龍世佳 王鵬 司長代 王曉峰 董曉寧 顧水英 鄔倩宇

摘要： 在實驗教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，探究嘗試將《無機化學實驗》中的醋酸鉻水合物制備這一學生較難獨立完成、有一定操作難度的實驗設計為： 一次性加酸獲得近常壓的氫氣還原氣氛，用手動傾倒法使Cr2+溶液進入醋酸鈉溶液。結果發(fā)現(xiàn)： 新的設計使實驗操作簡易、省時安全、產(chǎn)率高、經(jīng)濟環(huán)保，是一種非常簡易實用的實驗方法。

關鍵詞： 醋酸鉻（Ⅱ）水合物制備； 創(chuàng)新設計； 手動傾倒法； 實驗探究

文章編號： 1005-6629（2018）6-0070-04 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

基礎教育課程改革給高師院?；瘜W教育專業(yè)的教學提出了新要求，要適應課改的學法、教法，師范生及高師教師首先要具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力。為了取得以上預期效果，我們高師教師要在教學中不斷滲透和培養(yǎng)師范生的這種能力。通過“無機化學實驗”課程培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力，有利于培養(yǎng)和提高學生的實驗興趣，增強學習主動性，使實驗教學效果更顯著。在教學中通過引導、鼓勵學生參與探究實驗的設計原理，或者探索其新的制備方法，不僅能加強學生綜合運用化學知識和實驗操作能力，也培養(yǎng)了學生積極思考、利用創(chuàng)新意識和思維對實驗方案進行探索改進、創(chuàng)新等綜合能力，更為重要的是為新課程改革終極目標的實現(xiàn)找著了抓手，達成提高學生化學素養(yǎng)的教學目標。

我們對醋酸鉻（Ⅱ）水合物制備實驗進行了多次教學探究和實踐，引導和鼓勵學生進行創(chuàng)新設計。盡管目前有關醋酸鉻（Ⅱ）水合物的制備實驗改進的報道已較多[1～10]，包括藥品用量和取用方式改進、常規(guī)向微型實驗改進、實驗方案的優(yōu)化和改進等等，雖解決了實驗過程所出現(xiàn)的某些問題，但實驗原理和操作過程基本不變，仍還是利用氫氣來增大體系壓強使Cr（Ⅱ）溶液在封閉氣氛中進入NaAc溶液中。這些改進既沒有簡化實驗步驟，實驗的成功率和產(chǎn)品產(chǎn)率也沒有顯著提高。本文所做的創(chuàng)新設計是簡化了實驗裝置，僅在反應初期加入鹽酸產(chǎn)生氫氣，使反應體系保持還原性氣氛，整個反應過程不再持續(xù)通入氫氣，并采取直接傾倒法代替高壓氫氣使Cr（Ⅱ）溶液在封閉氣氛中進入NaAc溶液。結果表明，該方案安全、簡單、易行，操作性強，產(chǎn)品產(chǎn)率高、質(zhì)量好，是一種更為適合學生實驗的制備途徑。

1 醋酸鉻（Ⅱ）水合物的制備

通常鉻（Ⅱ）的化合物非常不穩(wěn)定，空氣中的氧能迅速將其氧化為三價鉻的化合物。只有鉻（Ⅱ）的鹵素化合物、磷酸鹽、碳酸鹽和醋酸鹽可存在于干燥狀態(tài)[11]。

醋酸鉻（Ⅱ）是紅棕色晶體，通常以二聚體分子存在，化學式為Cr2（Ac）4·（H2O）2，密度為1.79g/cm3，不溶于冷水和醚，微溶于醇，但易溶于鹽酸，能吸收空氣中的氧氣而變質(zhì)，故需無氧環(huán)境制備。

1.1 實驗原理

綠色[Cr（H2O）6]3+在氫氣氣氛中，被鋅還原成藍色[Cr（H2O）6]2+，然后立即與過量的醋酸根離子生成不溶于水、較穩(wěn)定的磚紅色醋酸鉻（Ⅱ）水合物。本實驗選取氫氣作還原氣氛，反應體系中產(chǎn)生的氫氣（鹽酸與鋅粒反應制得）除了起到排出空氣使體系保持還原性氛圍的作用外，還用于增大體系壓強使Cr（Ⅱ）溶液在封閉氣氛中進入NaAc溶液中[12]。

