《探究碘水萃取實驗后回收四氯化碳》的教學(xué)設(shè)計與反思

夏 軍，黃愛民

（1.揚州市寶應(yīng)縣畫川高級中學(xué)，江蘇 揚州 225800；2.揚州市寶應(yīng)縣教育局教研室，江蘇 揚州 225800）

人教版《實驗化學(xué)》中的分離碘和四氯化碳的內(nèi)容在高三學(xué)生知識能力范圍內(nèi)、有環(huán)保價值、有實用價值，是非常好的培養(yǎng)學(xué)生探究能力的素材。筆者在高三復(fù)習(xí)元素化合物時，用一課時進行了嘗試，課題確定為：探究碘水萃取實驗后四氯化碳的回收。下面是這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計。

一、教學(xué)目標

知識與技能：進一步掌握碘單質(zhì)的性質(zhì)及碘單質(zhì)與化合物的相互轉(zhuǎn)化；進一步熟練蒸餾、過濾、萃取分液等實驗操作技能

過程與方法：通過探究碘水萃取實驗后回收四氯化碳的過程，①讓學(xué)生體會物質(zhì)分離和提純的核心思想：尋找差異，擴大差異，制造差異；差異越大，分離和提純越易②體驗圍繞目標設(shè)計實驗的具體方法。

情感、態(tài)度與價值觀：在探究回收四氯化碳的過程中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用，聯(lián)系實際的習(xí)慣和尊重客觀事實的科學(xué)態(tài)度。

二、教學(xué)過程

[師]先請大家做一道算術(shù)題：我們安宜高中每個年級有32個班，每班有50人，每2人一組，每組做萃取實驗時用CCl42mL，我們年級要用CCl4多少mL？

[生]32×50÷2×2＝1600mL

[師]對這個數(shù)字大家有什么感想？

[生]思考、交流形成一致看法：最好能回收處理成純四氯化碳再利用。但在除去其中碘還是也要回收碘上有分歧。

（設(shè)計意圖：用學(xué)生經(jīng)歷過的實驗導(dǎo)入，更易使學(xué)生產(chǎn)生回收CCl4的自覺，形成了強烈的探究動機，為下面探究活動的進行提供了足夠的驅(qū)動力）

[師]我與大家的看法一致。至于碘的回收，可看作是除去碘之后的進一步的工作；下面我們就先一起來探究除去四氯化碳中碘的方法。大家想一想：物質(zhì)分離和提純的依據(jù)什么？具體到從碘的四氯化碳溶液中除去碘、回收四氯化碳，我們己經(jīng)知道了哪些依據(jù)？給大家一些提示：四氯化碳沸點76～77℃，易揮發(fā)；其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不助燃，與酸、堿不起作用；碘易溶于碘化鉀溶液，是因為發(fā)生了反應(yīng)：KI+I2=KI3。

[生]思考、交流、討論、展示：分離和提純是依據(jù)性質(zhì)差異，但顏色上的差異主要用于鑒別，在化學(xué)的分離和提純中好象無法利用，淀粉遇碘顯藍色也是如此；不過活性炭會吸附有色物質(zhì)，而碘有色，可能用得上；可用沸點差異，進行蒸餾分離；四氯化碳化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而碘有較強的氧化性易與活潑金屬（鎂、鋁、鐵）、Na2SO3溶液等反應(yīng)，還因能與水有微弱的歧化反應(yīng)，而能進一步與堿（NaOH、石灰水）、純堿發(fā)生反應(yīng)；另外，老師剛給的與碘化鉀溶液反應(yīng)的信息；這些化學(xué)性質(zhì)上的差異，都有可能用得上。

表1：學(xué)習(xí)任務(wù)分工

（設(shè)計意圖：一方面讓學(xué)生體會物質(zhì)分離和提純的核心思想：尋找差異，擴大差異，制造差異;差異越大，分離和提純越易；另一方面借尋找差異的形式，讓學(xué)生較為系統(tǒng)地回顧了碘的性質(zhì)）

[師]大家能夠掌握“分離和提純是依據(jù)性質(zhì)差異”，并且能從物理性質(zhì)到化學(xué)性質(zhì)較為全面的尋找差異，很好！需要指出的是：活性炭吸附的有色物質(zhì)通常是色素，而碘并非色素；不過活性炭吸附的廣泛性和很強的吸附能力，究竟能否吸附碘，需要付諸實驗。

[師]下面請大家進行“實驗原理→裝置→操作”的設(shè)想，并根據(jù)裝置復(fù)雜性及操作的難進行初步的篩選，確定需做實驗。學(xué)習(xí)任務(wù)分工見表1。

[生]思考、交流、討論的結(jié)果如下：

（1）第1組的匯報見表二。

表二：利用活性炭吸附的裝置和操作的設(shè)想

（2）第2組匯報：大家一致同意，不用蒸餾法。理由：裝置復(fù)雜（要冷凝、要水浴加熱），操作時間長（因為有加熱，不能離人），污染空氣（由于冷凝收集是開放裝置，沒有冷凝的CCl4蒸氣會擴散到空氣中；如果設(shè)計成在密閉情況下冷凝收集，則裝置將更加復(fù)雜）。

