计算机思维在化学上的应用,【科学思维】化隐性为显性思想在化学中的应用

原标题：【科学思维】化隐性为显性思想在化学中的应用

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化“隐”为“显”思想在初中化学实验中的应用

田杰

(重庆市巴川中学校 402560)

化学是一门以实验为基础的学科。通过实验以及对实验现象的观察、记录和分析等，可以发现和验证化学的原理，学习科学探究的方法并获得新的化学知识。 [1]在教学中创设以实验为主的科学探究活动，有助于激发学生对科学的兴趣，引导学生在观察、实验和交流讨论中学习化学知识，提高学生的科学探究能力。 [2 ]此外，初中化学作为化学的启蒙，丰富多彩的实验现象也是吸引学生兴趣的重要手段之一。

然而，并非所有的实验原本都有明显的现象。为了便于观察实验现象，理解变化的原理，常常要利用“转化”的方法。把不易观察的现象，借助于一定的实验手段，将其“转化”为易观察的现象，即将“隐性”的现象“显性”化。在初中化学教材中多次体现了化“隐”为“显”的思想方法。

一、化“隐”为“显”思想在教材中的体现

以2012年人教版九年级化学教材为例:

(一)检查装置气密性(图1-1)

检查装置的气密性就是检查装置是否漏气。实验中，双手紧握试管壁，使试管内的气体膨胀，压强增大，使气体产生定向移动。如果此时装置不漏气，则气体只有一个出口，即导管口。但气体逸出的现象不可见，于是将其转化为产生气泡的现象代替观察。从而化不可见为可见，化“隐性”为“显性”。

(二)空气中氧气含量的测定(图1-2)

该实验的原理是：利用红磷燃烧，消耗密闭容器中的氧气。氧气被消耗，集气瓶内气体体积减少。但减少的氧气的体积不可见，便利用集气瓶内气体减少后，压强减小，将减少的气体体积转化为装置冷却后进入集气瓶中水的体积来观察。

(三)分子运动现象(图1-3)

分子是肉眼不可见的微观粒子，更别说直接用肉眼观察分子运动的状况了。该实验中用到的药品有：酚酞试剂、浓氨水、蒸馏水。进行了如下三个步骤，相应操作、现象、结论如表1所示。

表1 分子运动现象

分子运动现象不可见。通过实验装置转化为烧杯B中酚酞溶液变红的现象代替观察。

(四)二氧化碳的溶解性实验(图1-4)

二氧化碳溶于水本没有明显的现象。图1-4中，借助于软塑料瓶进行实验。二氧化碳溶于水后，软塑料瓶中气体减少，压强变小，在大气压强的作用下产生形变。该实验中将二氧化碳溶于水的不可见的现象转化为软塑料变瘪的现象来替代观察。

(五)二氧化碳与水反应实验(图1-5)

二氧化碳在溶于水的过程中也能与水发生反应。二氧化碳与水反应也没有明显的现象，教材中设计了如图1-5所示的实验证明两者发生反应。进行的相应操作、现象、结论如表2所示。

表2 二氧化碳与水反应

该实验中借助石蕊试剂，通过观察Ⅳ中紫色石蕊染成的干花变红，从而证明有新的物质(碳酸)生成，从而证明反应的发生。

(六)氢氧化钠和盐酸反应(图1-6)

氢氧化钠溶液与稀盐酸反应没有明显的现象。教材中设计了如图1-6所示的实验，操作、现象、结论如表3。

表3 在氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸

实验中借助酚酞溶液由红色变为无色，证明氢氧化钠消失，从而证明氢氧化钠和盐酸确实发生了化学反应。

对于教材上的实验，我们不能仅停留于表面的分析，而应指导学生进行深度学习。学生应在老师的指导下，获得发展的有意义学习的过程。其核心要素之一就是以整合的知识为内容，积极主动地、批判地学习新的知识和思想，并将它们融入到原有的知识结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中。 [3]因此，我们不仅要获得知识，更要获得一些方法。

二、从教材实验中总结化“隐”为“显”的思想方法

(一)有气体参与或生成类

如图1-1、1-2、1-4中，均涉及到气体及气体体积的变化。则考虑将变化在密闭容器中进行，由于温度变化或化学反应的发生使容器内气体的体积产生明显变化，从而产生压强差。 [4]借助实验装置，将压强差转化为气泡产生、液面改变、形状改变等现象替代观察。

(二)无现象化学反应的发生验证

图1-5、1-6两个实验中都发生了化学变化，且都没有明显的现象。图1-5中根据紫色石蕊变红，证明有新物质生成，从而证明反应的发生。图1-6中则是通过酚酞溶液由红色变为无色，证明反应物之一氢氧化钠消失，从而证明反应的发生。所以，教材为我们验证无现象反应的发生提供以下两条思路：

① 证明反应物之一消失，从而证明化学反应发生

② 证明有新物质生成，从而证明化学反应发生

(三)物质的检验方面

图1-5、1-6两个实验中都涉及了物质的检验。图1-5中检验碳酸是否存在，图1-6中检验氢氧化钠是否存在。碳酸和氢氧化钠的有无都是无法直接观察的。当无法直接通过观察判断时，可根据物质的性质，借助试剂，通过特殊的现象来判断。

三、化“隐”为“显”思想在解题中的应用

以二氧化碳和氢氧化钠溶液反应为例。二氧化碳和氢氧化钠的反应是出初中重要的化学反应之一。在氢氧化钠足量的情况下，两者反应生成碳酸钠和水，没有明显的现象。如何根据上述思想，验证反应的发生呢？

