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《镁铝》的教学与实验设计*
四川省成都市石室中学 任德怀 610041
本节教材是在学生已经学习了原子结构、元素周期律、化学平衡、氧化还原反应和离子反应等理论知识及部分元素化学知识的基础上，对元素化学的进一步学习。该教学设计是从学生已有的知识和经验出发, 力求培养学生主动运用化学理论知识指导元素化学的学习能力，帮助学生轻松自然地学习新的化学知识。同时该教学设计还改进了部分镁、铝的实验，以镁、铝的实验事实来探究理论对性质的假设，强化学生的探究意识，培养学生的创新精神与实践能力。
本节教学的重点：镁和铝的化学性质、氢氧化铝的两性。
本节教学的难点：氢氧化铝的两性。
本节教学的设计：
一、用化学理论指导元素化学的学习，让学生轻松学习化学知识
1、本节课用元素周期律、金属活动性顺序、氧化还原反应为线索，围绕镁、铝的性质展开讨论。
首先用电子转移的观点来分析该节有关镁、铝单质的化学反应，使学生加深对具体反应的理解。然后以结构决定性质为指导思想，从镁、铝原子的最外层电子数、电子层数、原子半径的异同来探讨它们性质上相似性和差异性，并将镁、铝的化学性质与它们在元素周期表中处于同一周期的位置特征，引导学生分析其性质的递变趋势。
在讲述氢氧化铝和氧化铝的两性中，首先对它们的两性从理论上予以推测，即从元素周期表和原子结构特征上入手，分析与铝属于同一周期和同一主族的各元素的化学性质及其递变趋势；接着以实验事实为依据，引导学生用电离理论和化学平衡进行分析讨论，使学生明白由于条件不同，氢氧化铝可以以酸或碱的形式电离，因此它既可以与碱反应又可以与酸反应，以培养学生用辩证唯物主义的观点分析解决问题的能力；最后结合实验分析铝片很难与水反应的原因，是因为铝片表面有一层致密的氧化膜从而阻止了反应的进行，但加入氢氧化钠溶液后，铝片表面的氧化膜与氢氧化钠强碱溶液反应生成可溶性的偏铝酸钠，从而使露出表面的铝直接与水接触反应，产生了氢氧化铝和大量的氢气，而生成的氢氧化铝又不断被氢氧化钠溶液溶解以维持反应的进行。这样既可让学生突破对铝与碱溶液反应的理解上的难点，又掌握了氧化铝和氢氧化铝的两性。
2、本节教材中由于镁条在氧气（氯气）中燃烧、镁条与水（酸）反应、铝的两性等元素化学知识都是学生在初、高中已经学过的。因此，教学中通过下表，指导学生回忆金属通性，在复习归纳
已有知识的基础上学习新知识，减少不必要的重复。
附：镁、铝化学性质的列表比较（学生用表）
物质化学性质 镁 铝
1、与水、酸的反应 铝和沸水很微弱反应
2、与非金属的反应
3、与碱反应 Mg____ ____(能、不能)与碱反应
4、与某些氧化物反应
3、联系生活实际，培养学生对知识的迁移能力。在介绍完镁、铝单质的化学性质之后，通过下列例题进行强化应用。
例：往一铝制易拉罐内充满二氧化碳，然后往罐内注入足量的氢氧化钠溶液，立即用胶布封住罐口。经过一段时间后，罐壁内凹而瘪，再过一段时间后，瘪了的罐又重新鼓起来。请学生对此实验现象作出合理的解释，写出相关反应的离子方程式。
二、通过化学实验为主的探究活动，培养学生的探究意识和实践能力
在本节的教学中，始终以镁铝的实验事实来探究理论对性质的假设，在结合理论对镁、铝性质的推断的基础上，通过“实验—对比”的方法，重点突出镁、铝化学性质的相似性与差异性，这样既可促进学生对知识的理解，又能培养学生的探究意识和实践能力。本节的实验教学设计如下：
1、引导学生深入探究教材（实验4—1）铝箔在氧气中燃烧的实验技术要点。在实验过程中重点分析：①用铁丝穿过铝箔，在中间放一根火柴棍并扭紧固定（火柴棍起什么作用？）；②将铝箔剪成条状；③将条状铝箔靠拢围成蓬松的花状。（为什么要将铝箔剪成条状并围成蓬松的花状？）④展示一瓶氧气，集气瓶底有一层水。（观察实验并思考水的作用？）
（火柴棍引燃铝与氧气的反应、剪成条状和围成蓬松的花状都是有利于氧气与铝的接触、放一层水是为了防止集气瓶炸裂）
