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《“石頭紙”的成分探究》教學(xué)設(shè)計(jì)
導(dǎo)入：我國(guó)古代的四大發(fā)明是什么？造紙的原料是什么？看看我們身邊的面紙，它的主要成分是什么？你看過石頭做成的紙嗎？請(qǐng)看一段視頻。
最初，石頭紙還是奢侈品，用于水下記錄。石頭紙能用于水下記錄，說明它有什么優(yōu)良的性能？（學(xué)生回答可能是具有防水的性能。）而今，科技日益發(fā)達(dá)，石頭紙的應(yīng)用非常廣泛。老師手上的筆記本就是用石頭紙做的。（學(xué)生露出羨慕的表情。）在每組桌子的塑料盒子里，老師也給大家準(zhǔn)備好了石頭紙和傳統(tǒng)紙。剛才的視頻告訴我們，石頭紙的主要成分是碳酸鈣和一些聚乙烯等高分子化合物；而傳統(tǒng)紙的主要成分是纖維素。那么，碳酸鈣、聚乙烯等高分子聚合物、纖維素分別屬于哪一類物質(zhì)呢？（學(xué)生思考后回答。）
1 如何鑒別石頭紙和傳統(tǒng)紙？
教師：請(qǐng)大家根據(jù)兩種紙主要成分的性質(zhì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，鑒別石頭紙和傳統(tǒng)紙。
學(xué)生1：可以分別取樣，滴加稀鹽酸，若有氣泡產(chǎn)生，說明該樣品是石頭紙。
學(xué)生2：可以在上面寫字，哪個(gè)可以防水，字跡不會(huì)暈開，哪個(gè)就是石頭紙。
學(xué)生3：可以用手摸一下紙張，哪個(gè)光滑，哪個(gè)就是石頭紙。
學(xué)生4：可以分別在紙張上滴幾滴水，哪個(gè)不變濕，水不能滲透到紙的反面，哪個(gè)就是石頭紙。
教師：下面，利用老師所給的方案（方案一：取兩種紙各一張，撕碎后，分別放入燒杯中，倒入稀鹽酸，觀察現(xiàn)象，保留液體待用。 方案二：取兩種紙各一張，分別用坩堝鉗夾持，用打火機(jī)點(diǎn)燃。保持紙一直在石棉網(wǎng)正上方燃燒， 比較燃燒現(xiàn)象。 保留灰燼待用。） 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并準(zhǔn)備匯報(bào)本小組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
學(xué)生5：我們小組實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，有條紋的紙與鹽酸接觸后，產(chǎn)生了氣泡，而另一種白紙與鹽酸接觸后沒有氣泡產(chǎn)生。并且，我們發(fā)現(xiàn)，在撕碎紙張的時(shí)候，有條紋的紙比較難撕，用指甲掐著撕能撕開，撕開后沒有碎紙屑產(chǎn)生，而且斷面很光滑、平整，另外一張紙，邊撕邊有一些小碎屑產(chǎn)生，而且斷面不整齊；如果我們掰著撕（兩只手左右用力），有條紋的紙就越撕越大，像有彈性一樣，但撕不斷，就像撕塑料一樣，而另一張紙一撕就碎，非常輕松，根本不用費(fèi)太大力氣。
學(xué)生6：我們組的同學(xué)，還分別在兩種紙上分別滴加幾滴水嘗試了一下，發(fā)現(xiàn)，有條紋的紙上，水是聚在一起的，不向四周滲透蔓延，就像雨滴打在雨傘上，我們將紙稍稍傾斜，水滴就滾落了下來。
教師：你們組的匯報(bào)讓老師驚訝。的確是這樣，大家知道為什么會(huì)有這樣的不同現(xiàn)象嗎？究竟是哪一種物質(zhì)讓石頭紙有這樣奇特的現(xiàn)象？
學(xué)生7：我猜想應(yīng)該是石頭紙中的聚乙烯等高分子化合物讓石頭紙有這樣奇特的變化，因?yàn)樗芰系捻g性一般都比較好，而且，塑料防水，水很難滲透到塑料分子的孔隙當(dāng)中。（筆者對(duì)他的發(fā)言表示贊許。）
學(xué)生8：我們組發(fā)現(xiàn)，兩種紙?jiān)邳c(diǎn)燃的時(shí)候，有條紋的紙不易點(diǎn)燃，用打火機(jī)對(duì)著紙點(diǎn)燃好長(zhǎng)時(shí)間，它才會(huì)繼續(xù)燃燒，而且，它邊燒邊卷曲，還產(chǎn)生了燒蠟燭的氣味，灰燼較多，并且灰燼很酥脆，用坩堝鉗觸碰就碎了；而另一種紙?jiān)邳c(diǎn)燃時(shí)，就完全不一樣了，很容易就點(diǎn)燃了，并且產(chǎn)生的氣味比較淡，灰燼很少，比較松散。
