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        淺談高中化學(xué)《膠體》學(xué)習(xí)中如何領(lǐng)悟方法提高能力

        2020-05-28 09:35:57高李靚潔修明磊
        關(guān)鍵詞:高中化學(xué)

        高李靚潔 修明磊

        摘要:化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,在與物理學(xué)、生物學(xué)、地理學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科的相互滲透中,得到了迅速的發(fā)展,也推動(dòng)了其他學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展.本文從善于利用實(shí)驗(yàn)獲取證據(jù),基于證據(jù)推理理解知識(shí)、注重宏觀與微觀的結(jié)合、善于打破思維定勢(shì),透過現(xiàn)象看本質(zhì)三個(gè)方面探討了如何在學(xué)習(xí)高中化學(xué)膠體知識(shí)的同時(shí),領(lǐng)悟方法,提高能力.

        關(guān)鍵詞:膠體 學(xué)習(xí)方法 高中化學(xué)

        在化學(xué)科學(xué)漫長(zhǎng)的發(fā)展過程中,不僅積累了豐富的化學(xué)知識(shí),更積淀了化學(xué)家們認(rèn)識(shí)物質(zhì)、改造物質(zhì)和應(yīng)用物質(zhì)的思想觀點(diǎn)、科學(xué)方法、思維方式等.高中化學(xué)學(xué)習(xí)不僅是化學(xué)知識(shí)的獲得,更要有對(duì)這些思想、觀點(diǎn)、方法的領(lǐng)悟.

        膠體知識(shí)是高中化學(xué)必修1的內(nèi)容,從知識(shí)點(diǎn)上看,它包括膠體的本質(zhì)特征、丁達(dá)爾現(xiàn)象、聚沉等膠體的性質(zhì).如何學(xué)好這些知識(shí),并且在學(xué)習(xí)知識(shí)同時(shí)領(lǐng)悟其中蘊(yùn)含的科學(xué)觀念和思維方法,下面筆者談?wù)勛约涸趯W(xué)習(xí)中的體會(huì).

        一、善于利用實(shí)驗(yàn)獲取證據(jù),基于證據(jù)推理理解知識(shí)

        化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué),它起源于實(shí)驗(yàn)又依賴于實(shí)驗(yàn).化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)閷W(xué)生認(rèn)識(shí)元素化合物知識(shí)、學(xué)習(xí)化學(xué)概念和理論提供“事實(shí)證據(jù)”,在膠體學(xué)習(xí)中要善于利用實(shí)驗(yàn)獲取證據(jù),進(jìn)而基于證據(jù)進(jìn)行推理以達(dá)到對(duì)知識(shí)的理解,而不是機(jī)械記憶.其中在以下內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中可以利用這個(gè)方法.

        1.膠體的本質(zhì)特征的學(xué)習(xí).膠體的本質(zhì)特征是分散質(zhì)粒徑介于1nm-100nm之間這個(gè)知識(shí)點(diǎn),如果只是機(jī)械地記住結(jié)論,容易產(chǎn)生這樣的困惑:為什么分散質(zhì)粒徑介于1nm-100nm之間就是膠體?這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是如何確立的?確立的依據(jù)是什么?而這些困惑如果不解決,則很難將知識(shí)進(jìn)行靈活運(yùn)用,所以,在膠體本質(zhì)特征的學(xué)習(xí)中需要充分利用實(shí)驗(yàn)獲取證據(jù).

