國中學生進行有趣的酯化反應實驗 / 黃義傑、張自立、辛懷梓

星期六 , 25, 六月 2016 Leave a comment

國中學生進行有趣的酯化反應實驗

黃義傑1, *張自立2辛懷梓2

1臺北市立龍門國民中學
2國立臺北教育大學自然科學教育學系
*huangphy@gmail.com

n  前言

自然與生活科技應重視學生進行實驗的品質,即杜威主張做中學的觀念,學生經由動手做實驗看到不一樣的現象、能了解操作技巧、儀器使用方式並能撰寫實驗報告。至少,科學實驗是會吸引學生目光,有趣的科學實驗會讓學生驚呼連連,在他們身上默默的種下科學種子,相信對於化學人才的培養是很有助益的。

國中自然與生活科技課程(簡稱自然科)在八年級下學期,會向學生介紹一個很著名的化學實驗「酯化反應」,由於自然科在八年級下學期課程有很多實驗(有物理實驗與化學實驗)且時間安排比較緊湊,以翰林版本來說,會把酯化反應放在示範實驗中,其實動手做的學習一定比教師口述式教學還有印象,在此分享自己教學上的實務經驗給有興趣的教師參考,讓學生親自動手做聞聞看酯類的不同味道。

n  教學對象

由於酯化反應會使用濃硫酸,有一定的實驗危險性,本次課程教學的對象設定是八年級下學期的學生,他們對於基礎的化學實驗有一定的熟悉與認識,也能在教師的指導下安全地使用化學藥品與操作本次的實驗設備。

本次進行酯化反應的學生為我自己帶的四個班學生,對於基礎的有機化合物單元有一定的概念,能分辨說明酸類與醇類的不同。此外,學生在進入實驗室之前也學習過酯化反應的原理,可以按照教師設計的實驗操作單進行實驗。

n  教學設計

簡單來說,酯化反應的原理是醇與酸的有機化學反應,生成酯和水。教學的設計簡單分為以下步驟,不需要多設計其他特殊的教具,用現有教學資源即可,不會增加教師教學負擔。

步驟

內容

補充說明

教師在課堂上把化學反應的通式寫在黑板上,對於國中學生而言,酯化反應的原理是容易理解。

搭配課本上的圖片來說明講解酯化實驗。

推薦各校教師可以使用各家版本的電子書,電子書搭配的實驗動畫或是示範影片,這些均為免費的教學資源,教師在教學上可以用盡情使用。

可以結合步驟一,增加教學的有趣程度,提升學生對實驗的期待。

進入實驗室進行實驗與完成指定作業。

藥品先準備好放在教室前方的準備桌上,以利實驗流暢。

酯化反應的實驗以濃硫酸當作催化劑,當各組的器材、藥品等準備好後,教師到各組去協助滴濃硫酸。

各組需要特別找一個組長特別幫教師注意各組的操作安全。

設計的一份簡單的實驗操作單,只有A5的大小(A4紙的一半大小),這張的好處是可以讓學生依照步驟檢查實驗器材,各組只要按照步驟進行酯化反應的實驗。

實驗操作單請見下面的「實驗操作單」。

回到課堂上要請各組學生發表自己的想法,教師也可以進行實驗檢討或課後討論與分析。

教師可以把寫得很棒的作業分享給各班,讓學生互相觀摩學習

備註:每個步驟時間可以依照教師與各個班級學生的互動情形進行調整,我們實際進行教學時,各班的情況都不盡相同。

n  教學教案(簡案)

單元名稱

酯化反

教學對象

八年級學

教學重點

認識酯化反應原理與酯化實驗操作

教學活動

教材教具

評量

時間

一、實驗前

1. 認識酯化反應原理。

2. 學習酯化反應的實驗操作。

3. 認識酯類的物理與化學性質。

二、發展活動

1. 進入實驗室操作酯化反應實驗。

2. 完成實驗操作單。

三、綜合活動

1. 引導學生分享酯化實驗心得。

2. 教師整理實驗報告與鼓勵表現優良學生作品。

課本、實驗影片、單槍、筆電。

 

 

 

各項藥品與器材(請見實驗操作單)

 

 

教師個人網頁

或整理PPT

口頭詢問

 

 

 

 

 

實驗操作單

 

 

 

口頭分享

15

 

 

 

 

 

45

 

 

 

