师:好,同学们好。今天我们接着上一节课的题目探究一个问题。上节课有这样一道题,说铝与盐酸和稀硫酸分别反应时,反应速率差异很大。所谓“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,今天我们就通过实验来探究,看看实际情况是否真如题目所说。下面我们就来看看铝与稀盐酸、稀硫酸反应时,反应速率到底是不是像题目中讲的差异那么大。
要做这项探究,对于反应速率,我们需要控制什么变量呢?
生:需要控制铝片相同,酸要取等体积、同浓度。
师:对,就按大家说的,我们控制相同的铝片,以及等体积、同浓度的稀盐酸和稀硫酸,做了这么一组实验。大家观察到现象一样吗?
生:铝和稀盐酸反应速率很快,和稀硫酸几乎不反应。
师:果然跟题目说的一致。那么是什么因素导致它们反应速率差异这么大呢?我们不妨分析一下铝与稀盐酸、稀硫酸反应的实质。大家先把铝与稀盐酸、稀硫酸反应的化学方程式写出来。
(同学们书写完毕)
师:好,写完了对照黑板看看写对了没,写对的举手。好,大部分同学都写对了。我们来分析一下,铝与稀盐酸反应,实际上是和谁发生反应呢?盐酸在溶液中以氢离子和氯离子的形式存在,也就是说铝加到稀盐酸中,是与氢离子和氯离子反应生成氯化铝。氯化铝溶液中溶质以离子形式分散在容器里,反应后氢气以气体形式逸出,混合物中剩下铝离子和氯离子。反应前后,铝变成铝离子,氢变成氢气,氯离子在反应前后一直在溶液中,这说明该反应实际上是铝和氢离子发生反应,生成铝离子和氢气,氯离子相当于“围观”了铝和氢离子的反应。
同样,我们用这种方法分析一下铝与稀硫酸的反应。铝加到稀硫酸中,稀硫酸在水中以氢离子和硫酸根离子的形式存在,生成硫酸铝。硫酸铝同样以铝离子和硫酸根离子的形式存在,氢气以气体形式逸散到空气中。反应前后,也是铝和氢离子反应,生成铝离子和氢气,硫酸根离子实际上也只是“围观”了铝和氢离子的反应。这样去伪存真后,我们来看反应速率究竟受什么因素影响。
生:受铝的影响。
师:我们已经取了等质量、相同表面积的铝片,铝这个干扰因素就排除了。毫无疑问,这跟氢离子浓度有关系。
生:氢离子浓度越大,反应速率越快;氢离子浓度越小,反应速率越慢。
师:有同学说,刚才我们控制了两种酸的浓度相同,硫酸和盐酸浓度相同,就能保证氢离子浓度相同吗?
生:酸的浓度相同,不代表氢离子浓度相同。
师:根据对反应实质的分析,我们发现氢离子浓度肯定会影响反应速率。有可能在等浓度的两种酸中,氢离子浓度不同,从而影响了反应速率,有道理吧?
生:有道理。
师:除了氢离子浓度,还有什么因素会影响反应速率呢?
生:温度。
师:刚才这两个实验是在相同温度下做的,温度这个因素已经排除了。有没有可能跟“围观”的这两种离子有关系呢?大家大胆猜想一下,把想法写在纸上。
(大部分同学写完)
师:好,大部分同学都写出来了。我们展示两份,边泽和王子萌同学的猜想,他们都列出了四个猜想。第一个是我们刚才说的氢离子浓度会影响反应速率;第二个猜想是氯离子对这个反应起促进作用,有没有可能?刚才我们说盐酸和铝反应速率快,硫酸和铝反应速率慢,如果是氯离子促进,当然也有可能是硫酸根离子抑制,他俩都想到了这一点,非常好;还有第四个猜想,可能氯离子促进的同时硫酸根离子起抑制作用。这样我们的猜想就比较全面了,大家思维很活跃。
要验证这四个猜想,需要做几组实验呢?第一个猜想肯定要做一组,用什么表示氢离子浓度呢?
生:氢离子浓度代表溶液酸性强弱,酸性强弱用pH表示,取pH相同的稀盐酸和稀硫酸,就能控制盐酸和硫酸溶液中氢离子浓度相同。
师:非常好。那第二个猜想,氯离子对反应起促进作用,这个实验怎么设计呢?同样,第三个猜想硫酸根离子起抑制作用,如果验证了2和3,第四个猜想还用单独验证吗?
生:不用。
师:那接下来大家在纸上写出设计方案,证明这三个猜想。
(大部分同学设计完毕)
师:好,我看大部分同学设计得差不多了。第一个猜想控制两种酸的pH相同就行。那第二个猜想,怎么设计能证明氯离子促进反应进行呢?我们要做两组控制变量实验,一组有氯离子,一组没有,其他条件都相同。所以要取相同的铝片,与等体积、同浓度的稀硫酸反应。