        例如,用孔徑為100nm的濾紙分別過濾泥水(濁液)、豆?jié){(膠體)和食鹽水(溶液),然后向盛豆?jié){濾液的燒杯中加入雙縮脲試劑,向盛食鹽水濾液的燒杯中加入硝酸酸化的AgNO3溶液.通過觀察盛豆?jié){濾液的燒杯中出現(xiàn)紫色和盛食鹽水濾液的燒杯中出現(xiàn)白色沉淀這樣的實(shí)驗(yàn)事實(shí),推理得出:膠體和溶液的分散質(zhì)粒徑都小于100nm.然后,將孔徑為100nm的濾紙換成孔徑為1nm的半透膜再次分別過濾豆?jié){和食鹽水,同樣向盛豆?jié){濾液的燒杯中加入雙縮脲試劑,向盛食鹽水濾液的燒杯中加入硝酸酸化的AgNO3溶液.通過觀察盛豆?jié){濾液的燒杯中并未出現(xiàn)紫色,而盛食鹽水濾液的燒杯中依然出現(xiàn)白色沉淀這樣的實(shí)驗(yàn)事實(shí),推理得出:膠體的分散質(zhì)粒徑大于1nm,而溶液的分散質(zhì)粒徑小于1nm.

        將兩次對(duì)比實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,就很容易理解膠體不同于溶液和濁液的本質(zhì)特征是分散質(zhì)粒徑介于1nm-100nm之間.

        2.丁達(dá)爾現(xiàn)象的學(xué)習(xí).當(dāng)一束光線透過膠體,從入射光垂直方向可以觀察到出現(xiàn)的一條光亮的“通路”,這種現(xiàn)象叫丁達(dá)爾現(xiàn)象.如果不是親眼看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,很難想象出這個(gè)“光亮的光通路”是什么樣子,而實(shí)驗(yàn)就是解決這個(gè)問題的最好辦法,這個(gè)實(shí)驗(yàn)甚至可以在家中完成.具體實(shí)驗(yàn)過程如下:用激光筆照射淀粉、豆?jié){等膠體,然后同樣的方法分別照射泥水、食鹽水、糖水,觀察現(xiàn)象,進(jìn)行對(duì)比.這樣,通過用可見光照射膠體和溶液、濁液的實(shí)驗(yàn)做對(duì)比,有助于學(xué)生加深對(duì)丁達(dá)爾現(xiàn)象的認(rèn)識(shí).

        3.聚沉的學(xué)習(xí).膠體的聚沉是指向膠體中加入電解質(zhì)溶液時(shí),其中的陽離子或陰離子能中和膠體粒子帶的電荷,從而使分散質(zhì)聚集成較大顆粒而析出的現(xiàn)象.如果沒有恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)現(xiàn)象做支持,記住膠體聚沉的定義是比較困難的.此時(shí),如果能夠借助一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行類比,則會(huì)容易得多.

        例如,可以進(jìn)行模擬“鹵水點(diǎn)豆腐”實(shí)驗(yàn):向豆?jié){里加入氯化鎂或硫酸鈣溶液,可以觀察到豆?jié){里有沉淀樣的物質(zhì)析出.然后將這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的“豆?jié){”“氯化鎂或硫酸鈣溶液”和“沉淀樣物質(zhì)析出”分別類比膠體聚沉定義中的“膠體”“電解質(zhì)溶液”和“較大顆粒而析出”,有了具體的實(shí)驗(yàn)事實(shí)支撐,則聚沉的理解就容易多了.

        二、學(xué)習(xí)過程中注重宏觀與微觀的結(jié)合

        化學(xué)的鮮明特點(diǎn)之一是從微觀角度揭示物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化的本質(zhì).因此,學(xué)習(xí)化學(xué)要樹立微觀概念,善于把宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)聯(lián)系起來,學(xué)會(huì)從宏觀和微觀相結(jié)合的視角去分析問題和解決問題.

        例如,膠體的丁達(dá)爾現(xiàn)象、聚沉等是我們的眼睛能夠直接看到的宏觀現(xiàn)象,而膠體的分散質(zhì)粒徑介于1nm-100nm之間則是微觀本質(zhì).二者之間并不是互相獨(dú)立的,相反,宏觀現(xiàn)象和微觀本質(zhì)之間有著必然的聯(lián)系.具體表現(xiàn)在:一方面,膠體之所以具有丁達(dá)爾現(xiàn)象、聚沉、電泳等宏觀性質(zhì),根本原因就在于其分散質(zhì)粒徑介于1nm-100nm之間這一微觀本質(zhì),換句話說,膠體的性質(zhì)是其微觀本質(zhì)的宏觀表現(xiàn);另一方面,膠體不同于溶液、濁液的本質(zhì)區(qū)別是其分散質(zhì)粒徑的大小,制備膠體的本質(zhì)依據(jù)就是想辦法控制分散質(zhì)粒徑的大小范圍在1nm-100nm之間,也就是說膠體的本質(zhì)特征是其制備方法的依據(jù).

