们先考虑一下溶解度的物理量是选用质量好、还是选用物质的量好。

［讨论］师生共同讨论解答。

［板书］

［教师提问］根据这个标准，请同学们计算回答实验一生成晶体、实验二不生成晶体的原因。

设计意图：通过对比分析，解决矛盾冲突，探寻实验现象中蕴含的科学真理。

［教师引导置疑］我们已经知道， 实验一中有Na2SO4·10H2O 晶体生成，实验一中的晶体中会不会含有NaCl 呢？ 为了正确回答此问题，我们在实验一的基础上再做实验四。

［演示实验四］倾倒出实验一中试管内的上层清液，用双层滤纸捂住试管口尽量沥干晶体。向试管内加入10 滴（太多会导致晶体大量溶解）蒸馏水振荡洗涤晶体，再用双层滤纸捂住试管口尽量沥干晶体。向试管内加适量蒸馏水溶解晶体。用另一只试管取出约2mL溶液，向试管内的溶液中滴加0．1mol／L 的Ba（NO3）2溶液，试管内有白色沉淀生成，继续滴加Ba（NO3）2溶液至试管内不再生成白色沉淀为止，振荡、静置试管。将试管内的上层清液倾倒一部分到另一只试管里，向试管里滴加2%的AgNO3溶液，试管内生成大量白色沉淀。

［教师提问］①在这个实验中，在检验SO42－和Cl－时均未加硝酸酸化溶液，为什么？ ②这个实验说明了什么？

［学生回答］预设：①已知溶液中不含干扰离子，所以不需加硝酸酸化处理。②这个实验说明实验一生成的晶体中含有NaCl。

［教师引导提问］老师从网上搜得20℃常压下饱和氯化钠溶液的密度是1．33g／mL，据此可计算出3mL 饱和氯化钠溶液中的浓硫酸的浓度是18．4mol／L， 据此可计算出1mL 浓硫酸中含n（H2SO4）＝18．4mol／L×1mL＝0．0184mol。由此可得 实验一的试管中比较可得出什么结论？

［教师引导提问］在n（SO42－）减少的过程中， 将逐渐增大。同时，在形成Na2SO4·10H2O 晶体的过程中消耗了大量溶剂。当相等时，若溶液仍处于过饱和状态，溶液中会发生什么样的变化？

［学生回答］预设： 溶液中会发生Na2SO4·10H2O与NaCl 共沉淀的作用，共沉淀到溶解平衡为止，从而导致无色晶体中同时含有SO42－和Cl－。

设计意图：在科学研究中，考虑问题要尽量全面。此部分探究就是要让学生对此有所感悟和领会。

4．课堂小结与课外作业

［课堂小结］这节课探究了浓硫酸与饱和氯化钠溶液的反应。通过探究，进一步明确了浓硫酸吸水性的含义，明确了浓硫酸吸收气体、水溶液、固体中水分的实验方案以及浓硫酸在非水溶剂中的吸水作用。通过探究，确认浓硫酸与饱和氯化钠溶液发生反应生成了Na2SO4·10H2O 晶体，生成的Na2SO4·10H2O 晶体中混有NaCl。通过探究，得出了浓硫酸在常温下与＋1 价氯化物的饱和溶液发生反应生成硫酸盐晶体的条件。

［课外作业］（选做一题）

（1）20℃时，饱和氯化钠溶液的密度是1．33g／mL，氯化钠与硫酸钠的溶解度分别是36．0g、19．4g，浓硫酸的浓度是18．4mol／L、密度是1．84g／cm3。若在20℃时向3．0mL 饱和氯化钠溶液中加入1．0mL 浓硫酸，能从理论上计算出生成晶体的总质量吗？为什么？（答案要点：不能。溶液中含有酸，目前还不知道盐酸和硫酸对氯化钠和硫酸钠溶解度的影响程度，也不知道硫酸钠和氯化钠对彼此溶解度的影响）

（2）你在学习化学的过程中，还遇到过其它感到困惑的问题吗？ 请列举一例谈谈你困惑的原因，若能就你的困惑设计一个探究思路的话，请将你的探究思路写出来交给老师。

（3）通过这节课的学习，你觉得科学研究很神秘吗？ 请谈谈科学研究的基本过程？

设计意图：第（1）题的解答说明科研课题可以在已有成果的基础上进一步生成，同时还说明科学研究具有很强的挑战性。第（2）题是要引导学生学会发现和思考，并在发现和思考中学习创新。第（3）题主要是要消除学生对科学研究的神秘感， 让学生热爱科学、用于创新。

［1］顾庆超等编著．化学用表［M］．南京：江苏科学技术出版社，1979．10

［2］吴孙富，沈素帆，于孝梅．探析浓硫酸与饱和氯化钠溶液和饱和硫酸铜溶液的作用［J］．化学教学，2014，（10）：65～67