制備反應的離子方程式如下：

1.2 儀器與藥品

儀器： 抽濾瓶（250mL）、滴液漏斗（50mL）、錐形瓶（100mL）、燒杯（100mL）、兩孔橡皮塞、布氏漏斗、臺秤、量筒、止水夾

藥品： 濃鹽酸、乙醇（AR）、乙醚（AR）、去氧水、鋅粒、無水醋酸鈉（AR）、六水合三氯化鉻（AR）

1.3 原實驗儀器裝置圖

圖1說明如下： 1燒杯，內(nèi)裝蒸餾水起水封作用；2抽濾瓶，內(nèi)裝鋅粒、CrCl3和去氧水；3滴液漏斗，內(nèi)裝濃鹽酸；4錐形瓶，內(nèi)裝醋酸鈉水溶液。

1.4 原裝置存在的問題

（1） 實驗后期不能將二價鉻溶液順利地壓入醋酸鈉溶液中。

問題在于一方面二氯化鉻溶液通過壓力較大的氫氣被壓入盛有醋酸鈉溶液的錐形瓶中，由于雙孔橡膠塞及裝置的多處連接，當氫氣壓力較大時很容易造成漏氣，不能使二氯化鉻溶液順利進入盛有醋酸鈉溶液的錐形瓶，使實驗失敗；另一方面抽濾瓶底部過大，由于插在抽濾瓶中的玻璃導管的下端屬于剛性結構，再加上其截面的不平整性，致使其與抽濾瓶底面不能完全密封連接，也就不能把二價鉻溶液全部壓入到醋酸鈉溶液中，最終因藥品轉(zhuǎn)移不完全致使產(chǎn)率降低。

（2） 鹽酸用量。實驗后期需用高壓氫氣轉(zhuǎn)移二氯化鉻溶液，有些學生未能很好控制濃鹽酸的滴加速度，致使二氯化鉻溶液需要高壓氫氣轉(zhuǎn)移時，鹽酸指定用量已經(jīng)用完，給實驗帶來不必要的問題。

（3） 復雜的連接裝置也給反應過程中不斷搖動抽濾瓶帶來不便。

2 結果與討論

2.1 實驗裝置新設計的思路

（1） 用傾倒法取代高壓氫氣來轉(zhuǎn)移二氯化鉻溶液，新設計的裝置如圖2所示。

實驗時，慢慢地不斷搖動圖2（a）的抽濾瓶，使溶液逐漸從藍綠色變?yōu)榱了{色，反應時間約40分鐘?？焖訇P掉A閥，瞬間用錐形瓶4換掉燒杯1[見圖2（b）]，再迅速打開A閥，然后采用傾倒法使二氯化鉻溶液從抽濾瓶的支管口通過導管進入錐形瓶底部與醋酸鈉溶液反應（注意： 雙手持穩(wěn)抽濾瓶和分液漏斗連接部分，保持Zn粒留在抽濾瓶底部），振搖錐形瓶，反應形成磚紅色醋酸亞鉻沉淀。用傾倒法代替高壓氫氣轉(zhuǎn)移溶液的實驗很成功，該設計已在近年來的實驗教學中推廣。

（2） 既然不用高壓氫氣，也就沒有必要持續(xù)通入氫氣，只要在實驗開始利用大量的氫氣排出反應體系及容器內(nèi)的空氣即可。即鹽酸不用再通過分液漏斗不斷滴加，只需開始時一次性加入一定量（通過容器的體積可估算），使操作簡單易行。重新設計的裝置如圖3所示。

具體實驗過程同上。只是鹽酸在開始一次性加入。

（3） 不用持續(xù)產(chǎn)生氫氣，水封1就可在反應開始時直接換作醋酸鈉溶液4，它開始起水封作用，之后作為反應液。故最終創(chuàng)新設計的裝置如圖4所示。