2、改进教材（实验4-2）铝与氢氧化钠的反应，在两支试管中分别加入3～4mL浓氢氧化钠溶液，再各放入一小段镁条和一小团铝箔，观察实验现象。再用点燃的木条分别放在两支试管口，观察有什么现象发生？并将教师演示实验改为学生分组实验。
3、设立对易拉罐中主要成分铝的检验实验。实验步骤如下：①教师预先将两个可口可乐易拉罐剪去上下底、并用铁砂子将内层的保护层砂去，向学生展示这两块金属片；②将两块金属片一起放入盛有浓氢氧化钠溶液的烧杯中，用燃着的木棉签（蘸有酒精）靠近烧杯口；③请学生观察实验有什么现象？并综合易拉罐金属片的物理性质和实验现象分析易拉罐主要是由什么金属制成的？
4、改进（实验4-3）中二氧化碳气体的来源。实验步骤：①向盛有碳酸钙固体的集气瓶中倒入适量稀盐酸至刚好浸没碳酸钙固体，反应一会儿后，用燃着的火柴放在集气瓶口观察现象。②改用点燃的镁条，并由瓶口逐渐伸入瓶底，观察现象。
三、引用大量的图片资料、从而使课堂变得更加生动
课堂从神舟五号的发射及世界航天业发展状况的音影材料出发，结合学生将要学习的化学内容，帮助学生认识化学与人类社会的密切关系，调动学生关注祖国科技的发展历程，激发学生的爱国热情和民族自豪感。在镁、铝的应用上，引用大量的图片比如焊接钢轨（便于野外操作）、定向爆破（利用铝热反应放出的大量热熔断钢筋达到定向爆破目的）、冶炼难熔金属 如W、Cr、Mn等（在冶金工业上也常用铝热反应原理冶炼难熔金）等资料，避免在知识介绍上的简单重复，从而使课堂变得更加生动。
四、创设研究性学习情景、培养学生的创新意识和自主学习能力
在本节教材中，研究性学习材料是以教材上对“咸味食物不宜盛装在铝制餐具中”的描述引题，研究咸味食物加速铝制餐具腐蚀的原因。具体内容如下：
1、问题的提出：教材P80倒数第3、4行“由于酸、碱、盐等可直接腐蚀铝制品，铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放具有酸性、碱性或咸味的食物。”为什么铝制餐具不能长时间存放有咸味的食物？
2、实验提示：向5mL 3mol/L的稀盐酸、5mL 3mol/L的稀硫酸中加入等量铝片（未打磨），实验现象如下：
反应进程/min 2 5 10
3mol/L HCl 很少气泡 少量气泡 较多气泡
3mol/L H2SO4 均无气泡
根据上述实验，未打磨的铝片与等物质的量浓度的稀盐酸、稀硫酸的反应速率存在差异。
3、根据以上提示，请你作出假设（原因可能有多种情况），设计实验，对假设进行验证，最后得出铝制餐具不能长时间存放有咸味食物的可能原因。
五、课后教学体会
1、主要收获
通过两次的教学实践，主要收获如下：①该节课能充分借助化学理论知识来分析元素性质，引导学生调整对元素性质的枯燥记忆为理解记忆，并在一定程度上提高了学生对元素性质的理解能力和学习兴趣。②教师在课前通过无数次实验摸索总结出教材上几个演示实验的最佳实验条件（发表于《中学化学教学参考》2005年1-2合期），并将这一过程与结果在课堂上与学生共同分享，即提高了学生对元素性质的感性认识，又极大地激发了学生亲自动手实验的欲望。③该节课为学生创设了课后研究性学习的情景，学生课后对铝制餐具的使用环境的研究非常积极踊跃，70%的学生都能通过研究得出正确地结论，部分学生还查阅了文献资料，借助大学化学的理论知识对这一现象作出了合理的解释。
2、存在的问题
该节课不足主要存在以下两点：①是在引题上使用的关于镁铝学科的前沿研究事例以及在结题时使用的图片资料都较为存旧，特别是具有成都地区特色的资料较少，教学内容的本土化不够。②对镁铝性质的提炼还不够以至在讲解中占用了较多的课堂时间。
参考文献：
全日制普通高级中学教科书（必修加选修）化学第二册，人民教育出版社化学室2003年6月第一版
全日制普通高级中学教科书（必修加选修）化学第二册教师教学用书，人民教育出版化学室2003年6月第一版
普通高中化学课程标准（实验） 中华人民共和国教育部制订，人民教育出版社化学室2003年4月第一版
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