“温度对化学反应速率影响”
实验的探究式教学
摘要：本文针对“温度对化学反应速率影响”实验中出现的异常现象，引导学生分析，认真探究其原因，让学生体会发现问题、提出猜想、进行验证并得出结论的探究过程，旨在培养学生探究、解决问题的能力。
关键词：温度化学反应速率实验探究式教学
一、探究背景
新一轮课改倡导学生在教师指导下进行自主探究式学习，其目的在于引导学生积极、主动地发现问题、分析问题和解决问题，从而促进他们在知识和技能的形成过程中，发展其综合能力。
化学是一门以实验为基础的自然学科，实验是化学教学的重要内容，是学生进行探究性学习的重要载体。
我校基础化学实验讲义中关于“温度对化学反应速率影响”的实验，是根据碘酸钾与亚硫酸氢钠在酸性条件下反应生成单质碘，碘遇淀粉变蓝色的实验原理，在保持其他条件不变的情况下，改变反应温度，记录在不同温度下，溶液变为蓝色所需的时间，根据时间的变化趋势来说明温度对化学反应速率的影响。
其化学反应方程式如下：
2KIO3 + 5NaHSO3 →K2SO4 + Na2SO4 + 3NaHSO4 + I2 ↓+ H2O 长期以来，笔者对这部分内容都是采用验证式的教学方式来实施教学的，学生按照规定的步骤进行操作最后都能得到“预期的结果”。
在一次实验教学中，笔者意外发现有一组学生未按要求进行操作（本实验要求在室温、比室温高10℃、比室温高15℃的条件下进行），而是将碘酸钾与亚硫酸氢钠溶液加热至比室温高50℃，然后再混合，使其反应。
结果，过了很长时间溶液也没变成预期的蓝色，学生感到很困惑：根据范特霍夫规则，当其他条件不变时，升高温度，可以增大反应速率，即温度越高，溶液变成蓝色所需的时间越短，怎么会不变蓝色呢？。
此时，教师若直接告诉学生答案，学生表面上的疑虑消除了，但他们只是被动地接受了知识，缺少主动性，缺失了分析问题、解决问题能力的培养，显然与新课改的要求不符。
所以，笔者抓住时机，针对这一意外
情况下发生的异常实验现象，引导学生带着问题去图书馆、阅览室、网络查找相关资料，旨在培养学生探究、解决问题的能力。
二、探究过程
（一）提出问题
在学生课前进行充分准备的基础上，笔者针对上次实验中意外发现的异常实验现象：温度过高，溶液不变蓝色，把学生分为若干个小组，引导他们进行实验探究。
1、实验准备
试剂：0.02mol.L-1NaHSO3( 每升溶液含可溶性淀粉2.5 克)、0.02mol.L-1KIO3( 每升溶液中含6mol.L-1 硫酸4ml)。
仪器：数显恒温水浴锅、磁力搅拌器、秒表、试管、烧杯、玻璃棒等。
2、实验过程
步骤及实验记录：
（1）取10ml NaHSO3 溶液加入试管中；
（2）取30ml KIO3 溶液和10ml 水加入烧杯中；
3）将试管和烧杯同时放入恒温水浴锅中(水浴锅中事先加好水)，温度设置在10℃；（4）当温度显示10℃时，将NaHSO3溶液迅速倒入KIO3溶液中，并不断搅拌溶液，记下溶液变成蓝色所需的时间。
按同样方法，在15℃、20℃、25℃等条件下实验，记下溶液变成蓝色所需的时间，列于下表：
表1不同温度下碘酸钾与亚硫酸氢钠溶液反应变蓝时间
注：表中“溶液变蓝所需时间”为多次实验的平均值。
由上表可知：当反应温度T≤30℃时，溶液变成蓝色所需的时间，随温度升高而逐渐缩短(完全符合范特霍夫规则)；当反应温度T＞30℃时，溶液变成蓝色所需的时间，随温度升高反而逐渐增长；当反应温度T ≥55℃时，溶液不再变蓝色。
通过上述实验，学生产生了疑问：当反应温度T＞30℃时，溶液变成蓝色所需的时间为什么随温度升高反而逐渐增长？升温至55℃时，溶液为什么不变蓝色呢？
（二）分析与猜想
根据学生已有的知识结构和实践经验，笔者引导他们积极思考、认真讨论、仔细分析碘酸钾和亚硫酸氢钠在酸性溶液中发生的一些反应，离子反应式如下：
1、IO3 －＋3HSO3 －→3SO42 －＋3H+ ＋I －（慢）
2、IO3 －＋5I －＋6H＋3→I2↓＋3H2O（慢）