原實驗裝置經(jīng)過多次探索和實踐，最終得到圖4。此裝置簡單，減少了打孔及多處連接，防止漏氣，而且再無需2人以上合作完成，同時保證了實驗的成功率和產(chǎn)品產(chǎn)率、質(zhì)量。

創(chuàng)新設計克服原有裝置許多問題： （1）采用傾倒法實現(xiàn)二價鉻離子溶液順利完成轉(zhuǎn)移；（2）一次性加入濃鹽酸產(chǎn)生還原性氣氛，再也無需考慮鹽酸滴加速度及氫氣壓力等問題。通過設計過程培養(yǎng)了學生創(chuàng)新思維能力，啟發(fā)、引導學生思考解決實驗中不斷出現(xiàn)的新問題。

2.2 實驗

2.2.1 準備工作

（1） 準備去氧水： 用500mL燒杯量取300mL蒸餾水，在電爐上加熱煮沸10min，迅速冷卻備用。

（2） 配制醋酸鈉溶液，用臺秤稱取3.0g無水醋酸鈉于150mL錐型瓶中，用12.0mL迅速冷卻的去氧水溶解配成溶液。

（3） 按圖4裝好儀器，并檢驗氣密性。

2.2.2 Cr2+的生成

在抽濾瓶中放入8.0g鋅粒、5.0g三氯化鉻晶體，加入5.0mL去氧水，搖動抽濾瓶，得到深綠色混合物，迅速加入5.0mL濃鹽酸（根據(jù)抽濾瓶體積計算所需鹽酸的量，稍微過量即可）立即加蓋密封，使產(chǎn)生的氫氣迅速排空反應體系的氧，并保持氫氣的氣氛。慢慢搖動抽濾瓶，使溶液逐漸從藍綠色變?yōu)榱了{色，反應時間約40分鐘，然后采用傾倒法使二氯化鉻溶液進入醋酸鈉溶液反應，振搖錐形瓶，反應形成磚紅色醋酸亞鉻沉淀。另外，抽濾瓶口與玻璃導管的連接用乳膠管取代使操作更方便。

2.2.3 產(chǎn)品處理

用鋪有雙層濾紙的布氏漏斗對紅色醋酸亞鉻沉淀進行抽濾，用15.0mL冷去氧水洗滌沉淀數(shù)次，然后用少量乙醇、乙醚各洗滌3次，最后將產(chǎn)物薄薄一層鋪在表面皿上，在室溫下干燥，稱量后密封保存。

2.3 反應物用量再探索

按照原來的實驗方案用5.0g三氯化鉻和3.0g醋酸鈉，可得到2.0g左右的產(chǎn)品，產(chǎn)率為56.70%，但是在同樣的反應物用量下，若采用新設計的實驗裝置便可得3.0g以上的產(chǎn)品，產(chǎn)率為85.05%，比原來提高了50%。但是通常產(chǎn)品1.5g左右就可滿足學生實驗要求，從綠色環(huán)?？紤]，制備3.0g有毒性含鉻化合物完全沒有必要。因此在產(chǎn)率提高的前提下，可以通過減少反應物的用量達到實驗要求，既控制毒性產(chǎn)品量，又保證學生能收集到適量產(chǎn)品。為此，對CrCl3·6H2O的用量進行了反復摸索發(fā)現(xiàn)： CrCl3·6H2O取3.0g（其他藥品用量按比例減少），大多數(shù)學生均得到1.5g以上產(chǎn)品，產(chǎn)率達70.87%以上，已經(jīng)達標，既達到實驗目的又獲得環(huán)保效果，也節(jié)約了實驗時間。

3 結論

實驗新設計具有以下優(yōu)點： （1）簡易性： 新裝置的密封性良好，操作簡化，實驗成功率高，且產(chǎn)品產(chǎn)率高。（2）經(jīng)濟性： 在藥品用量減少為原來的3/5時，藥品經(jīng)費顯著減少，實驗時間也縮短。（3）安全性： 新設計采用傾倒法，不僅提高實驗成功率和產(chǎn)率，而且不用高壓氫氣，再也無需持續(xù)通氫，極大減少濃HCl用量，可避免事故的發(fā)生；同時當鉻鹽用量明顯減少時，可顯著減少污染排放。

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