10

n  相關的注意事項

1.      在進行實驗前,必須再次告知學生酯化實驗有一定危險性,對於某幾位實驗操作技巧不純熟的同學要多次提醒。

2.      在實驗前,務必提醒各班只要攜帶文具與修正帶到實驗室,不用攜帶學生個人的課本,加上有水的緣故,個人的課本或是其他物品可能會因人為的不小心而弄濕。

3.      實驗進行時可以安排兩位同學輪流負責幫班上同學進行拍照,學生看到相機後,他們做實驗會特別認真進入狀況,也可以把照片與表現認真的同學作業放在教師部落格或是個人的臉書上面讓學生觀看。

4.      教師須多加走動注意學生發生的狀況,或是到各組協助實驗。

n  實驗操作單

Ester的製備     班級:         座號:         姓名:       

【原理】

酯化反應 ð 將酸與醇在濃硫酸的催化下,共熱脫水便可產生酯。

【器材與藥品】

試管(20 mL 3燒杯(250 mL 1量筒(10 mL 共用滴管 共用乙醇(C2H5OH 2 mL正戊醇(C5H11OH 2 mL冰醋酸(CH3COOH2 mL濃硫酸(H2SO4 5 mL

【實驗步驟】

A.      冰醋酸 + 乙醇

1.        量取2 mL的乙醇、2 mL的冰醋酸,加入試管中完全混合。

2.        教師協助學生,以滴管取3滴的濃硫酸,滴入試管中,隔水加熱到60,並用玻棒攪拌34分鐘,如圖1所示。

3.        以手觸試管摸檢查溫度,以手在瓶口搧風揮引氣體嗅聞。

4.        反應完成後加入5 mL冷水,搖動後觀察是否互溶或分層。

image

1:酯化反應裝置圖

B.       冰醋酸 + 正戊醇

本實驗步驟與「冰醋酸 + 乙醇」相同,只是用正戊醇取代乙醇。

【實驗報告】

描述冰醋酸 + 乙醇的味道

 

描述冰醋酸 + 正戊醇的味道

 

實驗心得

 

 

 

1.        實驗操作單可以在學生實驗進行前給學生預習,教師也能在實驗前提醒學生安全注意事項,另外也要求學生在實驗完後能完成實驗的紀錄與心得。

2.        實驗操作單在教師批改完後,可以黏貼在活動紀錄本或是課本上,可以讓學生考前自行複習。

3.        教師批改完實驗操作單後,在發還給各班學生之前,教師先選出優良的作業分享給各班學生觀摩,讓學生學習他人的優點,並且把各班實驗照片給大家回憶,讓整個實驗更完整。

4.        必須要求學生要把實驗操作單於實驗進行完成後完成實驗心得部分,整個實驗紀錄與報告可以在一節課內完成。

n  酯化實驗活動照片

學生進行酯化反應的實驗室活動和各組學生操作實驗如圖2所示,進行酯化反應的實驗過程和學生手搧聞酯化產物的味道如圖3所示。

clip_image008 clip_image010

2:學生在實驗室進行實驗狀況(左);各組學生操作實驗的狀況(右)

clip_image012 clip_image014

3:進行酯化反應的實驗過程(左);學生手搧聞酯化產物的味道(右)

n  與課本實驗不同之處

1.      進行酯化反應時,教師可以故意多滴幾滴濃硫酸,此時試管下方會有課本沒有提到的狀況發生,教師可以與學生討論發生變化的原因。

2.        承上,教師可以故意離開一下,學生不久會發現試管下方的顏色會不見,教師又可以再提問學生發生變化的原因。

n  學生的回饋

我們設計一份問卷,調查並比較學生在進行實驗前與實驗後,對於進行酯化反應實驗的看法,回答問卷的學生共85人。

問題1:在進行酯化反應前,你覺得酯的樣子是什麼?

表一:學生回答問題1的答案統計

選項

A無色液體

B油狀液體

C透明無色

D沒感覺

人數

14

61

8

2

比率

16.47%

71.76%

9.41%

2.35%

由表一可知,雖然學生在課堂上已學習理論,他們對於酯的性質還是有一些認知上的差異,再比較學生自己寫的實驗報告,發現學生對於酯化反應的狀況與他們所認知的是不一樣,而不是完全如同課本上說的。

問題2:在進行實驗前,你對於酯化反應這個實驗的態度?

