資源簡介

自制管道疏通劑項目式復習教學案例
項目主題分析
氫氧化鈉和碳酸鈉均為初中化學的重要學習內容，作為常見物質的代表被編入“物質的性質與應用”這一內容主題中。《義務教育化學課程標準（2022年版）》對其的學習要求如下：“以氫氧化鈉、碳酸鈉為例，通過實驗探究認識堿、鹽的主要性質和用途；能基于真實問題情境，依據常見物質的性質，初步分析和解決相關的綜合問題。”
管道疏通劑是一種新型管道清潔疏通產品，主要針對家庭中廚衛設施由于油脂、毛發、菜渣、紙棉纖維等各種有機物質造成的管道堵塞進行疏通。目前市售疏通劑主要分為固體和液體兩大類：液體疏通劑的主要成分是表面活性劑；固體類的疏通劑（相關資料見表1）主要成分為氫氧化鈉，通過利用氫氧化鈉的腐蝕性來腐蝕軟化堵塞物。除此之外還會添加鋁粉或過碳酸鈉（2Na2CO3·3H2O2），通過和其他成分反應產生氣體的壓強差沖開管道內的腐蝕物。本項目選用市售某品牌固體疏通劑，根據使用注意事項進行主要成分的探究，以成分的配比研究與制作為主題任務，通過制作固體管道疏通劑對人教版教材第九、十單元的常見堿（氫氧化鈉）、鹽（碳酸鈉）和過氧化氫制取氧氣的教學內容進行綜合復習。
2 項目任務及教學流程
本項目的任務與教學流程設計如表2所示。
3 項目實施過程及學生學習成果
3.1 初識疏通劑，定性介紹疏通劑
學習任務一：（1）根據疏通劑的外觀（如圖1）、疏通劑的溶解效果（如圖2）和使用注意事項（見表1），總結疏通劑主要成分及特點，并思考可能的成分是什么？（2）你認為為什么疏通劑禁止用于鋁管？
［學生討論匯報］（1）觀察到疏通劑是兩種白色固體和一種有金屬光澤的固體的混合物；可以把蔬菜、毛發、肉類腐蝕掉；注意事項中提到嚴禁接觸皮膚或口服；溶解時會放熱，不得與酸性物質混用；要密封保存防潮。根據上述內容，猜想其主要成分（含量最多的成分）是氫氧化鈉。（2）猜測鋁會與主要成分反應。
［教師支持］總結氫氧化鈉的性質（白色片狀固體，易潮解，會與空氣中的二氧化碳反應需要密封保存，會與酸性物質反應，溶于水放出大量的熱，具有強烈腐蝕性不可以直接接觸皮膚，如果不慎沾染需應急處理）；講述利用氫氧化鈉腐蝕性對管道內的堵塞物進行腐蝕溶解；請學生設計實驗驗證猜想：鋁會和主要成分氫氧化鈉反應。
［學生實驗探究］鋁是否會和氫氧化鈉反應。添加適量的鋁和氫氧化鈉至試管中，倒入水，觀察到產生大量的氣泡。
［教師提問］產生的氣體是什么？請根據元素守恒進行猜想并進行實驗驗證。
［學生實驗］猜想可能是氫氣；類比金屬與酸的反應對產生氣體氫氣的驗證方法，用橡膠塞塞緊試管，一段時間后，打開橡膠塞，用燃著的木頭放在試管口，聽到爆鳴聲，說明產生的氣體是氫氣。
［教師總結］金屬鋁是兩性金屬，除了與酸反應，還可以與堿氫氧化鈉反應產生氫氣（2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑），這個知識點我們會在高中進一步學習。那么制備疏通劑只用氫氧化鈉就夠了嗎？下面開始我們的項目之旅。
3.2 使用疏通劑，從體驗角度再探疏通劑
學習任務二：對比分別向疏通劑中加水（使用疏通劑）與氫氧化鈉中加水后的現象，猜測疏通劑中是否存在其他物質。
［學生猜想］疏通劑中加水瞬間產生大量的氣體，伴有熱量變化，氫氧化鈉溶于水只存在溫度的變化。說明疏通劑中還存在能產生氣體的物質。
［教師支持］疏通劑中存在能產生氣體的物質，通過產生的氣體制造壓強差，把被腐蝕溶解后的物質沖開從而起到疏通效果。結合注意事項中的保存方式需要避免陽光直射，大家猜測其他有效成分具有什么特點？
［學生猜想］避免陽光直射說明其他有效成分受熱易分解。
［教師支持］為什么加水就可以讓這種物質分解呢？這種物質可能是什么？
［學生猜想］氫氧化鈉溶于水放出的熱可以使該物質分解，推測可能是過氧化氫。
［教師支持］另一種有效成分其實是過碳酸鈉（2Na2CO3·3H2O2），這是一種無機化合物，外觀為白色結晶，是過氧化氫與碳酸鈉的加成化合物，主要作用是漂白劑和氧化劑。思考產生的氣體可能是什么？
［學生猜想］根據元素守恒和過氧化氫與碳酸鈉的性質推測產生氣體可能是二氧化碳或氧氣（猜想一：二氧化碳；猜想二：氧氣；猜想三：氧氣和二氧化碳）。
［教師支持］碳酸鈉在何種情形會反應產生二氧化碳？設計實驗驗證產生氣體。
［學生實驗探究］操作：將產生的氣體通入澄清石灰石，觀察是否變渾濁；將燃著的木條放在試管口，觀察現象。結論：疏通劑與水作用產生的氣體是氧氣。
