基于初中化学压强差思想的启发案例
-------定性研究压强变化的相关实验的改进
【摘要】 综合人教版教材相关实验，发现大量的实验都跟压强变化有很大关系，很多课本实验原本繁琐难以操作，如果转化成压强变化带来的不同现象，就显得简单明了，清晰易懂很多了，比如人教版九年级下册第九章课题1《溶液的形成》课题中，研究固体物质溶解时吸热放热的现象，学生对于温度测量再对比显得复杂，体现出实验时间过长，测量数据变化不大等问题，那么不妨使用溶解过程中吸放热对压强带来的影响，更加直观看出吸热还是放热，这样改进不仅直观而且方便快捷，还能推广到任何设计能量变化和气体变化的实验中，如通过能量的改变来感知无明显现象的反应发生，二氧化碳物理性质探究情况等，可进一步丰富了压强差思想在实验方面的应用。
【关键词】 压强差 温度测量 能量变化 丰富应用
【目录】 1、课本实验与教材分析
2、学情分析
3、实验创新与应用实例
4、实验反思
一、课本实验与教材分析
初中化学教学从测定空气中氧气含量开始，逐步引导学生树立压强差的化学思维，通过压强差来判断反应前后气体的量和温度变化情况已经为学生所熟悉，那么在教学过程中对于无法感知的气体实验和能量变化实验是否也可以用该方法进行形象展示呢，为此通过对人教版课本的实验梳理，比如人教版九年级下册第九章课题1《溶液的形成》课题中，研究固体物质溶解时吸热放热的现象，课本上通过三个步骤：
(1)分别向三只烧杯中倒入相同质量的水,然后测出水温
(2)分别将相同质量的三种固体放入上述三只烧杯中,搅拌并测出温度
(3)比较前后温度变化学生对于温度测量再对比
整个过程显得复杂，实验时间过长，测量数据变化不大等问题，那么不妨使用溶解过程中吸放热对压强带来的影响，更加直观看出吸热还是放热，这样改进不仅直观而且方便快捷。
二、课本学情分析
由此根据课本实验内容梳理发现以下实验均可利用这样思维进行改进：
1、人教版九年级上册 《实验6-4二氧化碳溶解性实验》；
2、人教版九年级上册《实验7-3生石灰与水反应放出热量实验》；
3、人教版九年级下册《溶解时的吸热或放热现象的探究》；
4、人教版九年级下册《实验10-4浓硫酸稀释实验》；
5、人教版九年级下册《碱的化学性质探究：氢氧化钠和二氧化碳的反应》；
6、人教版九年级下册《实验10-8在氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸实验》。
那么实验改进主要为了实验教学应用，思考总结发现具体有以下四点教学应用：
应用一、直观观察物质溶解时的吸放热情况。
应用二、通过能量的改变来感知无明显现象的反应发生
应用三、二氧化碳物理性质探究情况。
应用四、无明显现象的化学反应的对比探究
结合上述应用进行实验创新和课堂教学，首先要做的就是让学生根据实验改进思路设计实验，充分运用身边熟悉的器材寻求体现压强差变化的仪器，同学们很快就能想到应用U型管来设计改进实验，利用U型管中液面产生高度差，体现出气体内外压强的变化，但是在加入液体后液体体积后发现U型管中液面已经产生高度差，即分液漏斗加入液体时液体体积对压强产生了影响，为了消除液体体积对压强的影响，首先想到运用恒压漏斗进行改进，但是实验室仪器有限，又想到了T形管来消除液体体积对压强的影响，先用止水夹夹紧连接U型管的橡皮管，打开T型管的另一端，加入液体体积，完毕后夹紧泄压一段橡皮管，打开连接U型管一端橡皮管，从而消除了液体体积带来的影响。
三、实验创新与应用实例
1.设计意图：为了让学生更加直观地感受到由能量和气体含量改变带来的压强变化，进而能够运用已有知识在相关试题中快速准确的解决问题。
2.仪器：分液漏斗、锥形瓶、双孔橡胶、U形管、T形管、止水夹、橡皮管、胶头滴管、
3.药品：红墨水、NaOH固体、NaCl固体、NH4NO3固体、稀盐酸、CO2
4.实验装置图：（如图1、图2）
（图1） （图2）
可以组合后，进行对比实验探究。(如图3）
（图3）
5.实验原理：U型管中装红墨水，红墨水会随着锥形瓶里面压强或者温度的变化而左右移动。安全阀的作用是防止红墨水倒吸和冲出，分液漏斗加液体时要打开安全阀，避免加入液体时带来压强差而引起U型管的红墨水往外冲。
6.检查装置气密性：组装装置，关闭两边止水夹K1,K2，打开分液漏斗阀门，液体不往下滴落，说明装置气密性良好。
7.应用一：直观观察物质溶解时的吸放热情况。（如图4，NaOH固体溶于水的放热现象）
（图4）
（1）操作要点：将NaOH固体装入锥形瓶中，调整U形管中红墨水两边水平。关闭K2，打开K1，打开分液漏斗阀门，使提前装入分液漏斗的水滴下，然后关闭分液漏斗阀门，振荡锥形瓶，关闭K1，打开K2。
（2）实验现象：观察到U形管中红墨水左低右高，说明氢氧化钠固体溶于水放热。
