草酸酸性实验探究

刘瑶瑶

一、教学设计背景与理念

化学学科核心素养五个维度中包含了“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”两个方面，需要学生认识科学探究是进行解释和发现、创造和应用的科学实践活动;能发现和提出有探究价值的问题;能从问题和假设出发，确定探究目的，设计探究方案，进行实验研究;在探究中学会合作，面对“异常”现象敢于提出自己的见解;具有严谨求实的科学态度，具有探索未知、崇尚真理的意识等。而这两个维度的学生核心素养的培养主要是依托于课堂教学中的科学探究环节。

草酸又名乙二酸，化学性质活泼，草酸呈现酸性的原因是分子中含有官能团羧基（-COOH），是典型的有机二元弱酸，考查时可以将有机化学和无机化学有效结合;将弱电解质的电离平衡、盐类的水解平衡、酸碱中和滴定、氧化还原滴定等化学反应原理知识有机融合，考查学生的综合能力和素质。而学生对于化学反应原理中的抽象理论的理解往往不够透彻，难点难以突破，涉及到图像图表、实验方案设计时尤其难以下手。本教学设计以草酸的酸性实验探究为主题，通过任务驱动方式，以问题为导向，让学生经历实验方案的设计和讨论、实验验证、得出实验结论的科学探究过程，利用数字化实验和传统实验相结合的手段进行实验验证，对实验结果和曲线进行分析和数据处理，突破难点。

二、教学目标

知识与技能：设计实验方案，验证草酸的酸性、弱酸性和草酸是二元酸;复习与草酸相关的弱电解质电离和盐类水解部分知识，学会分析滴定曲线。

过程与方法：通过对实验方案的设计讨论、实验验证过程使学生掌握科学的思维方法;通过对滴定曲线的分析，提高学生的数据处理和图像分析能力。

情感、态度与价值观：通过对草酸酸性实验的探究，培养学生的科学探究精神和科学探究意识。

三、教学重难点

重点：草酸的弱电解质的证明和二元酸的证明。

难点：草酸的二元酸的证明和滴定曲线分析。

四、教学方法、手段

数字化实验和传统实验相结合、多媒体互动教学。

五、教学过程

【课前预习阶段 】

1.查阅资料了解草酸。

2.学生设计实验方案验证草酸酸性。

学生可能设计的实验方案：草酸与指示剂作用;草酸与氢氧化钠反应;草酸与碳酸钠或碳酸氢钠反应放出二氧化碳;一定浓度的草酸水溶液的pH的测定;草酸与活泼金属反应放出氢气。

设计意图：课前学生通过查阅资料，初步了解草酸的结构和基本化学性质，为课上的草酸酸性实验探究奠定基础。

【课上实验探究】

引入新课：草酸可以除去瓷砖上顽固的污垢，这与草酸的什么性质有关？为什么草酸具有酸性？草酸是强酸還是弱酸？草酸是几元酸？

设计意图：创设实验探究情境，使学生明确学习任务。

任务1：草酸的酸性验证实验

1.课前学生实验方案的讨论：包括合理性，是否易操作。

2.实验方案的选定和学生分组实验，记录实验现象、得出实验结论。

A.草酸溶液中滴加甲基橙：甲基橙变红。

B.草酸与与滴有酚酞的氢氧化钠溶液反应：草酸能与氢氧化钠反应。

C.室温下，利用pH计测定0.1mol/L草酸水溶液pH：pH=1.3。

D.草酸与碳酸氢钠固体反应：产生无色无味使澄清石灰水变浑浊的气体CO2 。

3.利用CO2传感器测定草酸与碳酸氢钠固体反应产生的CO2 。

高考链接1：2015全国高考26（3）：设计实验证明：①草酸的酸性比碳酸的强____________________。

答案：向碳酸氢钠固体中加入草酸溶液，观察是否有无色无味使澄清石灰水变浑浊的气体产生，若有，证明草酸酸性强于碳酸。

设计意图：学生通过对实验方案的讨论，了解实验方案设计的合理性和易实现易操作的原则;通过手持技术和传统实验相结合共同感受用草酸制备碳酸的过程，为任务2中利用强酸制备弱酸的原理证明草酸的弱酸性埋下伏笔。

任务2：草酸弱酸性的证明

问题1：任务1实验中哪一个实验可以说明草酸是弱酸？请说明你的理由。

学生讨论回答：室温下，pH计测定0.1mol/L草酸水溶液pH=1.3，原因是：若草酸是一元强酸：pH=1;若草酸是二元强酸：pH= -lgc（H+）= - lg0.2=0.7，证明草酸是不完全电离的。

问题2：你还可以设计哪些实验方案来证明草酸是弱酸或者弱电解质？

1.学生可能设计的实验方案：

A.测定草酸钠溶液的pH —— 证明草酸根的水解，从而证明草酸是弱酸;

B.等浓度等体积的硫酸和草酸测定导电能力—— 证明草酸的不完全电离;

C.等浓度等体积的硫酸和草酸与活泼金属反应，起始反应速率对比——证明草酸的不完全电离;

D.等pH、等体积的硫酸和草酸与活泼金属反应平均反应速率的对比——证明草酸电离平衡的移动;