（3）第3組匯報：鎂、鋁、鐵都做，但不用粉末，因為那要增加一個過濾或傾析；用鎂條、鋁絲、鐵絲，若能褪為無色，取出金屬絲即可。加入Na2SO3溶液后，振蕩，看試管內(nèi)物混和液能否褪為無色，若能褪為無色，這種方法有可能用于回收。不過，對上述可能獲得的無色CCl4，要進行的I2和I-檢驗，才能確定回收是否成功。

（4）第7組匯報：碘與NaOH溶液、石灰水、純堿溶液、碘化鉀溶液的反應(yīng)，都做。將它們分別滴入裝有碘的四氯化碳溶液的試管中，振蕩，如果能褪色，這種方法就有可能用于回收，完全褪色后，再轉(zhuǎn)入分液漏斗分液。

[師]大家的匯報很詳細、很深入，下面除第2組按每組l人分散到第6組一第10組外，其余各組按原分工開始實驗。除第1組有碘的四氯化碳溶液100ml外，其余各組只有碘的四氯化碳溶液5ml，因各組的四氯化碳量少，分液操作將集中起來做。

（設(shè)計意圖：差異化的分工，使各小組之間產(chǎn)生信息差，這種信息差的存在，既使交流有必要、有實質(zhì)，又使每個學(xué)生能在一課當中不斷地進行自主與合作、實踐與語言多種學(xué)法的體驗，多種學(xué)法的綜合運用，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。設(shè)想是實施實驗探究的必要步驟，設(shè)想不同于隨意猜想，本環(huán)節(jié)中要學(xué)生充分地運用聯(lián)想、遷移、邏輯分析等思維方式，由原理出發(fā)，思考裝置、操作、預(yù)測現(xiàn)象、作出評價，初步確定探究方向）

[生]動手實驗，觀察、思考、交流、討論。師觀察、指點、引導(dǎo)、幫助。

[生]匯報、交流

（1）第1組的匯報：按設(shè)想實施，得到了無色的CCl4（生展示回收的無色的CCl4實物），效果很好。不過有兩個問題暫時沒有解決，一個是該用多少活性炭？二是用后的活性炭如何才能重復(fù)使用？

（2）第3組匯報：Na2SO3溶液加入后，稍振蕩，試管內(nèi)物混和液很快褪為無色，靜置后從下層吸取無色CCl4少量兩份，向其中分別滴加淀粉溶液、AgNO3溶液，均無明顯現(xiàn)象，說明CCl4中幾乎無I2和I-，證明這種方法可用于回收CCl4。鎂條、鋁絲、鐵絲，分別分放入三支盛有碘的四氯化碳溶液的試管后，效果很不理想，只是比參照試管的紅色略淺一些（生邊說邊展示它們的實驗結(jié)果），理應(yīng)能反應(yīng)，卻這樣，我們認為可能是反應(yīng)太慢，請老師將三個試管（生己在試管上做了標識）保留到明天，到明天再觀察。

[師]當場答應(yīng)了學(xué)生要求，并補充說明：為了防止揮發(fā)，請在試管中加一層水，作為液封；就放在我辦公桌上，方便大家課余觀察。

（3）第7組匯報：學(xué)生投影了表三

表三：第6-9組實驗操作及現(xiàn)象匯總表

由此我們得出：①氫氧化鈉和澄清石灰水都能較好的除去溶解在四氯化碳中的碘，從價格方面考慮我們覺得用澄清石灰水更好②與純堿溶液的情況出乎意料，我們猜測可能是速度太慢，也請老師將該試管保留（師從生手中接過試管，放在第3組的試管架上）③碘化鉀溶液確實能從碘的四氯化碳溶液中將碘“反萃取”出來；經(jīng)分液后的得到的I2和KI的混和液還可再利用，至于分液后的得到的略顯紫色的四氯化碳，可再用澄清石灰水進行l(wèi)次洗滌分液就可以了。我們也吸取了無色CCl4，用淀粉溶液、AgNO3溶液進行了檢驗，均無明顯現(xiàn)象，說明CCl4中幾乎無I2和I-，證明碘化鉀溶液、氫氧化鈉和澄清石灰水都能較好的用于回收CCl4。

[師]大家的實驗和匯報很真實、很精彩。象鎂、鋁、鐵、純堿溶液的情形，如非自己動手是難以想象和難以相信的；象“用淀粉溶液、AgNO3溶液來檢驗無色CCl4”的慎密，是很體現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的。因此，我們可以真切地感受到：化學(xué)離不開實驗，化學(xué)學(xué)習(xí)也離不開實驗。