        認(rèn)識(shí)到膠體的宏觀現(xiàn)象與微觀實(shí)質(zhì)之間的關(guān)系,有助于增進(jìn)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的有機(jī)聯(lián)系,使知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系不再零散,而相互聯(lián)系的知識(shí)有助于在解決問題時(shí)靈活提取和運(yùn)用.

        三、善于打破思維定勢(shì),透過現(xiàn)象看本質(zhì)

        受傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的影響,氯化鈉可以配成溶液,氯化銀是沉淀,這些觀點(diǎn)在學(xué)生心中可以說是根深蒂固的.而實(shí)際上,只要控制分散質(zhì)粒徑介于1nm-100nm之間,也可以制備出氯化鈉膠體和氯化銀膠體.

        例如,向2mL-3mL的無水乙醇中加入一滴飽和食鹽水,充分震蕩,可以得到氯化鈉膠體;而向質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的NaCl溶液中緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的AgNO3溶液,則可以制備出氯化銀膠體.這是為什么呢?還是要回到膠體本質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)上,膠體的本質(zhì)特征是分散質(zhì)粒徑在1nm-100nm之間,也就是說,如果能夠保證分散質(zhì)的粒徑落在1nm-100nm之間,那么溶液可以制成膠體,濁液也可以制成膠體.

        又如,教材或習(xí)題中經(jīng)常將豆?jié){和淀粉作為膠體的典型代表來使用,所以我們也習(xí)慣于想當(dāng)然地認(rèn)為豆?jié){和淀粉有丁達(dá)爾現(xiàn)象,但是實(shí)驗(yàn)證明新鮮豆?jié){和濃度過高的淀粉并無明顯的丁達(dá)爾現(xiàn)象,以下是關(guān)于豆?jié){和淀粉丁達(dá)爾現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究.

        1.豆?jié){丁達(dá)爾現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究.

        (1)實(shí)驗(yàn)藥品和儀器:新鮮豆?jié){、蒸餾水、燒杯、量筒、玻璃棒、激光筆.

        (2)實(shí)驗(yàn)過程:

        ①不同稀釋比例豆?jié){的配制.

        量取新鮮豆?jié){50 mL于容積為100 mL燒杯中,加入50 mL蒸餾水稀釋,配制成稀釋比為1∶1的豆?jié){溶液,依次將豆?jié){和蒸餾水按照1∶4、1∶10、1∶50、1∶100、1∶200、1∶500、1∶1000的比例進(jìn)行稀釋,得到不同濃度的豆?jié){.

        ②丁達(dá)爾現(xiàn)象的測(cè)試.

        用激光筆照射不同稀釋比例的豆?jié){,在垂直入射光方向觀察光路照射情況,記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;通過觀察豆?jié){的外觀狀態(tài)及光路的清晰程度對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行評(píng)估.

        (3)結(jié)果與討論:

        圖1為不同稀釋比例下用激光筆照射豆?jié){的情況.從圖1a中可以看出,純豆?jié){用激光筆照射無光路出現(xiàn);圖1b、c、d分別為稀釋比1∶4、1∶10、1∶50時(shí)的豆?jié){,可以看出依然無明顯的光路出現(xiàn);從圖1e可以看出,當(dāng)稀釋比例達(dá)到1∶100時(shí),用激光筆照射出現(xiàn)一半的光路;繼續(xù)增大稀釋比至1∶150、1∶200、1∶500時(shí),如圖1f、g、h所示,可觀察到燒杯中出現(xiàn)清晰明亮的光路;從圖i中可以看出,當(dāng)繼續(xù)增大稀釋比至1∶1000時(shí),用激光筆照射依然可觀察到清晰的光路,但此時(shí)豆?jié){的外觀特征已變得不明顯.由上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知,稀釋比例對(duì)豆?jié){的丁達(dá)爾現(xiàn)象有一定的影響.

