硅的学生探究性实验设计，本文主要内容关键词为：探究性论文,学生论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题的提出
高中化学第一册（人民教育出版社·必修）第七章《碳族元素无机非金属材料》的一个重点是硅和二氧化硅，教材没有安排一个实验，学生感觉平淡，容易遗忘。怎样发挥化学的特点，把实验引进来呢？笔者翻阅了许多资料，发现有关实验存在反应剧烈，不够安全等问题。经过实验摸索，在符合可操作性、安全性，趣味性和美观性的原则下，笔者设计了以下实验。
二、实验流程设计
三、实验内容
实验1 硅的实验室制法及硅化氢的不稳定性
【实验目的】
（1）通过实验了解由二氧化硅制备粗硅的化学原理。
（2）了解硅化氢的自燃。
【实验原理】
（1）在高温下用强还原剂还原二氧化硅即可得到单质硅。
（2）金属硅化物与酸反应生成硅化氢。
【实验用品】
小试管、酒精灯、研钵、烧杯、玻璃棒、药匙、铁架台。
镁粉、二氧化硅粉、稀盐酸（1∶1）。
【实驰操作】
（1）取0.2g镁粉与0.2g很细的二氧化硅粉，在研钵中充分研磨混匀后倒入一支小试管中，把试管垂直固定在铁架台上，用酒精灯预热整个试管后集中加热试管底部，反应物局部红热后停止加热，试管中镁与二氧化硅剧烈反应发光发热。
（2）待试管冷却后倒出混合物，向烧杯中加入30mL稀盐酸（1∶1），将混合物慢慢撒在稀盐酸的液面上，并用玻璃棒搅拌，有气泡产生，酸液面上出现火星，并发出轻微的爆鸣声和产生白烟。这是因为未反应的镁与盐酸反应生成氢气，反应产生的硅化镁与盐酸反应，产生硅化氢遇空气发生自燃。同时反应产生的氧化镁也与盐酸反应而溶解，即：
（3）烧杯底部有反应生成的硅的粉末沉淀出来。用倾泻法将沉淀洗涤、滤出，在实验2中研究它的性质。
实验2 硅跟碱的反应
【目的要求】
了解硅跟碱液作用放出氢气的反应。
【实验原理】
单质硅和浓碱液反应生成硅酸钠和氢气。
Si+2NaOH+H[，2]O
Na[，2]SiO[，3]+2H[，2]↑
【实验用品】
小试管、试管夹、酒精灯、药匙。
硅（用实验1制得的）、20％～30％的氢氧化钠溶液。
【实验操作】
在试管中加入实验1制得的硅，再加入1/4容积的氢氧化钠溶液，待反应片刻后，检验氢气，可听到爆鸣声。
实验3 硅酸与碳酸酸性的比较
【目的要求】
了解硅酸的酸性比碳酸弱。
【实验原理】
往硅酸钠溶液中通入二氧化碳，化学方程式为：
Na[，2]SiO[，3]+H[，2]O+CO[，2]Na[，2]CO[，3]+H[，2]SiO[，3]↓
【实验用品】
二氧化碳发生器、小试管。
饱和硅酸钠溶液、稀盐酸、石灰石。
【实验操作】
在试管中盛1/4容积的饱和硅酸钠溶液，用稀盐酸跟石灰石反应产生二氧化碳气体，将二氧化碳气体通入硅酸钠溶液中，可看到溶液逐渐变粘稠。当抽出导管，静止片刻；把试管倒转过来时，透明的胶状物并不流动，这是由于生成硅酸凝胶所至。
【实验说明】
上述实验可在饱和硅酸钠溶液中滴入2～3滴酚酞试剂，溶液变为粉红色，说明硅酸钠溶液呈碱性，最后出现透明的粉色凝胶，非常好看。
四、实验的特色
1.实验内容丰富、简洁流畅
这组实验，上一步实验的产物是下一步实验的反应物，类似工业流程。在节约药品的同时，还使得实验节奏紧凑，让学生感受到实验的流畅性和知识内容的连续性。
在相连的实验内容之间，还需要一定的提纯。实验2所需的反应物硅，要从盐酸中分离出来，这里设计了用倾泻法的分离操作，这在课本的实验中没有提到过。倾泻法适用于分离密度较大的固体和液体，操作难度不大，这种方法可以补充学生的现有知识，开阔学生的现野。
2.实验安全、易于操作
实验1中SiO[，2]和Mg粉反应时，有关资料介绍让反应在坩埚中进行，用镁条引燃反应物，但这样反应物的用量较多，反应剧烈，有一定的危险。笔者摸索在普通试管中进行这个反应，此反应是一个放热反应，反应物很快红热，如果反应物量多会有火花喷出，试管底部熔化、掉落的现象。经过反复实验，当SiO[，2]粉和Mg粉的用量分别在0.2g左右时，既安全又保证了产物在下一步的实验中有足够的量。
3.实验美观、有趣
硅化镁撒在酸液面上产生的现象，既有声，又有光，还有烟。看到这些学生怎能不对硅化氢自燃的性质印象深刻呢？
饱和硅酸钠溶液中滴入2～3滴酚酞试剂，最后出现透明的粉色凝胶，让人联想到好吃的果冻。
4.实验的探究性和实际应用
实验1中SiO[，2]和Mg粉反应后的物质很复杂，可能有未完全反应的SiO[，2]和Mg与生成的Si和Mg[，2]Si，还有副产物MgO等，可提出探究性课题：如何验证这些物质的存在。
硅和碱反应生成氢气，这是中学教材中惟一提到用非金属来制备氢气。经计算制备等量的氢气，硅的用量仅大约为铁和锌的1/4。以硅为主要原料作为“生氢剂”，在野外制氢气具有一定实用意义。
以上实验，我和我的几个学生利用午休时间经过半个月的探索，终于实现了实验的优化。整个实验过程，学生们着了迷，甚至废寝忘食。学生在这些实验中相互合作，相互启发，充分发挥了他们的创造力，发展了他们的个性，也使他们体验到了科学探索过程中的失败与成功。