孟 靜

“食鹽中碘元素含量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)探究”的教學(xué)設(shè)計(jì)與反思

孟 靜

以碘酸根的氧化性為基礎(chǔ)，結(jié)合氧化還原滴定法的實(shí)驗(yàn)原理，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)測(cè)定食鹽中碘元素含量的實(shí)驗(yàn)步驟，使學(xué)生通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)并進(jìn)行具體分析。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究過(guò)程中，學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)學(xué)科知識(shí)發(fā)展邏輯，體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程及提升科學(xué)思維能力。

碘含量測(cè)定 實(shí)驗(yàn)探究 氧化還原滴定

滴定法以其操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)在分析檢測(cè)中被普遍應(yīng)用。其中，酸堿滴定原理易懂，操作易掌握，因此，滬科版《化學(xué) 高中二年級(jí)第一學(xué)期（試用本）》以酸堿滴定為例來(lái)介紹滴定法。但筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)滴定法時(shí)往往只局限于酸堿滴定，對(duì)其他滴定方法知之甚少，甚至一無(wú)所知。而且對(duì)于高二學(xué)生來(lái)說(shuō)，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。故筆者基于“食鹽中碘元素含量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)探究”內(nèi)容設(shè)計(jì)了這節(jié)拓展課，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)氧化還原滴定的原理和方法，體驗(yàn)物質(zhì)性質(zhì)與定量測(cè)定的內(nèi)在聯(lián)系。

一、教學(xué)思路設(shè)計(jì)

本節(jié)課是一節(jié)拓展實(shí)驗(yàn)課。從教學(xué)內(nèi)容層面分析，該節(jié)課涉及碘單質(zhì)、碘離子、碘酸根的化學(xué)性質(zhì)，氧化還原原理和定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)等知識(shí)內(nèi)容，學(xué)科認(rèn)知難度較大；從教學(xué)實(shí)踐層面分析，該節(jié)內(nèi)容屬于教材第十章“學(xué)習(xí)幾種定量測(cè)定方法”單元［1］。以往教學(xué)中通常較為關(guān)注對(duì)定性和定量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)裝置的探究，相對(duì)弱化了元素化合物性質(zhì)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)之間的有機(jī)聯(lián)系，從而造成部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中將實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)原理割裂，給學(xué)習(xí)帶來(lái)困難。

此外，考慮到高二學(xué)生處于將學(xué)習(xí)過(guò)的元素化合物基本知識(shí)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)有效整合的關(guān)鍵時(shí)期，雖然知識(shí)儲(chǔ)備豐富，但在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、探究等方面的能力還有待提高。筆者嘗試以碘及其化合物的性質(zhì)為突破口，逐步深入開(kāi)展食鹽中碘元素含量的探究。具體設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 食鹽中碘含量測(cè)定設(shè)計(jì)思路

二、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

高中化學(xué)課程指出要進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展；提高學(xué)生的科學(xué)探究能力；形成科學(xué)的價(jià)值觀和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度；激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，提高學(xué)生的實(shí)踐能力［2］。根據(jù)這一要求并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，本文從課程標(biāo)準(zhǔn)的三維目標(biāo)出發(fā)設(shè)計(jì)了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 三維目標(biāo)設(shè)計(jì)

三、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

（一）圖片展示碘元素的重要作用，引入課題

介紹碘元素對(duì)生活和生理的重要作用，指出市售食鹽中加入碘元素的意義，引出教學(xué)主題——食鹽中碘元素的含量測(cè)定。

運(yùn)用PPT展示的方法與學(xué)生一起體會(huì)加碘鹽的重要性，啟發(fā)學(xué)生對(duì)本課題的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。講解簡(jiǎn)短，但內(nèi)容能有效引發(fā)學(xué)生的思考，是課堂能順利開(kāi)展的良好基礎(chǔ)。

（二）開(kāi)展系列實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)市售食鹽中碘元素的存在形式

要進(jìn)行物質(zhì)定量測(cè)定，須先掌握物質(zhì)的性質(zhì)，從物質(zhì)的性質(zhì)入手選擇合理的實(shí)驗(yàn)試劑和方法，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案。

本節(jié)課通過(guò)習(xí)題1，請(qǐng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出正確的結(jié)論：食用鹽中的碘元素以IO3-形式存在。

習(xí)題1：加碘食鹽中碘元素的存在形式主要為（ ）

A．I2

B．I-

C． IO3

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的碘及其化合物的化學(xué)性質(zhì)，通過(guò)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生在觀察現(xiàn)象的同時(shí)，思考反應(yīng)原理，并在此基礎(chǔ)上了解IO3-的氧化性。

（三）利用物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)定量測(cè)定方法

食用鹽中加入一定量的碘酸鉀，是為了滿足人體對(duì)碘的需要。但值得注意的是，人體攝入過(guò)多的碘也是有害的。因此，相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了食用鹽中碘含量的平均水平（以碘元素計(jì)）為20—30mg/kg。