E.等体积的草酸和水加热过程中pH的变化——证明草酸电离平衡的存在。

2.选定可行实验方案：E 方案装置如图1

实验结果如下：0.1mol/L草酸溶液（横坐标：温度，纵坐标：pH）

3.小结证明草酸是弱酸的方法：强酸制备弱酸;证明草酸的不完全电离;证明草酸的电离平衡的移动;证明草酸盐的水解。

实验方案设计的原则：控制变量;对照性;合理性;易实现。

设计意图：以问题为导向进行草酸是弱酸的证明，学生再次设计和讨论实验方案，了解实验方案设计的单变量和对照性原则，利用温度和pH传感器相结合测定温度对草酸电离平衡的影响，体验科学探究过程，了解科学研究方法。

任务3：草酸为二元酸的确定

问题1：室温下，测定0.1mol/L草酸水溶液的pH=1.3是否可以说明草酸是二元酸？为什么？

学生讨论回答：若草酸是一元强酸  c（H+）=0.1mol/L，而实际pH=1.3，只能证明其c（H+）<0.1mol/L。

问题2：2015全国高考26：设计实验证明：草酸为二元酸____________。请同学们讨论后，设计出合理的实验方案。

1.学生可能设计的实验方案：

A.利用等浓度的标准氢氧化钠溶液滴定等浓度的草酸溶液

2n（NaOH）=n（H2C2O4）。

B.对比等浓度等体积的盐酸和草酸与Zn（或者碳酸氢钠）反应产生的H2（或者CO2）的量。

2.选定的实验方案：A ，实验装置如图4 。

3.滴定实验：边滴定边进行曲线分析，实验结果如下：

滴定曲线分析：

（4）25.00mL 0.1 mol/L的草酸溶液滴定至终点时消耗0.1 mol/L氢氧化钠溶液体积为50.00mL。

结论：草酸为二元酸，且该滴定过程可用酚酞做指示剂。

4.小结：证明草酸是二元酸的方法：滴定或与一元强酸进行对比;曲线或图像分析要点：横纵坐标、起点、终点、中间点等。

高考链接2：2016江苏高考14改编：H2C2O4为二元弱酸，20℃时，配制一组c（H2C2O4）+c（HC2O4-）+ c（C2O42-）= 0.100 mol·L-1的H2C2O4和NaOH混合溶液，溶液中部分微粒的物质的量浓度随PH的变化曲线如下图所示。下列指定溶液中微粒的物质的量浓度关系一定正确的是（ BD ）

A. PH=2.5的溶液中：c（H2C2O4）+ c（C2O42-）> c（HC2O4-）

B. c（Na+）=0.100 mol·L-1的溶液中：

c（H+）+c（H2C2O4）=c（OH-）+ c（C2O42-）

C. 此温度下，H2C2O4的Ka2=4.2

D. PH=7的溶液中：c（Na+）>2 c（C2O42-）

设计意图：通过设计实验方案证明草酸是二元酸，学生再次熟练实验方案设计的一般原则，同时通过用标准氢氧化钠溶液滴定等浓度草酸的数字化实验绘制滴定曲线，学生进行曲线分析，培养学生科学的思想方法的同时，提高了学生的图像和曲线分析能力，实验数据处理能力，有助于学生化学学科核心素养的提高。

【简评】

草酸兼具有机物和无机物的性质，考查方式多样。三位教师围绕草酸这一主题，从不同角度展现了不同的草酸。三位教师均采取了以学生为主体的不同程度的混合式教学，并利用手持技术实验，将抽象的化学原理和概念转换成直观的、可视化的图像，利于学生掌握科学的探究方法和思维方法。对三位教师的课例进行研究，有助于教师之间相互借鉴、取长补短。

郎老师的课借用菠菜豆腐这一矛盾体引入，以高考题目为载体，引导学生将草酸重要理化性质应用于生活实际，涵盖了草酸所有化学性质，使学生对草酸有了完整的认识。本节课的亮点在于借助手持技术对草酸二元酸的性质展开深入的实验探究，给学生以曲线形式的视觉感受，带领学生在生活、教材和题目中寻觅知识的生长点，脉络清晰。

刘老师的课亮点之一是“实验方案的讨论”环节，使学生了解控制变量和设置对照实验的思想;二是在“二元酸的证明”环节中，利用手持技术进行草酸与氢氧化钠溶液的滴定实验，对曲线进行分析，计算草酸的Ka1、Ka2，草酸根的Kh1、Kh2，并利用常数进行溶液酸碱性的判断，使学生学会了一些科学的思维方法，提高了对数据处理、图像分析等方面的能力。

在孔老师的课上，学生分组设计实验方案并讨论，出现了许多生成性问题，有助于学生体会并应用控制变量法。利用手持技术测量溶液的透光率与时间的曲线，引导学生讨论曲线异常原因，从根源分析反应的特点，探求知识的真相，培养学生的核心素養。

三节课从不同角度诠释了草酸的性质。郎老师的课更注重学生对草酸这一物质认识的完整性、系统性;刘老师和孔老师选择从草酸的某一方面的性质出发，进行较为深入的实验探究。前者属于性质教学课，重视学生参与和学生对知识的运用和整合;后者则为实验探究课，重点培养学生的实验探究能力以及科学方法的运用能力。然而后两节课的侧重点亦有所不同，一个是以酸性研究为主线逐层逐级，阶梯式的研究草酸的酸性，由浅入深，课程设置有梯度、有高度，让学生体验科学探究过程;另一个则利用了思维导图导课，让学生课前自主研究，课上自主探究、讨论，更多地调动了学生的主观能动性。

对三位教师提出两点教学建议：在课堂上的学生讨论环节中，教师应充分参与讨论，及时掌握学生讨论情况;可适当精简课堂内容，缩减宽度，拓展深度。