3、I2 ＋HSO3 －＋H2O →2I －＋SO42—＋3H ＋（快）
以上反应速率是(3)＞(2)＞(1)，反应速率由(1)(2)决定，I－被IO3－氧化生成单质的I2，而同时单质的I2又被还原成I－，只有当HSO3－被全部反应，溶液中才会有单质的I2存在，遇到淀粉溶液才变蓝色。
上述实验中加入的碘酸钾和亚硫酸氢钠的摩尔比为3：1，碘酸钾过量，亚硫酸氢钠被完全反应，溶液中应该有I2存在，溶液应该出现蓝色。
为
什么会出现上述异常现象呢？学生最先想到的原因是：I2在逐渐减少，而I2减少的原因可能是：I2易升华，随着温度升高，反应生成的I2 从溶液中慢慢逸出。
笔者首先充分肯定了学生思考问题的积极性，然后进一步步的指导学生阅读相关资料，并再次引导学生开展讨论，各抒己见，以拓宽学生思路，学生最终明白了I2遇到淀粉溶液之所以变成蓝色的原因：淀粉为白色无定形粉末，由10%～30%的直链淀粉和70%～90%的支链淀粉组成，其中的直链淀粉具有遇I2变蓝色的特性。
溶于水中的直链淀粉借助分子内的氢键卷曲成螺旋状，螺旋状结构中有一定的空腔，I2 分子很小，能钻入空隙中，于是I2分子借助范德华力与直链淀粉联系在一起，形成蓝色的管道形包合物。
根据之前所学知识，学生清楚知道范德华力是存在于分子间的一种作用力，它比化学键弱得多。
学生由此猜想：I2 与淀粉结合生成的蓝色管道形成包合物的热稳定性较差。
（三）验证猜想
1、为验证I2是否随着反应温度升高而从溶液中慢慢溢出，笔者引导学生积极思考，经讨论设计了以下装置，见图1：
三角漏斗内侧放置一张被淀粉溶液湿润过的圆形滤纸，滤纸大小基本与漏斗体积相吻合。
当碘酸钾与亚硫酸氢钠溶液分别加热至55℃时，将亚硫酸氢钠溶液立即倒入碘酸钾溶液中，开动磁力搅拌器的同时，将漏斗迅速倒扣在烧杯上方。
过几分钟后观察漏斗内侧的滤纸，如果有I2逸出，滤纸应该会变蓝。
实验现象：滤纸不变蓝。
2、为验证碘与淀粉结合生成的蓝色包合物的热稳定性，经过讨论，学生设计了如下装
置，见图2：
取3~5ml 碘与淀粉形成的蓝色溶液加入试管中，再将试管放入盛有水的烧杯中进行水浴加热，并在试管旁放一温度计，使温度计球形部分与试管溶液的中部保持在同一高度。
实验现象：蓝色溶液加热至35℃时，颜色开始变浅；加热至40℃～45℃时，溶液呈浅蓝色；加热至53℃时，蓝色完全消失。
取出试管，放在盛有冷水的烧杯中冷却，蓝色很快恢复。
（四）结论
学生通过分析、猜想、实验后证明：当反应温度T＞30℃时，溶液出现蓝色所需的时间随温度升高而逐渐增长；当反应温度T≥55℃时，溶液不再变蓝色的原因是I2与淀粉形成的蓝色管道形包合物热稳定性较差。
三、探究成效
本次探究性实验充分地体现了教师的主导作用和学生的主体作用。
教师引导学生带着问题去图书馆、阅览室、网络查找相关资料，把局限于课堂的时间与空间扩大到了课堂之外；充分相信学生，引导学生各抒己见，讨论发现，给学生提供了主动探求知识的宽松环境，使学生主动参与实验；及时鼓励学生，肯定学生，引导他们迎难而上，让学生不断发现解决问题的方法。
学生在教师进一步的引导下，最大限度地提高了自主学习的积极性和主动性。
学生不再只当“收音机”而是成为解决问题的一份子，积极思考、热烈讨论、大胆发表自己的见解，形成了师生互动、生生互动的学习分围。
在这样的学习氛围中，学生真正感受到自己是学习的主人，是课堂教学活动的主体，产生了一种“欲罢不能”的感觉。
另外，在学生探究问题的积极性被充分调动起来的同时，其潜能也被最大限度的激发了出来，有些学生的表现超出了教师的想象。
学生总体觉得这样的实验有趣味、有挑战性、能激发他们主动学习的愿望、能真正培养他们的能力。
参考文献：
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2007 年。
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