基于上述標(biāo)準(zhǔn)，教師可以接著提出問(wèn)題：“如何測(cè)定市售食鹽中碘元素的含量？”并且，在教材第十章“學(xué)習(xí)幾種定量測(cè)定的方法”中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)酸堿滴定是通過(guò)測(cè)定溶液完全反應(yīng)時(shí)消耗的體積從而得到定量結(jié)果的方法，被稱(chēng)為“滴定法”?；诖私處熆梢赃M(jìn)一步追問(wèn)“滴定法只適用于酸堿中和反應(yīng)嗎？”促使學(xué)生運(yùn)用IO3-的氧化性和離子反應(yīng)相關(guān)知識(shí)，思考用滴定法定量測(cè)定碘元素含量的方法。

1.實(shí)驗(yàn)原理

先在一定量食鹽樣品中加入略過(guò)量硫酸酸化的碘化鉀溶液，把碘酸鉀中的碘元素還原為碘分子，再用硫代硫酸鈉溶液滴定生成的碘分子即可。

滴定實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，一是正確判斷滴定的終點(diǎn)；二是準(zhǔn)確測(cè)定液體的體積［3］。本實(shí)驗(yàn)是用標(biāo)準(zhǔn)液硫代硫酸鈉溶液滴定待測(cè)液中的碘單質(zhì)，選擇淀粉溶液為指示劑，當(dāng)待測(cè)液恰好由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，且充分振蕩溶液不變藍(lán)時(shí)即到達(dá)滴定終點(diǎn)，此時(shí)準(zhǔn)確記錄消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積。

本實(shí)驗(yàn)利用IO3-的氧化性和I2的顯色反應(yīng)，在鞏固滴定法原理和操作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，使其更深入地思考和分析物質(zhì)的定量測(cè)定，學(xué)科知識(shí)的認(rèn)知得到升華。

2.實(shí)驗(yàn)步驟

①稱(chēng)量：稱(chēng)量約10g食鹽于250mL錐形瓶中，并記錄準(zhǔn)確的質(zhì)量數(shù)值。

②溶解：加入約50mL蒸餾水使其完全溶解。

③還原：用2mL稀硫酸酸化上述溶液，并加入5mL碘化鉀溶液，使其與KIO3充分反應(yīng)。

④滴定：以1mL淀粉溶液為指示劑，用5.4×10-4mol/L的Na2S2O3溶液滴定，當(dāng)溶液恰好由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，且充分振蕩不變藍(lán)時(shí)，記錄所用Na2S2O3溶液的體積。

⑤重復(fù)上述操作進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn)。

⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果：兩次實(shí)驗(yàn)平均值為_(kāi)_______。

⑦實(shí)驗(yàn)誤差：本實(shí)驗(yàn)所用食用鹽中碘元素含量的理論值為15mg/kg，則實(shí)驗(yàn)誤差________。

依據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)的基本操作方法，利用實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)碘元素的定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的意識(shí)和能力。

表3 實(shí)驗(yàn)記錄

3.誤差分析

任何定量測(cè)定的方法，得到的數(shù)據(jù)都有一定的精確范圍，或者說(shuō)存在一定誤差。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，思考誤差的產(chǎn)生原因，并與同學(xué)討論采取什么方法能盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，體會(huì)在定量測(cè)定中，正確操作、準(zhǔn)確讀數(shù)和記錄的意義。在此過(guò)程中，學(xué)生感受到定量實(shí)驗(yàn)的“準(zhǔn)確性”，理性思維品質(zhì)得到提升。

（四） 課堂總結(jié)，突出核心內(nèi)容

滴定法定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)的一般設(shè)計(jì)思路為：明確測(cè)定物質(zhì)的性質(zhì)→根據(jù)已有知識(shí)，結(jié)合查閱的資料，確定有關(guān)反應(yīng)所需測(cè)定的物理量以及計(jì)算方法→選擇標(biāo)準(zhǔn)液和指示劑→預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作可能產(chǎn)生的問(wèn)題，設(shè)想采取的措施→討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行誤差分析。

（五） 作業(yè)布置，突出探究思想

筆者設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同性質(zhì)、不同要求的作業(yè)：①完成本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并做出符合實(shí)際情況的誤差分析；②查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定空氣（內(nèi)含N2、O2、CO2、SO2）中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)。

作業(yè)充分挖掘教材資源，來(lái)源于教材，又高于教材。通過(guò)資料查閱，拓展學(xué)生視野，進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，加強(qiáng)探究方法的實(shí)踐應(yīng)用。

四、教學(xué)反思

本課設(shè)計(jì)源于教材，又是對(duì)教材內(nèi)容的拓展應(yīng)用。這節(jié)課密切結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生基于熟悉的化學(xué)性質(zhì)思考實(shí)驗(yàn)原理，在已有的實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并做出合理的誤差分析。本節(jié)課利用3個(gè)定性實(shí)驗(yàn)逐步展開(kāi)，到氧化還原滴定達(dá)到高潮，歸納出滴定法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般思路，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和思維能力。

本課設(shè)計(jì)緊扣實(shí)驗(yàn)中碘元素含量測(cè)定這一主線，層層遞進(jìn)，為學(xué)生思維品質(zhì)的提升和問(wèn)題解決能力發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

［1］ 姚子鵬. 化學(xué) 高中二年級(jí)第一學(xué)期（試用本）［M］. 5版. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社,2011.

［2］ 中華人民共和國(guó)教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）［M］. 北京：人民教育出版社,2003.

［3］ 姚子鵬. 化學(xué) 拓展型課程（試用本）［M］. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2013：209.

孟 靜 華東師范大學(xué)第二附屬中學(xué) 201203