教師：誰知道這又是因?yàn)槭裁茨兀?br/>學(xué)生9：石頭紙中因?yàn)楹刑妓徕}，因?yàn)樘妓徕}分解要吸收熱量，并且，它分解會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，所以，石頭紙就不易燃燒。一旦它燒起來，里面含有的聚乙烯等高分子化合物燃燒時(shí)會(huì)卷曲，并且還產(chǎn)生燒蠟燭的氣味。而另一種紙，它的主要成分是纖維素，纖維素燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣味比較淡。
教師總結(jié)：其實(shí)，鑒別這兩種紙的方法有很多，只要我們有一雙發(fā)現(xiàn)的眼睛。大家在做實(shí)驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)了好多方法。正是由于石頭紙中含有碳酸鈣，碳酸鈣分解要吸熱，且產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)滅火，所以石頭紙具有一定的防火性能；正是由于石頭紙中含有聚乙烯等塑料，所以石頭紙具有一定的防水性能。所以，淘寶網(wǎng)上說石頭本可以保存幾個(gè)世紀(jì)。
2 如何驗(yàn)證石頭紙燃燒后的灰燼中，碳酸鈣的分解情況？
學(xué)生9 ：我覺得，應(yīng)該有三種情況：（1）可能溫度不夠，碳酸鈣沒有分解；（2）碳酸鈣部分分解，灰燼中有碳酸鈣和氧化鈣；（3）碳酸鈣完全分解，灰燼中有氧化鈣。
教師：如何通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證？
學(xué)生10：可以取灰燼于一支試管中，先加足量的水溶解，看溫度升高了，說明含有氧化鈣，若觀察到試管底部還有固體不溶物，說明含有碳酸鈣。
老師：誰來評(píng)價(jià)一下這位同學(xué)的方案？
學(xué)生11：我覺得他說的方案不太合理。因?yàn)椋罱K的固體不溶物不一定是碳酸鈣，有可能是氧化鈣與水反應(yīng)生成的氫氧化鈣，氫氧化鈣是微溶物?；蛘呤蔷垡蚁┑雀叻肿踊衔锶紵笮纬傻墓虘B(tài)殘余物。要證明灰燼中是否存在氧化鈣，我設(shè)計(jì)的方案是：取樣加水溶解，然后滴加1~2滴無色酚酞試液，若酚酞變紅，說明灰燼中含有氧化鈣；要證明灰燼中是否存在碳酸鈣，可以繼續(xù)向試管中滴加足量的稀鹽酸，若有氣泡產(chǎn)生，說明含有碳酸鈣。
教師：請(qǐng)大家根據(jù)這位同學(xué)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)備匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
學(xué)生12：我們組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：酚酞變紅；滴加稀鹽酸時(shí)，有氣泡產(chǎn)生，并且，酚酞褪色。實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：碳酸鈣部分分解。
3 如何驗(yàn)證石頭紙與鹽酸反應(yīng)后，剩余液體中溶質(zhì)的組成情況？
學(xué)生13：我們組認(rèn)為，石頭紙中的碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)肯定會(huì)生成氯化鈣，而鹽酸的量可能是適量，可能是過量。所以，我們組的猜想是，剩余液體中溶質(zhì)的組成情況有兩種：（1）CaCl2；（2）CaCl2、HCl。
教師：如何通過實(shí)驗(yàn)來確定到底是哪種情況呢？
學(xué)生14：可以滴加紫色石蕊試液、測(cè)溶液pH、加活潑金屬如Mg、加金屬氧化物如CuO、加難溶性堿如Cu(OH)2、加碳酸鹽如Na2CO3溶液。（筆者追問可不可以加AgNO3溶液？學(xué)生14回答：不可以，因?yàn)閮煞N猜想中都含有氯離子。）
