对过氧化氢实验异常现象的教学探究
对过氧化氢实验异常现象的教学探究发表时间：2007-8-3 19:48:04
永嘉中学，浙江永嘉 戴 琪 化学是一门以实验为基础的学科。在中学化学实验教学中开展探究性学习，就是为学生建构一种开放的学习环境，提供多渠道获取知识的途径，以便将所学知识加以综合应用与实践。 由于中学化学实验装置的灵活性、多变性以及受实验条件的制约，出现实验现象的不明显、异常、甚至失败。这些都给中学生开展探究性学习提供了知识性强、有一定创造性，具有探索价值的探究性素材。 在高中化学新教材（２０００年２月第二版）第一册第１２８页中提到：“过氧化氢（Ｈ２Ｏ２）是一种无色粘稠液体，它的水溶液俗称双氧水，呈弱酸性。”为了检验其酸性程度很弱，我补充设计了演示实验：向约１０％的双氧水中滴加紫色石蕊试液，变红。可在课外习题中却出现“双氧水呈弱酸性，不能使紫色石蕊试液变红”的说法。后查阅《无机化学》（高等 教 育 出 版 社 出 版 ） ， “ 在 ２９８Ｋ时 ， Ｈ２Ｏ２的Ｋ１＝１．５５×１０－１２”（比苯酚的Ｋａ＝１．０×１０－１０还小）经计算１０％的双氧水ｐＨ约为５．６，应不能使石蕊试液变红。 学生对实验现象与理论的冲突，产生探究兴趣，在学校开展的探究性学习活动中提出“双氧水能否使紫色石蕊试液变红？”的课题。课题组成员在实验过程中，边观察，边思考，边探究，边设计实验，步步递进，设计一系列实验，展示了同学们的创新性思维，很有科学探究思想。 用未开封的３０％的过氧化氢（分析纯）配制２０％、１０％的Ｈ２Ｏ２溶液，待用。实验１：分别取２ｍＬ ３０％、２０％、１０％的Ｈ２Ｏ２溶液，滴加３～４滴石蕊试液，都呈不同程度的红色，浓度小，红色稍浅，且放置不褪色，与演示实验现象一致。这时有一位参加竞赛辅导的课题组成员提出甲基橙（变色范围为３．１～４．４）来代替石蕊，即使Ｈ２Ｏ２溶液的弱酸性就算能使紫色石蕊试液变红，也不应使甲基橙变红吧，让实验事实证明。 实验２：分别取２ｍＬ ３０％、２０％、１０％的Ｈ２Ｏ２溶液和２ｍｌ蒸馏水（对比实验），滴加几滴甲基橙。结果３０％、２０％、１０％的Ｈ２Ｏ２溶液都能使甲基橙变红，且不褪色。 这太出乎意料了，同学们不甘心这样的实验结果。认为既然不同浓度的Ｈ２Ｏ２溶液都能使紫色石蕊试液、甲基橙试液变红，那么是否能定量测定出Ｈ２Ｏ２溶液的ｐＨ，于是课题组的同学又做了实验３。 实验３：用ｐＨ试纸（由于实验条件限制）粗略测定浓度为２０％ Ｈ２Ｏ２溶液的ｐＨ，实验结果显示该溶液ｐＨ值为３～４。 从上述溶液的ｐＨ及石蕊试液、甲基橙试液的变色范围分析，上述Ｈ２Ｏ２溶液确实能使紫色石蕊及甲基橙试液变红，不奇怪。会不会是工业制双氧水时带进了酸性物质？同学们这时能够换一个角度去思考问题，体现了学生探索知识的主动性和思维的灵活性。这时我建议同学们通过查阅资料，获取信息。向学生推荐《无机化学》（上册）（高等教育出版社出版），从书中证实工业上制备过氧化氢的方法中最后是在酸性溶液中水解产生，会带入酸性物质。这时同学们才想到看看试剂瓶上试剂的成分——酸度（以Ｈ２ＳＯ４计）０．００５％，难道是质量分数这么小的酸在起作用，经计算０．００５％ Ｈ２ＳＯ４溶液中Ｈ＋的物质的量浓度为１．０２×１０－３ｍｏｌ／Ｌ，ｐＨ约为３，能使石蕊试液及甲基橙变色。 一部分同学在计算，已经有一部分同学着手实验。实验４：取１ｍＬ ９８％的浓Ｈ２ＳＯ４，经多次大体积稀释（约３００００倍稀释），配制约０．００５％的Ｈ２ＳＯ４溶液，分别取少量溶液于试管，滴加石蕊试液和甲基橙试液观察是否变红。结果都变红。同学们简直不敢相信这么稀的Ｈ２ＳＯ４溶液，几乎是水了，仍能用指示剂检验出来，科学真的是容不得半点马虎。这时课题组成员基本上认为使甲基橙和石蕊试液变色的就是酸杂质了。但有一位同学还是忍不住把自己的想法提了出来：要证明是不是Ｈ２Ｏ２使石蕊和甲基橙试液变色，只要加入ＭｎＯ２把Ｈ２Ｏ２分解，然后取清液加入石蕊和甲基橙试液观察是否变红。如果还能变红，进一步说明是杂质酸的作用。如果不变红，说明是分解掉的Ｈ２Ｏ２使石蕊和甲基橙试液变红。 实验５：在试管中加入少量ＭｎＯ２粉末，再加入适量１０％ Ｈ２Ｏ２溶液，待反应结束后，取上层澄清溶液，测定ｐＨ（ｐＨ试纸粗略测定）为６～７之间，再向澄清溶液中滴加紫色石蕊试液，试液不变色，这似乎说明是双氧水而不是酸杂质使紫色石蕊和甲基橙试液变红。……这无疑给刚刚获得结论的同学一个意外，再次激起同学们思维中的涟漪。 经过教师的引导，同学们查阅了大量资料，终于在曹忠良、王珍云编《无机化学反应方程式手册》中查到“ＭｎＯ２虽不能与稀Ｈ２ＳＯ４反应，但在Ｈ２Ｏ２中能发生ＭｎＯ２＋ Ｈ２ＳＯ４＋ Ｈ２Ｏ２＝ＭｎＳＯ４＋Ｏ２↑＋２Ｈ２Ｏ”。这样就能解释为什么加入ＭｎＯ２后，溶液中的Ｈ＋浓度下降，而不能使紫色石蕊试液变红。最后课题组成员一致认为：实验室提供的分析纯Ｈ２Ｏ２，由于溶液中含约０．００５％的酸杂质（以Ｈ２ＳＯ４计），使Ｈ２Ｏ２溶液的酸性增强，从而使紫色石蕊试液变红而且使甲基橙试液也变红，不能用该实验说明双氧水的弱酸性能使石蕊和甲基橙试液变红。 学生经过一步步探究实验，收获不仅仅在实验结果，而在于探究的过程，同学们在围绕解决实验方案的设计过程中，在教师的指导下，转变了传统的单纯接受式的学习方式，学生的学习主体地位得到凸现，整个探究过程体现了学生对知识主动探求的学习态度和方式，也掌握了科学探究的一般方法。 通过探究性学习的过程，学生有了自主探究学习的体验，形成了尊重事实、注重独立思考的研究意识及态度，这对于提高学生综合素养具有基础意义，而化学实验教学无疑应是这一先进的教学思想和教育理念的具体阐释和展现。转自《化学教学》２００５年７～８期
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