［教師提問］為什么不直接添加過氧化氫？而是選用過碳酸鈉？
［學生思考］猜想一：過碳酸鈉制氧速率更穩定；猜想二：過碳酸鈉制氧效果更好。
［教師支持］提供兩種物質制氧效率圖表：過氧化氫的制氧效率與過氧化氫溶液的濃度有關（如圖3），濃度較低時制取速率較慢，濃度過高時無法長時間持續供氧。過碳酸鈉制氧需要在水溶液體系中進行，采用過碳酸鈉為制氧劑可以持續穩定供氧（如圖4），產氧量和產氧速率均隨加水量的增加而增大。
［教師總結］疏通劑的主要成分為氫氧化鈉和過碳酸鈉，其中氫氧化鈉在腐蝕堵塞物的同時，還會溶于水并放出大量的熱，使得過碳酸鈉遇熱可以持續穩定地放出氧氣，一方面可以產生壓強差沖擊堵塞物，另一方面未分解的過碳酸鈉還可以利用自身的氧化性去除頑固污漬，使附著在管道上的污垢分解脫離。
［教師提問］結合管道疏通劑的疏通原理，推測另一種具有金屬光澤的固體是什么物質？
［學生推測］從外觀看這是一種金屬，從用途反推性質，該金屬物質可能在氫氧化鈉溶液中會產生氣體。該金屬可能為鋁。
［教師總結］這種金屬就是鋁，管道疏通劑添加鋁也可以加快產生氣體的速率，同時放出更多的熱。
3.3 自制疏通劑，從定量角度制作疏通劑
學習任務三：（1）計算管道疏通劑中的成分配比（氫氧化鈉與過碳酸鈉比例）；（2）根據計算結果，配制簡易版管道疏通劑（無需添加鋁）并進行成果檢驗，疏通堵塞的“管道”。
［學生討論方案一］利用二氧化碳的質量計算過碳酸鈉的質量。
學生以小組為單位，討論了多種實驗方案，選取具有代表性的方案進行探討與展示。方案1（如圖5）基本思路正確，但是忽略了裝置的壓強問題，密閉裝置產生氣體壓強過大會造成危險，經提示后在裝有氫氧化鈉溶液的裝置添加了一根短導管，卻忽略了空氣中存在的二氧化碳也會被氫氧化鈉溶液吸收。方案2（如圖6）忽略了鹽酸的揮發性，部分鹽酸揮發出的HCl氣體也會被氫氧化鈉溶液吸收，故應選用稀硫酸為好。
［教師追問］除了考慮酸的種類、尾氣處理，還需要考慮什么會造成測量二氧化碳氣體的誤差？
［學生思考］要保證反應前裝置內不存在二氧化碳氣體，反應產生的二氧化碳氣體全部被排入裝有濃氫氧化鈉溶液的裝置中，可以在實驗開始前就向裝置內持續通入氮氣。
［學生討論方案二］利用氧氣的質量計算過碳酸鈉的質量。
方案3（如圖7）的設計體現了學生對排水法有了一定的掌握，但是又忽略了干燥裝置。方案4（如圖8）采用了注射器，思維比較先進，但是未考慮到受較小注射器容量限制，測量氣體的體積也存在一定的限制。
［教師總結］實驗可以通過兩種方案測定配比：一種是通過測定氫氧化鈉增重質量得到二氧化碳氣體的質量，進而計算出過碳酸鈉的質量，再利用樣品質量減去過碳酸鈉質量求得氫氧化鈉的質量；另一種是測定氧氣體積換算為質量，利用氧氣質量計算過碳酸鈉的質量。
［教師支持］廠家做了大量的測試，綜合疏通效果與經濟成本選取了最佳的成分配比生產產品。請大家根據計算的結果，自制管道疏通劑，對堵塞“管道”（如圖9）進行疏通測試，檢查自制產品的實際效果。
［學生活動］根據計算結果，稱取一定質量的過碳酸鈉與氫氧化鈉，置于樣品瓶中混合均勻，對堵塞的“管道”進行疏通（實際效果需要等待20分鐘左右，因此可以組織學生在下一節課的課間再次返回觀看產品效果）。
4 教學反思及改進建議
4.1 項目式教學可以改善傳統復習課的弊端，提升復習效果
傳統的復習課很容易變為知識的堆砌，長此以往學生很容易失去對化學的學習興趣，項目的設計讓學生通過解決真實情境中的實際問題，幫助學生將理論知識有效遷移到實際生活的應用中去，可以將知識進一步升華，大大提升了復習的效果，改善了傳統復習課的弊端［5］。
4.2 考慮學生認知發展規律，設置合理的項目任務
項目的設置要考慮到學生的已有知識與認知發展水平，任務的難度一定要適宜：如果過難非但對知識的再構建沒有益處，還會引起學生的畏難情緒；如果任務過易對知識的重組、構建、升華幫助也不大。因此要確保任務難度適中，循序漸進，層層遞進。由于初中的化學知識容量較小，在開展項目式教學時往往會有一些額外拓展補充的知識，所以要關注學生對該部分知識的可接受性，根據學情開展教學。
4.3 根據學生表現，及時提供相應的支持
在項目實施的過程中，密切關注學生的思維方式，及時糾錯，在保證學生自主探究的基礎上，對于迷思之處提供相應的知識腳手架。

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