(一) 通过证明反应物之一消失，从而证明反应的发生

该实验中反应物为二氧化碳和氢氧化钠。氢氧化钠为碱，生成物之一碳酸钠的溶液也呈碱性，若要从验证氢氧化钠消失的角度验证反应的发生比较困难。可从验证二氧化碳的减少或消失来进行。常温下二氧化碳为气体，借助密闭实验装置，使气体减少，压强变小。将压强差转化为气泡产生、液面改变、形状改变等现象替代观察。常用的实验方案如下图所示。

图2-1-Ⅰ中，在装有二氧化碳的塑料瓶里倒人少量浓氢氧化钠溶液，然后盖上盖子，摇晃震荡，瓶子变瘪。为了排除二氧化碳溶于水或与水反应造成的干扰，可将浓的氢氧化钠溶液换成等量的水进行对比实验。通过比较Ⅰ和Ⅱ中软塑料瓶变瘪的程度来判断二氧化碳确实与氢氧化钠发生了反应。其他相应原理的装置如图2-2、2-3所示。

二氧化碳的减少或消失无法通过直接观察来判断。上述方法中都是借助实验装置，将二氧化碳的减少转化为软塑料瓶变瘪，气球膨胀、形成稳定水柱等特殊的现象来替代观察。实现了化“隐性”为“显性”。

(二) 通过证明有新物质生成，从而证明化学反应发生

二氧化碳和氢氧化钠的反应的生成物为Na 2CO 3和H 2O。由于反应前后都有水，所以不宜从验证生成水的角度进行验证。可从验证有新物质碳酸钠的角度设计实验验证反应的发生。

碳酸钠(Na 2CO 3)俗称纯碱、苏打，其水溶液呈碱性。酸、碱、盐的检验归根到底为特征离子的检验。Na 2CO 3由Na +和CO 3 2-构成，Na +和任意离子都能共存，没有个性。CO 3 2-和H +、Ca 2+、Ba 2+不共存，且都会产生明显的现象，可利用加入含有对应离子的试剂进行检验。

1、利用CO 3 2-和H +的反应

取实验3-1反应后的溶液，加入足量稀盐酸、稀硫酸等含有氢离子的物质，如图3-2所示。利用CO 3 2-和H +反应产生水和二氧化碳，若观察到有气泡产生，则有新物质碳酸钠生成，从而证明反应的发生。实验中要注意加入酸的用量必须要足量甚至过量。假设氢氧化钠没有反应完，酸要先和氢氧化钠反应，无气泡产生。并且酸会和碳酸钠反应先生成碳酸氢钠，碳酸氢钠再和H +反应产生水和二氧化碳。综上，酸必须足量甚至过量，否则不能判断氢氧化钠和二氧化碳是否发生反应。

2、利用CO 3 2-和Ca 2+、Ba 2+的反应

Ca 2+、Ba 2+不能单独存在，须依附于一定的物质。则含有Ca 2+、Ba 2+的溶液可以是碱或盐的溶液。

① 利用Na 2CO 3与碱溶液的反应

取实验3-1反应后的溶液，加入适量的Ca(OH) 2或Ba(OH) 2溶液，如图3-3所示。利用CO 3 2-和Ca 2+、Ba 2+反应产生白色沉淀。若观察到有白色沉淀生成，则证明有新物质碳酸钠生成，从而证明反应的发生。

② 利用Na 2CO 3与盐溶液的反应

取实验3-1反应后的溶液，加入适量的BaCl 2溶液，如图3-4所示。利用CO 3 2-和Ba 2+反应产生白色沉淀。若观察到有白色沉淀生成，则证明有新物质碳酸钠生成，从而证明反应的发生。但值得注意的是，若用CaCl 2溶液代替BaCl 2，当加入的CaCl 2溶液中的Ca 2+与NaOH中的OH -的浓度比较大时，也会因为一定温度下Ca(OH) 2的溶解度相对比较小，而有部分Ca(OH) 2晶体析出，使得溶液中出现浑浊现象，导致判断结果错误。所以关于盐的选择，最好选取BaCl 2，不宜用 CaCl 2。

3、 不能利用指示剂判断反应的发生

碳酸钠的水溶液呈碱性，若氢氧化钠没有完全反应也会导致溶液呈碱性。故不能用指示剂的变色情况判断有无碳酸钠生成。

碳酸钠的有无无法通过直接观察来判断，上述方法中，都是借助试剂，将碳酸钠的存在转化为有气泡产生、沉淀生成这些特殊的现象来判断。实现了化“隐性”为“显性”。

实验是学习化学的基础，化“隐”为“显”则是实验中重要的思想方法。通过借助实验装置或试剂，化不可见为可见。除了让学生感受化学独特的魅力，更重要的是让学生深层次理解实验的内涵，才能达到融会贯通、举一反三的效果。同时，学生掌握实验思想方法的过程就是科学素养和实验能力不断积累和提高的过程，对学生科学素养的培养起着不可替代的作用，不仅要让学生学到知识，更重要的是学会学习的方法 [5]，才会使学生受益终身。

参考文献

［1］义务教育九年级化学教材上册(2012年版)［M］．北京：人民教育出版社， 2012

［2］中华人民共和国教育部制订．义务教育化学课程标准(2011 年版)［S］．北京：北京师范大学出版社， 2012

［3］安富海.促进深度学习的课堂教学策略研究［J］.课程·教材·教法，2014(11)：57-62.

［4］赵佩莉.大气压强在初中化学解题中的应用［J］.教学仪器与实验，2005(4).

［5］兰燕娜.重视实验思想方法，提升学生科学素质［J].大学物理，2007，26(3)：46-48.返回搜狐，查看更多

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