《氢气与氯气光照爆炸的实验改进与应用》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《氢气与氯气光照爆炸的实验改进与应用》说课稿

一、使用教材

人教版高中化学必修第一册第二单元第二节和第四单元第二节。

二、实验器材

自制教具：饮料瓶、透明气球、胶塞、15w紫外光电筒、分液漏斗、锥形瓶、集气瓶、三颈瓶、四颈瓶；

化学药品：高锰酸钾、盐酸、锌粒、镁条；

数字实验仪器：压强传感器、温度传感器、数据采集器、平板电脑。

改进后的实验装置如图1所示，数字化实验装置如图2所示。

图1 传统实验改进装置图2 数字化实验装置

三、实验创新要求/改进要点

1.改进收集方法

通过利用带刻度的注射器先后收集等量的氢气和氯气，达到定量和密闭收集的目的，且方便转移。

2.改进实验反应装置

用透光性好的气球作为反应场所，密闭效果好，气球大小可变，爆炸程度可控。

3.改进有毒有害气体处理方式

瓶口套一个大气球，起了缓冲作用和密封作用，瓶内盛装的滴有酚酞的氢氧化钠溶液能将残留的氯气和生成的氯化氢气体吸收，溶液的红色迅速褪去，现象明显。

4.改进引发反应的方法

利用紫外线鉴定手电筒来引发反应，光源稳定，快速易控。

5.数字实验探寻本质

使用传感器技术揭示现象本背后的化学反应本质，洞悉氯气和氢气光照爆炸的反应机理以及爆炸现象的原理。

四、实验原理/实验设计思路

传统改进实验：

1.将注射器中的混合气体（氢气与氯气以1:1的比例混合）充入到透明乳胶气球中。

2.用棉线扎紧气球口，悬挂于装有加了酚酞的氢氧化钠溶液的塑料瓶中，在瓶口再套一个大气球，形成密闭体系，气到爆炸缓冲作用。

3.打开紫外线手电筒，对准气球照射。

4.振荡塑料瓶，静置观察。

数字探究实验：

将压强传感器、温度传感器连接在四口瓶上，向其中的一个口套上气球缓冲压强，从注气口注入少量氯气和氢气使用紫外光触发爆炸，采集温度和压强数据。

五、实验教学目标

科学探究与创新意识：能够根据旧版教材实验存在危险，污染的问题提出实验改进的具体方法；

科学态度与社会责任：改进光源，设计封闭式实验装置并增加和尾气处装置，实现安全环保无污染；

变化观念与平衡思想：深入思考爆炸的原因，知道化学变化伴随能量的变化，认识化学反应的速率和限度；

宏观辨识与微观探析：根据实验现象和数字化实验图像能够积极思考氯气与氢气反应的本质原因。

通过本实验可以培养学生的多方面化学核心素养。

六、实验教学内容

通过对比四版教材情景设问，提出为什么新版教材删除此实验的问题，引导学生自主改进教材实验，分组分任务完成实验。汇总各组结果讲授分析，交流讨论。问题驱动开展下一步的实验探究，利用数字化实验深入探究氯气与氢气光照爆炸的反应机理及爆炸的原理。

七、实验教学过程

新课导入，首先进行教材回顾，探寻教材发展过程中此实验的设置情况。

实验回顾，再次按照旧教材中的实验步骤进行试验，观察实验现象。根据实验现象发现实验中存在的问题，学生小组讨论从反应容器，触发条件，安全环保几方面进行改进。

实验改进，将学生分为12组，每三组讨论反应容器，光源，气密性，绿色环保四个问题中的一个问题，

再组织学生进行讨论启发学生画出实验装置图或说出改进想法，最后组织学生总结实验改进方案，每组按照最终方案进行实验。

深入思考，思考氯气与氢气光照爆炸的机理是什么？爆炸的原理是什么？学生带着问题观看数字化演示实验，而后引导学生根据温度曲线和压强曲线探析爆炸过程和反应机理。

数字化实验装置使用四口瓶连接压强传感器，温度传感器，连接气球缓冲爆炸，剩余一个口为注气口。按图连接好实验仪器，从注气口注入少量氯气和氢气使用紫外光触发爆炸，采集温度和压强数据。

由温度传感器和压强传感器采集数据绘制的时间-压强-温度曲线，数据采集时间间隔为0.5s，前半段紫外光照射温度升高压强略有变化，紫外光持续照射在3.5s左右时发生爆炸，压强和温度都在瞬间升高，由于加入的氯气和氢气的量比较少仅发生了轻爆，爆炸后压强回复，温度缓慢下降。这里有两个问题值得思考，照射一段时间后爆炸的原因是什么？发生爆炸的机理是什么？

由于Cl-Cl的键能较小，起初光照的能量主要用于Cl-Cl的断键发生①反应，而后发生②和③反应放出的能量进一步促进了Cl2的解离，循环往复，但没有一个反应使自由基数量减少(反应初期自由基浓度低，互相碰撞的可能性很小)，导致反应分子迅速转化为大量自由基，生成HCl和发出能量。当反应体系自由基浓度达到一定水平时，自由基合并的过程明显起来：

就发生了④⑤⑥三个反应，这些高能的自由基合并成低能的稳定分子会更急剧的放热反应体系的散热远远跟不上急剧的放热，导致体系的温度和压强急剧升高而发生爆炸。

改进创新。改进收集方法利用注射器定量和密闭收集；改进反应装置，自制带胶塞的气球作为反应场所，密闭效果好，气球大小可变，爆炸程度可控；改进尾气处理，大气球起到密封、缓冲作用，瓶中的氢氧化钠吸收氯化氢气体防止污染；改进反应光源，利用紫外线手电筒来引发反应，光源稳定，反应可控。现在我们一起观看改进后的实验。

八、实验效果评价

改进后，气体的收集、转移、反应过程都是在密闭装置中进行，防止了气体尤其是氯气的泄露。气球大小可变，爆炸程度可控，安全系数高。紫外线手电筒引发实验，光源稳定，快速易控。现象明显，试验成功率非常高。

教学反思：

1.充分调动学生的积极性动手做实验观察实验；

2.多种实验形式相融合改进传统实验引发思考，数字实验探析本质；

3.深入思考挖掘氢气与氯气光爆反应的本质使课堂教学层层深入；

4.发散学生思维使用任务驱动和问题驱动设计课堂教学。