耿鳳華,徐茂田

(1.河南省生物分子識別與傳感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 商丘 476000； 2.河南省化學(xué)生物傳感與重大疾病早期診斷國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,河南 商丘 476000； 3.商丘師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,河南 商丘 476000)

在大力推進(jìn)中學(xué)素質(zhì)教育和努力開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的今天,化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容,也是化學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式和途徑,同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié).綜觀人教版九年級下冊《化學(xué)》教科書和普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)》以及北師大版《無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材不難發(fā)現(xiàn),“粗鹽提純”這一化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在九年級、高一年級和化學(xué)及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)一年級實(shí)驗(yàn)課中均有設(shè)置,這充分說明了該實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的重要性和基礎(chǔ)性.

1 “粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的要求

在初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011版)第3部分“課程內(nèi)容”中有多處涉及“粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)及相關(guān)內(nèi)容[1]：“科學(xué)探究”一級主題下面二級主題“完成基礎(chǔ)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)”里面明確提出了學(xué)生“至少要完成的化學(xué)實(shí)驗(yàn)活動”,其中包括“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”.新修訂的2017版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[2],必修模塊主題1 “化學(xué)實(shí)驗(yàn)”中要求學(xué)生“初步學(xué)會物質(zhì)的檢驗(yàn)、分離、提純和溶液配制等化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識和基本技能”,在主題2中明確規(guī)定“用化學(xué)沉淀法去除粗鹽中的雜質(zhì)離子”作為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),“教學(xué)提示”下面的學(xué)習(xí)活動建議中,把“用化學(xué)沉淀法去除粗鹽中的雜質(zhì)離子”作為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)及探究活動.以上這些都充分體現(xiàn)了“粗鹽提純實(shí)驗(yàn)”在化學(xué)教學(xué)中的重要性和基礎(chǔ)性.

2 “粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)在教材中的編排方式及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

2.1 “粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教材中的作用及目的

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,從人教版初中化學(xué)教材內(nèi)容的編排來看,在初中“粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是除去粗鹽中以泥沙為主的難溶性雜質(zhì),其實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵?1)通過實(shí)驗(yàn),體驗(yàn)固體混合物初步分離提純的實(shí)驗(yàn)過程；(2)初步學(xué)習(xí)過濾和蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)操作技能；(3)學(xué)會物質(zhì)的溶解、過濾、加熱等基本實(shí)驗(yàn)操作技能.

2.2 “粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)教材中的作用及目的

學(xué)生進(jìn)入高中后,在人教版必修模塊《化學(xué)1》中的第1章從實(shí)驗(yàn)學(xué)化學(xué)第1節(jié)“化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法”實(shí)驗(yàn)1-1再次接觸到“粗鹽的提純”實(shí)驗(yàn).其這樣編排的目的是[3]：(1)從學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)出發(fā),既可起到復(fù)習(xí)的作用,又可降低實(shí)驗(yàn)的難度,逐步深入；(2)該實(shí)驗(yàn)中包含著較多的分離操作,而且過濾是所有分離方法中最常用的,有必要讓學(xué)生掌握；(3)粗鹽經(jīng)溶解、過濾后所得的濾液并不只是NaCl的溶液,仍然含有少量可溶性雜質(zhì),需要進(jìn)一步檢驗(yàn)并除去.這樣學(xué)生就可以借助這一實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步學(xué)習(xí)離子檢驗(yàn)的方法.所以其學(xué)習(xí)內(nèi)容在鞏固初中所學(xué)的溶解、過濾和蒸發(fā)等操作技能的基礎(chǔ)上,還加入了除去粗鹽中可溶性雜質(zhì)的任務(wù).高中粗鹽的提純實(shí)驗(yàn)學(xué)生應(yīng)著重于“掌握溶液中可溶性雜質(zhì)的去除方法”,這樣體現(xiàn)了不同學(xué)段教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)階.其實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵?1)通過實(shí)驗(yàn),鞏固用物理方法除去粗鹽中的不溶性雜質(zhì)；(2)通過實(shí)驗(yàn)掌握溶解、過濾、蒸發(fā)等基本操作；(3)通過實(shí)驗(yàn),初步學(xué)會溶液中可溶性雜質(zhì)的去除方法,明確從混合物中分離和提純物質(zhì)的思想和方法；(4)通過實(shí)驗(yàn)探究,認(rèn)識到學(xué)好化學(xué),服務(wù)于社會,學(xué)有所用,增強(qiáng)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣.