8.应用二：通过能量的改变来感知无明显现象的反应发生（如图5，NaOH溶液与稀盐酸反应）
（1）操作要点：将NaOH溶液装入锥形瓶中，调整U形管中红墨水两边水平。关闭K2，打开K1，打开分液漏斗阀门，使提前装入分液漏斗的稀盐酸滴下，然后关闭分液漏斗阀门，振荡锥形瓶，关闭K1，打开K2。
（2）实验现象：观察到U形管中红墨水左低右高，说明氢氧化钠溶液与稀盐酸反应放热。
9.应用三：二氧化碳等气体溶解性定性探究情况。（如图6，CO2气体在水中的溶解性）
（图5） （图6）
（1）操作要点：提前收集满CO2气体于锥形瓶中，调整U形管中红墨水两边水平。关闭K2和K1，打开分液漏斗阀门，使提前装入分液漏斗的水滴下，然后关闭分液漏斗阀门，振荡锥形瓶，打开K1和K2。
(2)实验现象：观察到U形管中红墨水左高右低，说明CO2气体能溶于水。
10.应用四：无明显现象的化学反应的对比探究（如图7，氢氧化钠溶液和水消耗CO2的体积对比）
（图7）
（1）操作要点：提前收集满CO2气体于两个锥形瓶中，在分液漏斗中分别装入相同体积的水和氢氧化钠溶液，调整U形管中红墨水两边水平。关闭K1，K2，K3和K4，同时打开分液漏斗阀门，使提前装入分液漏斗的水和氢氧化钠溶液滴下，然后关闭分液漏斗阀门，分别振荡锥形瓶，打开K2和K3。
(2)实验现象：观察到U形管中红墨水左低右高，说明CO2与氢氧化钠溶液反应比CO2气体溶于水消耗的CO2体积更多。
以上是结合课本实验进行的改进和应用，一套装置能够解决相关的系列问题，有利于在后续的教学过程中进行推广使用，提高课堂教学效率，加深学生对于化学思维的培养，充分体现出课改的相关精神和要求，也增强学生学习化学的兴趣，培养其学习过程中的创新精神。
四．实验反思
设计实验装置本身肯定会有不足，也会有其使用的局限性，也需要对设计的实验进行反思，综合使用过程中感悟，笔者在创新和改进中总结得到以下优缺点：
优点：
1、本实验设计无复杂装置、无深奥原理、无繁琐步骤、无机械模仿，只有常见仪器的优化组合，基本操作的巩固提升，自主探究的乐学创新，学生很容易理解。
2．可视化程度大大提高。如果采用传统方法：有一个缺点，就是除了演示实验的教师（学生）自己能清楚地看到温度计上的示数变化以外，坐在下面的其他学生是看不到的，这就在实验的直观性上大打折扣，而改进后的实验正好可以克服这一缺点。
3．一举两得的实验教学不仅让学生们掌握了前所未有的知识，而且还可以通过探究装置气密性的原理来复习旧知识，这样不仅可以使学生们更加深入地理解，而且还可以有效地激发和培养他们的创新意识。
4.取材方便（实验室中的常用器材）锥形瓶、分液漏斗、胶塞、导管、止水夹、胶管、烧杯、胶头滴管；
5、仪器用途广，操作简单（涉及能量和气体含量引起的压强变化的实验都适用）；
6、易于观察，产生液面差即可证明；
7、对比明显，趣味性强。
缺点：
1、在定量研究方面还需进一步改进；
2、实验需辅助操作；
3、气密性要求较高；要确保试管装置的气密性良好，否则很难看到预期的实验现象
4、部分过程较慢，需要振荡，对实验准确性有影响，可以考虑用磁力搅拌器；
5、对于U形管固定可以更换成更为稳定的装置，由泡沫板改为木板；
6、U形管长度和弧度不足，如果压强变化过大，会导致红墨水喷出。
7.环境气温对本实验有一定的影响，若环境温度本身就很高，要想使试管内外产生较明显的气压差，就需要加入较多的固体药品溶解。按照一般学校的教学进度，部分内容在学习时已经进入冬季，所以到那时做这个实验，药品的用量可以酌情减少。
本系列实验既可以在新授课上用于探究新知识，也可以在复习课上给学生演示，以调动学生复习课上的积极性和主动性，减少复习课的枯燥和乏味。亦可以以本次探究实验为原型，设计编制成试题，放入考试中。以学生真实的探究经历为素材编制试题，能更好激发学生学习化学的热情。
通过本次创新实验活动，笔者认识到实验创新不一定非得多么的复杂、多么的炫酷，也可以朴实一点，利用教材现有的资源加以整合优化，只要是为实验教学服务的，能够体现自主探究意识的都应该是种不错的创新。以上仅仅是粗浅的探究和改进，相信在实际操作时，可以灵活根据现有的条件进行选择和调整。相信本实验方案的设计远不止以上几种，但要想达到最简单和最好效果，还需要我们不断实践和探索。
参考文献
［1］李德前．例谈初中化学实验创新的思维方法［J］．化学教学，2013，（3）：65
［2］王晶．郑长龙．义务教育教科书化学（九年级下册）［M］．北京：人民教育出版社，2012：29
[3] 毛轩 探究物质溶解时吸放热现象的实验设计与改进［J］. 实验教学研究 . 2016 . (3) .86
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