教師：其實(shí)，我們可以用微粒的觀點(diǎn)來看物質(zhì)，猜想（1）中含有鈣離子和氯離子，猜想（2）中含有鈣離子、氯離子和氫離子。對(duì)比一下，兩種猜想的區(qū)別在于是否含有氫離子。剛才那位同學(xué)設(shè)計(jì)了這么多的實(shí)驗(yàn)方案，其實(shí)，他是從氫離子的檢驗(yàn)這一角度來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的。他設(shè)計(jì)的5種實(shí)驗(yàn)方案不正是酸的通性的體現(xiàn)嗎？（老師點(diǎn)擊出課件中的“酸的通性”五指圖），請(qǐng)大家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
教師：請(qǐng)同學(xué)們小組討論，物質(zhì)鑒別或檢驗(yàn)的一般思路有哪些？
學(xué)生小組討論后，整理出物質(zhì)鑒別或檢驗(yàn)的一般思路有：明確成分 、對(duì)比性質(zhì) 、合理設(shè)計(jì) 、排除干擾 、現(xiàn)象明顯。
4 如何測(cè)定石頭紙中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？
教師：現(xiàn)在到了“比一比，拼一拼”的搶答環(huán)節(jié)了。已知石頭紙中的其他成分既不溶于水，也不與稀鹽酸反應(yīng)。請(qǐng)大家利用碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)的原理（CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 ↑）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用老師提供的3個(gè)“錦囊”，小組交流，選擇并拼裝圖形，準(zhǔn)備展示。 展示內(nèi)容包括：(1)該方案的原理 ；(2)測(cè)定哪些物質(zhì)的質(zhì)量 ；(3)每個(gè)裝置的作用。
教師：請(qǐng)大家同時(shí)打開1號(hào)“錦囊”，注意比賽規(guī)則，其余錦囊請(qǐng)不要提前打開。想一想，老師給大家提供的這些裝置卡片，可以拼裝成什么樣的裝置圖？注意，可能會(huì)有一些卡片用不到，可能會(huì)有一些卡片是故意干擾大家的。哪一組先想好了，哪一組就帶著你們的卡片上臺(tái)展示，用磁扣將你們的裝置圖固定在白板上。
學(xué)生15和16：上臺(tái)展示他們組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，裝置圖如圖1所示。并且講解了利用裝置C中生成的BaCO3沉淀的質(zhì)量來測(cè)定石頭紙中CaCO3的質(zhì)量。
這時(shí)，筆者追問：“下列各項(xiàng)措施中，不能提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度的是 。A. 滴加鹽酸不宜過快；B. 在A~B之間添加盛有濃硫酸的洗氣裝置；C. 在B~C之間添加盛有NaHCO3溶液的洗氣裝置?！睂W(xué)生15回答：“因?yàn)槲覀儨y(cè)定的是BaCO3沉淀的質(zhì)量，水蒸氣的存在不會(huì)影響沉淀的質(zhì)量，所以不需要除去水蒸氣；而C選項(xiàng)NaHCO3溶液與HCl反應(yīng)會(huì)生成二氧化碳，使BaCO3沉淀的質(zhì)量偏大，所以答案選BC?！惫P者繼續(xù)追問：“若不測(cè)定C中BaCO3的質(zhì)量，只測(cè)定C在實(shí)驗(yàn)前后的質(zhì)量差，若實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯偏高，原因可能是 ?！睂W(xué)生16回答：“B中水蒸氣和氯化氫氣體進(jìn)入了裝置C 。”
教師：請(qǐng)大家同時(shí)打開2號(hào)“錦囊”，注意比賽規(guī)則，3號(hào)錦囊請(qǐng)不要提前打開。哪一組先想好了，哪一組就帶著你們的卡片上臺(tái)展示。
學(xué)生17和18：上臺(tái)來展示他們組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，裝置圖如圖2所示。并且講解了利用裝置E中的堿石灰吸收生成的CO2，利用裝置E的增重得到CO2的質(zhì)量。