2.3 “粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中的作用及目的

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要分支,也是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)及相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程.“粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)一般放在物質(zhì)的分離和提純專題下,其目的是使學(xué)生學(xué)會正確選擇無機(jī)物的分離、提純和分析鑒定方法,熟練掌握這些基本操作技能.眾所周知,自然界中的無機(jī)化學(xué)試劑或化工初級產(chǎn)品常含有一些雜質(zhì),故采用過濾或重結(jié)晶等基本方法來純化該類物質(zhì)十分必要.因此,過濾、蒸發(fā)和結(jié)晶等技術(shù)也成為無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中必須掌握的最基本的也是非常重要的提純方法.

學(xué)生在初高中“粗鹽的提純”實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,(1)掌握粗鹽提純的原理和方法以及產(chǎn)品的產(chǎn)率的計(jì)算和測定；(2)了解鹽類溶解度知識及沉淀溶解平衡原理在該實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用；(3)熟練掌握稱量、溶解、過濾、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶等基本操作；(4)學(xué)會定性檢驗(yàn)產(chǎn)品純度的方法；(5)初步學(xué)習(xí)NaCl含量分析及雜質(zhì)限量分析方法.教學(xué)內(nèi)容是復(fù)習(xí)高中所學(xué)實(shí)驗(yàn)原理,進(jìn)一步鞏固溶解、過濾、蒸發(fā)、濃縮結(jié)晶等操作技能,拓展溶解、過濾等操作方法,初步學(xué)習(xí)用目視比色法進(jìn)行限量分析的原理和方法.

3 不同階段“粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

從三個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)來看,在知識的階梯上學(xué)生拾級而上,難度逐漸加大,內(nèi)容逐漸增多,層層深入,循序漸進(jìn),體現(xiàn)了學(xué)習(xí)進(jìn)階,這樣的設(shè)計(jì)符合學(xué)生思維發(fā)展的特點(diǎn),也符合學(xué)習(xí)的特點(diǎn).如何實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)階呢？筆者認(rèn)為根據(jù)不同階段的培養(yǎng)目標(biāo),采用不同的教學(xué)模式和教學(xué)策略.

3.1 初中階段“粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

初中階段,主要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,了解物質(zhì)分離提純的目的和意義,讓學(xué)生掌握物質(zhì)分離提純的一般方法,可以通過開展有教師指導(dǎo)的探究學(xué)習(xí)活動來完成本實(shí)驗(yàn).教師在指導(dǎo)學(xué)生開展探究活動時(shí),注意聯(lián)系學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)和生活實(shí)際,努力創(chuàng)設(shè)生動真實(shí)的問題情景,激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲,并鼓勵學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)和提出問題,提高學(xué)生參與探究的自主性.

3.2 高中階段“粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

學(xué)生進(jìn)入高中后,開篇以學(xué)生熟悉的“粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)為切入點(diǎn)既滲透高中的實(shí)驗(yàn)要點(diǎn),又能使學(xué)生循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)該內(nèi)容,充分感受到學(xué)習(xí)探究的樂趣.在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)前教師即要首先讓學(xué)生了解粗鹽提純的歷史背景,如古代制鹽法的簡介,充分挖掘其蘊(yùn)含的教育價(jià)值,使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)知識對創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富的重大貢獻(xiàn),激發(fā)學(xué)生的熱愛化學(xué),勇于探索科學(xué)知識的精神,同時(shí)為學(xué)生開展自主探究學(xué)習(xí)做好了鋪墊.

