PBL案例

发布时间：2024-11-13 09:31

本案例通过引导学生了解茶垢清洁剂除垢的原理，利用数字化实验对温度影响过碳酸钠分解速度进行探究，建立定性、定量探究的意识。让学生通过每一个项目任务，体验初中化学实验课的趣味性、科学性，感受化学学科价值和学科魅力。

教学目标

（1）通过活动探究，增进学生对生活中常见除垢剂的认识，体验茶垢清洁剂清洗茶垢，依据所学化学知识，了解其除垢的原理，体验化学服务于生活，培养学生科学探究与创新意识的化学学科核心素养。

（2）通过氧气浓度传感器探究不同温度对茶垢清洁剂中过碳酸钠分解快慢的影响，让学生建立定性、定量探究的意识，提升科学思维水平，发展实证意识与证据推理的化学学科核心素养。

（3）通过对茶垢清洁剂中过碳酸钠工业制备的交流讨论，着力发展学生的科学态度与社会责任的化学学科核心素养。

项目实施的流程

项目实施

1. 寻找生活中的清洁剂

设计意图：通过生活中常用的三种除垢剂白猫洗洁精、牙膏及茶垢清洁剂来清洗三只茶杯中茶垢，对比三种茶垢清洗的效果，增进学生对生活中常见清洁剂的认识。依据已有化学知识，了解除垢的原理，体验化学服务于生活，培养学生科学探究与创新意识。

【情境导入】展示三只粘有茶垢的玻璃杯，询问学生选择用什么样的洗涤剂来清洗茶垢？

【学生活动】请三位学生到讲台前现场演示用白猫洗洁精、牙膏、茶垢清洁剂清洗三只粘有茶垢的玻璃杯。洗完后，三位学生分享各自除垢的感受，对哪一种清洁剂感到好奇？除垢的原理分别是什么？

【课堂展示】用大屏幕展示不同清洁剂清洗茶垢的原理（如图2、图3、图4所示）。

2. 认识茶垢清洁剂的去污

设计意图：通过在茶垢清洁剂中加入热水，迅速产生大量泡沫，学生感到非常好奇，让学生对气体做出合理的猜想。在此基础上运用初中化学现有知识，对气体进行检验，得出茶垢清洁与热水混合产生氧气。通过实验探究强化学生的合作意识、责任意识、安全意识，培养学生的实证意识和证据推理的核心素养。

【查阅资料】茶垢清洁剂：主要成分为过碳酸钠（其化学式可用

表示），外观为白色结晶或结晶性粉末，具有

的双重性质，其易溶于水，难溶于异丙醇。

【学生活动】将装有10g茶垢清洁剂的锥形瓶，倒入5mL的热水，并立即塞进橡皮塞，观察锥形瓶中的现象。产生的气体可能是什么呢？

【提出猜想】根据化学反应前后元素种类不变，判断可能是氧气、二氧化碳、氢气或一氧化碳。

【思考分析】老师提醒学生对于以上四种气体，都是合理的猜想吗？有学生认为猜想中的氢气是一种化学性质不稳定的气体，遇明火易爆炸，所以茶垢清洁剂与热水产生的气体不应该是氢气。还有学生提出也不可能是一氧化碳，因为一氧化碳是一种有毒气体，如果茶垢清洁剂与热水混合产生一氧化碳，那么产生的气体会使人中毒，所以也应该排除。最终可能是氧气或二氧化碳气体。

【实验论证】通过将产生的气体通入澄清石灰水，澄清石灰水没有变浑浊，由此判断气体不是二氧化碳。再将带火星的木条伸入锥形瓶中，木条复燃，则该气体为氧气。

【提出质疑】为什么使用茶垢清洁剂清洗茶垢用热水效果好？

【实验验证】根据学生们的分析，在坐标系中画出茶垢清洁剂加入冷水和热水反应产生氧气浓度的变化曲线图。

【实验验证】利用氧气浓度传感器，采用控制变量法，分别向盛有同种、等量的茶垢清洁剂的两个密闭锥形瓶中同时倾入等量冷、热水（如图5和图6所示），观察氧气浓度的变化曲线。

【得出结论】通过氧气浓度传感器采集的动态数据，截图（如图7和图8所示），可知茶垢清洁剂中加入冷水，产生氧气的速率缓慢，浓度很低。加入热水，产生氧气的速率较快，浓度很高，足以能使带火星的木条复燃。因此，在使用茶垢清洁剂清洗茶垢时，用热水清洗的效果要比冷水的效果好。借助数字化实验仪器氧气浓度传感器的使用，能让学生建立定性、定量探究的意识，提升良好的科学思维品质，发展实证意识与证据推理化学学科核心素养。

3. 揭示茶垢清洁剂中过碳酸钠的制备

设计意图：通过温度的高低对茶垢清洁剂中过碳酸钠的制备产率的影响分析，让学生理解温度是影响化学反应产物的一个重要因素。了解工业生产中碳酸钠与过氧化氢的质量比不同，直接影响过碳酸钠的产率，让学生理解反应物的质量是影响化学反应的另一重要影响因素。因而生产中既要能让原料得到充分利用，又不会产生多余的废物排放。通过实验分析培养学生科学态度与社会责任的化学核心素养。

【查阅资料】过碳酸钠难溶于异丙醇，可溶于水，易发生反应：

工业上常以所含活性氧的质量分数：即过氧化氢的质量与样品的质量的百分比来衡量过碳酸钠产品的优劣。

【制备流程】（如图9所示）。