兩位同學(xué)還分別講解了其余裝置的作用：裝置A是為了除去鼓入空氣中的CO2，裝置F是為了防止外界空氣中的CO2和H2O進(jìn)入裝置E，裝置C是為了除去CO2帶出的HCl氣體，裝置D是為了干燥CO2。這是，筆者追問“老師在2號(hào)錦囊中還放了一張飽和的NaHCO3溶液的卡片，你們?yōu)楹尾挥盟鼇沓Cl氣體？”學(xué)生17回答：“因?yàn)镹aHCO3溶液與HCl反應(yīng)會(huì)生成二氧化碳，使裝置E的增重量偏大?！?br/>老師：請(qǐng)大家同時(shí)打開3號(hào)“錦囊”，注意3號(hào)錦囊中的裝置卡片可能會(huì)設(shè)計(jì)出多種方案。哪一組先想好了，哪一組就帶著你們的卡片上臺(tái)展示。
學(xué)生19和20：上臺(tái)來展示他們組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，裝置圖如圖3所示。并且講解了利用碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)，將反應(yīng)后的懸濁液過濾、將濾液蒸發(fā)的方法得到CaCl2的質(zhì)量。
學(xué)生21和22：上臺(tái)來展示他們組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，裝置圖如圖4所示。并且講解了利用碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)，將反應(yīng)后的懸濁液過濾、將濾渣洗滌、干燥，得到其他成分的質(zhì)量，再用石頭紙的總質(zhì)量減去其他成分的質(zhì)量就可以得到碳酸鈣的質(zhì)量。
學(xué)生23和24：上臺(tái)來展示他們組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，裝置圖如圖5所示。并且講解了利用碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)，將反應(yīng)后的懸濁液過濾、在濾液中滴加足量的Na2CO3溶液生成CaCO3沉淀，再將CaCO3沉淀過濾、洗滌、干燥，得到CaCO3的質(zhì)量。因?yàn)殁}元素質(zhì)量守恒，此CaCO3的質(zhì)量就等于石頭紙中CaCO3的質(zhì)量。
教師總結(jié)：如圖6所示。當(dāng)然，還有其他方案，我們以后會(huì)陸續(xù)跟同學(xué)們探討。
請(qǐng)大家討論一下：含量測(cè)定的一般思路：
學(xué)生們激烈討論后，獲得一下結(jié)論：明成分、明原理、明裝置、明操作、明誤差。
5 暢想未來
教師：請(qǐng)大家觀看視頻。
學(xué)生總結(jié)石頭紙的優(yōu)點(diǎn)：不消耗木材、不排放三廢、生產(chǎn)過程中不使用一滴水等等。
老師展示圖片：石頭紙?jiān)谏钪械膽?yīng)用。可以用來做筆記本、墻紙、紙箱、臺(tái)歷、購(gòu)物袋等等。
教師：發(fā)揮你的想象， 暢想石頭紙的未來。
學(xué)生們發(fā)言整理如下：可以做課本，這樣就不會(huì)在下雨時(shí)課本被淋濕；可以做檔案材料的用紙；可以做雨傘、衣服；可以做草稿紙，這樣，打一次草稿后，用鹽酸將表面寫的字“擦除”掉，這張紙還可以繼續(xù)使用下去；可以做航天飛機(jī)中的零件… …
結(jié)束語：我想，每一項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)造的背后都蘊(yùn)含著發(fā)明者的心血和汗水，石頭紙的將來需要靠我們這代人來實(shí)現(xiàn)，希望大家將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到生活中，讓化學(xué)來源于生活，服務(wù)于生活。請(qǐng)同學(xué)們回家上網(wǎng)搜索，石頭紙的發(fā)明者是誰？最后，送給大家一句話：想象力比什么都重要。

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