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要注重實(shí)踐性,以切實(shí)提高學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)為目標(biāo),最有效的方式就是采用實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí),以學(xué)生自主探究為主,教師指導(dǎo)為輔,可以采用“提出問題—猜想假設(shè)—制定方案—進(jìn)行實(shí)驗(yàn)—得出結(jié)論—交流評價(jià)”的教學(xué)過程.教師是學(xué)生探究的指導(dǎo)者和協(xié)助者,可以先向?qū)W生提出要解決的問題：如何從粗鹽中制備精鹽？為了保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的時(shí)效性,在粗鹽提純實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師應(yīng)圍繞本次實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容和重要環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)活動：(1)利用初中所學(xué)知識,如何除去粗鹽中的難溶性雜質(zhì)？(2)初次提純后的粗鹽中仍然含有可溶性的雜質(zhì),如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案除去呢？學(xué)生圍繞著這兩個(gè)具有驅(qū)動性的問題展開整個(gè)探究實(shí)驗(yàn).學(xué)習(xí)任務(wù)(1)要注意引導(dǎo)聯(lián)系學(xué)生已有的化學(xué)知識開展活動,使學(xué)生對知識形成深層理解.

由于可溶性雜質(zhì)的檢驗(yàn)和除雜,思維要求較高,教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用教材正文所提供的“鋇離子的檢驗(yàn)方法”“思考與交流”學(xué)習(xí)欄目和“提示一些物質(zhì)溶解性”的資料卡片等內(nèi)容,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,除去粗鹽中的鈣離子、鎂離子和硫酸根等可溶性的雜質(zhì).學(xué)生通過分析問題、收集證據(jù)、并基于證據(jù)分析推理,對粗鹽中雜質(zhì)的成分作出假設(shè),設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)加以證實(shí)或證偽,經(jīng)歷一系列的探究活動,明確從混合物中分離和提純物質(zhì)的思想和方法,如根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)的差異選擇物質(zhì)分離的實(shí)驗(yàn)方法,最后收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)做出解釋等.教師 “勵其行、促其思、放其手”,學(xué)生在教師的組織、指導(dǎo)下,獨(dú)立思考,主動發(fā)揮學(xué)習(xí)的主體作用,培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力.

學(xué)生根據(jù)老師創(chuàng)設(shè)的真實(shí)且豐富的學(xué)習(xí)情境及進(jìn)階性問題,追溯究源,深層剖析氯化鈉精鹽的制取過程,通過科學(xué)探究感受到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用和價(jià)值,從而建立正確的實(shí)驗(yàn)觀,通過實(shí)驗(yàn)探究親身體驗(yàn)“粗鹽提純”,既可以掌握基本操作技能又能培養(yǎng)一定的科學(xué)探究能力,最后通過師生、生生的相互評價(jià),自我反思認(rèn)識自身的設(shè)計(jì)能力及實(shí)驗(yàn)操作能力的優(yōu)缺點(diǎn).

3.3 大學(xué)階段“粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

由于大學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間相對中學(xué)生來說自由時(shí)間較多,而且學(xué)生基本上都具備了自主學(xué)習(xí)能力,所以,在大學(xué)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課中,老師一般會至少提前一兩周給學(xué)生布置預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,要求學(xué)生先看書,查閱相關(guān)資料,寫出預(yù)習(xí)報(bào)告,然后才能進(jìn)實(shí)驗(yàn)室.大學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件比較好,不再像中學(xué)那樣進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),基本上是單人單組,而且實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較充足,一般實(shí)驗(yàn)課上老師會至少把三分之二的時(shí)間交給學(xué)生,而老師主要指導(dǎo)和幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中的一些疑難問題和突發(fā)事件.

根據(jù)往屆的經(jīng)驗(yàn),筆者發(fā)現(xiàn)雖然粗鹽的提純內(nèi)容學(xué)生相對比較熟悉,但由于剛剛從中學(xué)升入大學(xué),開始獨(dú)立操作化學(xué)實(shí)驗(yàn),大多數(shù)學(xué)生動手能力不強(qiáng),相當(dāng)一部分學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間里完不成實(shí)驗(yàn),粗鹽的提純實(shí)驗(yàn)步驟又比較繁瑣,教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有必要采取一些有效的教學(xué)策略和措施,指導(dǎo)學(xué)生順利操作,高效完成實(shí)驗(yàn).