        (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:

        從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,當(dāng)稀釋比例低于1∶150時(shí),豆?jié){的丁達(dá)爾現(xiàn)象不明顯;稀釋比例達(dá)到1∶150時(shí),用光照射豆?jié){開始出現(xiàn)清晰的光路;1∶200時(shí),丁達(dá)爾現(xiàn)象明顯.隨著稀釋比例的增加,光路逐漸清晰明亮,當(dāng)稀釋比例達(dá)到1∶1000時(shí),豆?jié){的丁達(dá)爾現(xiàn)象依舊明顯,但此時(shí)豆?jié){的外觀特征已變得不明顯.

        2.淀粉丁達(dá)爾現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究.

        (1)實(shí)驗(yàn)藥品和儀器:可溶性淀粉、蒸餾水、托盤天平、燒杯、量筒、玻璃棒、激光筆.

        (2)實(shí)驗(yàn)過程:實(shí)驗(yàn)過程基本與探究豆?jié){的丁達(dá)爾效應(yīng)相同,不同之處在于分別配制1∶2、1∶10、1∶50、1∶100、1∶300、1∶500、1∶1000、1∶2000的淀粉與水混合物(以下簡(jiǎn)稱“混合物”).

        (3)結(jié)果與討論:圖2為不同稀釋比例下用激光筆照射淀粉與水混合物的情況.從圖2a、b中可以看出,當(dāng)稀釋比為1∶2、1∶10時(shí),得到的混合物用激光筆照射無光路出現(xiàn);當(dāng)稀釋比為1∶50、1∶100、1∶300、1∶400時(shí),如圖2c、d、e、f所示,用激光筆照射出現(xiàn)一半光路;從圖2g可以看出,當(dāng)稀釋比例達(dá)到1∶500時(shí),用激光筆照射出現(xiàn)一條清晰的光路;繼續(xù)增大稀釋比至1∶1000時(shí),如圖2h所示,可觀察到燒杯中出現(xiàn)清晰明亮的光路;從圖2i中可以看出,當(dāng)繼續(xù)增大稀釋比至1∶2000時(shí),用激光筆照射出現(xiàn)的光路變得不清晰,此時(shí)混合物因?yàn)闈舛冗^低,也難以從外觀上進(jìn)行辨別.由上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知,稀釋比例對(duì)淀粉的丁達(dá)爾現(xiàn)象有一定的影響.

        (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:

        從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,當(dāng)稀釋比例達(dá)到1∶500時(shí),用光照射淀粉混合物開始出現(xiàn)清晰的光路,隨著稀釋比例的增加,光路逐漸清晰明亮,丁達(dá)爾現(xiàn)象逐漸明顯,當(dāng)稀釋比例達(dá)到1∶2000時(shí),光路又開始變?nèi)?,而且從外觀特征上看不出是淀粉混合物.

        綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,豆?jié){的稀釋比例在1∶200到1∶500之間時(shí)丁達(dá)爾現(xiàn)象明顯,淀粉的稀釋比例1∶500到1∶1000之間丁達(dá)爾現(xiàn)象明顯,而并非任意濃度的豆?jié){和淀粉都有丁達(dá)爾現(xiàn)象.

        以上事實(shí)告訴我們:化學(xué)的學(xué)習(xí)不能浮于表面,要具有探究精神,善于打破思維定勢(shì),透過現(xiàn)象看本質(zhì),這樣才能真正領(lǐng)悟化學(xué)科學(xué)的魅力,提高解決問題的綜合能力.

        參考文獻(xiàn):

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