草酸酸性实验探究

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？草酸是强酸还是弱酸？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。

草酸酸性实验探究

大庆实验中学刘瑶瑶

课堂

KETANG

25m L 加热pH 变化

25mL 水加热后pH

变化

图5（横坐标：V

（NaOH ），纵坐标：pH ）图2图3

图

1

图

4

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，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 （而实际pH=1.3，只能证明其c （H +

）问题2：2015全国高考26：二元酸。请同学们讨论后，1.学生可能设计的实验方案：

A.草酸溶液

2n （NaOH ）=n （H 2C 2O 4）。

酸氢钠）反应产生的H 2（或者CO 2

）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：

学生进行曲线分析，计算草酸的电离平衡常数Ka 1

和Ka 2。

（1）起点：V （NaOH）=0.00mL，溶质是H 2C 2O 4，pH=1.3，

存在的平衡：H 2C 2O 4⇌H ++HC 2O 4-，

HC 2O 4-⇌H ++C 2O 42-，H 2O ⇌H ++OH -，

Ka 1=c （H +）·c （HC 2O 4-）c （H 2C 2O 4）≈c 2（H +）c （H 2C 2O 4）=（10-1.3）2

0.1-10-1.3

≈5.0×10-2

（2）1∶1反应点B：V （NaOH ）=25.00mL，溶质是NaHC 2O 4，存在的平衡：HC 2O 4-⇌H ++C 2O 42-，

HC 2O 4-+H 2O ⇌OH -+H 2C 2O 4，H 2O ⇌H ++OH -，pH=2.3702，

原因是HC 2O 4-的电离程度大于水解程度，所以浓度比较：c

（H 2C 2O 4）