為了提高產(chǎn)品的純度和收率,就要在過濾環(huán)節(jié)下手,本實(shí)驗(yàn)主要探究影響第2次過濾實(shí)驗(yàn)時(shí)間長短的因素.

在具體的操作中第一步是溶解,先讓學(xué)生思考如何使固體物質(zhì)溶解？加快溶解的方法有哪些(把固體研碎、玻璃棒攪拌或加熱)？在控制溶劑量的條件下,主要是采用加熱,比如酒精燈加熱,水浴加熱、恒溫磁力攪拌器加熱等,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件,你準(zhǔn)備采用哪種方法？為了趁熱快速采用什么過濾方法？學(xué)生經(jīng)過討論決定用恒溫磁力攪拌器加熱,并用減壓過濾即抽濾(優(yōu)點(diǎn)是防止降溫時(shí)溶液中的溶質(zhì)析出,加快過濾速度,得到較干燥晶體),這樣縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間,提高了實(shí)驗(yàn)效率,順利高效的完成了第一次過濾.

第二次過濾之后得到的仍然是溶液,若要得到NaCl晶體,需要對溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶,在這步操作可以提示學(xué)生蒸發(fā)需要哪些儀器？學(xué)生根據(jù)課前預(yù)習(xí)已經(jīng)解決了這些問題.不僅要讓學(xué)生知其然更要知其所以然,可以引導(dǎo)學(xué)生深入思考：(1)為什么不能蒸干？這個(gè)問題稍微思考應(yīng)該能夠回答上來(蒸干會造成晶體迸濺且不能除去K+)；(2)一般來說從溶液中析出晶體的方法有哪些？學(xué)生思考回答老師總結(jié)可以得出：蒸發(fā)結(jié)晶、冷卻熱的飽和溶液、加入有機(jī)溶劑以及利用溶度積規(guī)則等知識使晶體析出.此時(shí)還可以更進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)；(3)對于含結(jié)晶水的晶體如硫酸亞鐵銨的制備,如何讓其從溶液中析出？如果是易水解的鹽呢? 通過這種問答方式有意識地培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)類別概念和聯(lián)想思維,體會鹽類溶解度的知識在無機(jī)物提純中的應(yīng)用,使其學(xué)然后知不足.

為了得到更純凈的NaCl 晶體,還要進(jìn)行晶體洗滌.關(guān)于晶體洗滌,實(shí)驗(yàn)前給學(xué)生提出以下4個(gè)問題[4]：(1)為什么要洗滌？(2)用什么洗滌？為什么？(3)怎么洗滌？(4)如何證明已洗干凈？為了得到干燥的晶體還需要對洗滌后的晶體干燥除水,你知道實(shí)驗(yàn)室有哪些干燥方法？你想選擇哪種？說明理由.這些問題對于大學(xué)生來說相當(dāng)于復(fù)習(xí)中學(xué)知識,并適當(dāng)有所拓寬所學(xué)內(nèi)容,解答難度不大.

最后還要計(jì)算收率,進(jìn)行產(chǎn)品純度檢驗(yàn),此步驟讓學(xué)生了解什么是目視比色法,其分析原理和方法是什么,拓展學(xué)生常規(guī)分析知識,并知道其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用.

4 結(jié)論和反思

總之,過濾和蒸發(fā)濃縮結(jié)晶是提純固體無機(jī)物的重要方法.通過三階段粗鹽提純實(shí)驗(yàn)學(xué)生不僅可以比較全面的熟練掌握溶液的溶解、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶以及過濾、洗滌和干燥等基本操作,同時(shí)還能夠把相關(guān)的理論知識和實(shí)驗(yàn)操作結(jié)合起來,提升學(xué)生知識遷移能力,而且從實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)手段上不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,提高“粗鹽提純”的時(shí)效、純度和產(chǎn)率.當(dāng)然,對粗鹽提純實(shí)驗(yàn)的研究還需要逐步深化和細(xì)化,重點(diǎn)仍然是提高精鹽提純收率和純度,減小實(shí)驗(yàn)誤差.