表二:學生回答問題2的統計

選項

A無趣

B不想做

C想玩玩看

D想驗證課本理論

人數

1

0

74

10

比率

1.18%

0%

87.06%

11.76%

由表二可以發現到學生在進行實驗前有高達98%的人是有高度意願來進行這個化學實驗,當然會有無意願的學生,可知酯化反應在大部分的學生心中是有興趣的,如果沒有做這個實驗的話,會讓學生覺得可惜。

問題3:進行實驗完後你覺得酯化實驗是?

表三:學生回答問題3的統計

選項

A有趣的

B有意義的

C一定要做的

D無聊

E沒興趣

F其他

人數

54

24

2

0

2

4

比率

63.53%

28.24%

2.35%

0.00%

2.35%

4.70%

由表三可知道,有94.12%的學生在進行實驗完後,對於酯化反應是還不錯的感覺,在學生的心中是一個有趣的化學實驗,在感官上的體會是與課本的敘述式不一樣的。雖然有4位學生回應的是其他的想法,基本上學生並不會排斥這個化學實驗。

n  學生的實驗心得

本次進行實驗學生班級有4個班,假設為SA班、SB班、SC班及SD班,下面將摘入各班幾位同學特別的實驗心得,分享給大家。數字為學生座號。

clip_image016

5:一位學生的實驗報告

SA01這次實驗做出來的味道跟書本上的不太一樣,但我是覺得很成功,因為反應非常明顯,而且比起香蕉我比較喜歡蘋果。

SA06我們這組的味道和課本不同,但的確是有水果味,而且成果超成功,同心協力的大家超讚的,比較實驗1與實驗2的味道,我喜歡實驗2的味道。

SA23第一個實驗在濃硫酸及加熱過程中並無明顯之變化,而冰醋酸加正戊醇在加熱時有黃色散布在底部,並有一些氣體向上升起。我覺得兩者味道都不好聞,其中乙酸乙酯有點嗆鼻。

SB01成功的那一刻有點興奮,雖然有點小狀況,但整體來說是很有趣的實驗呢!

SB15原來酯類真的有特殊味道,不過與預想中的水果味不太一樣,不知道是不是商品都有加上其他東西。

SC09很有趣,不過味道很重。看到有人打破玻璃杯,應該要小心,作為借鏡。

SC13小時候吃夜市零食,蠻多這種味道,現在想起來突然好惡心。

SD36第一次加水加太多,所以看不到明顯的分層,第二次加水的比上一次少了許多,所以看得出來明顯的分層,神奇的是,把它攪拌後,分層又慢慢的出現。

SD38第一次的實驗不小心把試管弄破了,改做第二個實驗時有聞到香蕉的香味,我很喜歡。

這次酯化實驗的結果讓各班學生有不同的感官與刺激,學生的經驗不同,所能體會或是內化心中的程度也不一,經由他們的紀錄,可以了解孩子的想法,亦可印證本文一開始說的做中學觀念,沒有實際體會或是操作是無法說出化學實驗能帶給你的樂趣,不要讓化學變成死背的知識。

n  教師的教學反省

學生因為你的熱情與用心準備實驗,他們從無到有的觀念都是你建立起來,就如同本文的酯化反應實驗,雖然總共花的時間有一節課,似乎教學效率不好,而去補習班先學的孩子或許會有人覺得老師浪費時間,或是會覺得沒甚麼厲害之處,可是他們沒有聞過這些特殊味道,他們沒親自做過不同酯類,就不能體會科學的樂趣與奧秘。

n  結語

身為國中自然科教師常有教學成績的壓力,但是如果能與電學之父法拉第一樣把化學實驗的樂趣帶給學生知道,內心多少會有一些成就感在,我想這就是自然的魅力所在。很開心自己任教的學生很喜歡化學實驗,當我幫學生在各種大小考試前複習實驗是很有感覺的。在此分享自己的教學經驗,相信你也可以。因此將實驗的過程以及成果撰寫成文章投稿至《臺灣化學教育》,如有任何指教與建議,也歡迎您來信分享。

n  謝誌

在此感謝國立臺北教育大學自然科學教育學系104學年度第1學期化學特論周金城教授與全體同學在百忙之中提供許多建議並協助修改本文,讓本文可以更好,在此謹深摯謝忱。

n  參考資料

1.      酯化反應,維基百科,https://zh.wikipedia.org/wiki/酯化反應1046月)

2.      陳必榮(95111日),WIDE_KM教師入口網,http://elearning.ice.ntnu.edu.tw/KM/Data/Teacher/5566/Data/教材/2023/1.doc1046月)

 

 

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