[師邊說邊做]下面我們先用膠頭滴管將第10組試管中上層呈較濃的棕黃色的液體盡可能的吸出，放入另一小試管，將余下的混和液與第6、7組的無色的CCl4合并，轉(zhuǎn)入小錐形瓶振蕩，若還有色再加些澄清石灰水再振蕩，至上下兩層皆為無色液體，轉(zhuǎn)入分液漏斗分液，注意分液操非要領(lǐng)：如何放出下層液體？何時關(guān)塞停放？上層液體能否也從下口放出？將得到了無色的CCl4與第1組的無色的CCl4合并，從中取樣，用淀粉溶液來檢驗，未見藍色。展示最終成果：錐形瓶中無色的CCl4、試管中呈較濃棕黃色的I2和KI混和液。并指出：由于CCl4易揮發(fā)，應(yīng)保存于棕色瓶中；有時上面還會加一層水，進行液封，不過這時取用就要用膠頭滴管從下層吸取了。

[師]現(xiàn)在請大家對己有的方案進行評價。

[生]思考、交流、討論，形成了較為一致的結(jié)論：①若只是回收CCl4，用澄清石灰水洗滌分液最好；好在試劑廉價、易得，廢棄的水層不污染環(huán)境②若還考慮I2的再利用，可先用KI溶液洗滌分液，保留棕黃色的I2和KI混和液；再對略顯紫色的四氯化碳層，用澄清石灰水洗滌分液。

[師]好，今天我們就學(xué)到這里，下課。

（設(shè)計意圖：讓學(xué)生體驗實驗的設(shè)想與實驗的現(xiàn)實可能有較大的差距，不要以設(shè)想代替現(xiàn)實，既要尊重實驗事實，又要善于理解、分析、評價設(shè)想與現(xiàn)實之間的不一致，從中發(fā)現(xiàn)問題，并有所收獲，實現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)）

[后記]將學(xué)生留察的試管放到辦公桌上后，用攝像頭和電腦，在視頻捕捉軟件的幫助下進行了視頻記錄：約1.5h時插有鎂條的完全褪色，約2.5h時插有鋁絲的完全褪色，約4h時插有鐵絲的完全褪色，約38h時加純堿溶液的完全褪色。第二天，利用課余時間，展示了結(jié)果，并與學(xué)生一起探究了，生成的MgI2在何處的問題。實驗過程為：再取完全褪色的CCl41ml，向其中滴加淀粉溶液，無明顯現(xiàn)象，說明CCl4中幾乎無I2；再取完全褪色的CCl41ml，向其中滴加AgNO3溶液，無明顯現(xiàn)象，說明CCl4中幾乎無I-；CCl4回收成功，可重復(fù)使用。再用2ml水洗鎂條，向水洗液中滴加AgNO3溶液，立即看到黃色沉淀。實證了生成的MgI2在鎂條表面。學(xué)生們形成了第③個結(jié)論：若只是回收CCl4，采用向碘的四氯化碳溶液中加鎂條、鋁絲或鐵絲的方法也很好，因為操作最簡單，只要在碘的四氯化碳溶液中放入這些金屬絲，待完全褪色后，再取出這些金屬絲即可，連分液都不用。

（設(shè)計意圖：由于這些意外生成，是磨課時就預(yù)設(shè)的，沒有當堂解決，而是尊重學(xué)生意愿，運用技術(shù)手段，幫助學(xué)生達成意愿，是為了充分利用學(xué)生的好奇心，進一步激發(fā)學(xué)生的求知欲、探究欲，強化他們的學(xué)習(xí)積極性，事實表明效果很好）

三、磨課過程及教學(xué)反思

通過對后列參考文獻[1]-[5]的研讀，有兩個體會，一是即使簡單如中學(xué)碘的性質(zhì)的化學(xué)知識，一旦應(yīng)用于解決實際問題，由于切入角度的不同，由于知識與實際的某些脫節(jié)，也會變?yōu)樘骄康摹案坏V”，這就要求我們教師多閱讀、勤思考、善于聯(lián)系實際，只有這樣，才能引導(dǎo)學(xué)生進行新鮮的、真實的探究。二是這五篇文章都是教師自己在做探究，這樣的探究很有科學(xué)價值，然而我在研讀時發(fā)現(xiàn)，他們的探究并未過多地涉及高深的理論或知識，更多的是他們真實的運用實驗探究手段，做了大多數(shù)高中化學(xué)教師可以做而未做的事，使他們有了這些教科研成果，這給我以啟發(fā)：為何不將這些探究搬進課堂，作為孩子們進行探究的素材，為他們設(shè)計鮮活而真實的探究教學(xué)呢。恰在此時，看到了參考文獻[6]，為我教學(xué)設(shè)計的順利進行提供了極大的幫助，文章中“化學(xué)實驗教學(xué)——按照化學(xué)教學(xué)的需要，將化學(xué)實驗的內(nèi)容進行適當?shù)慕M合與設(shè)計，依據(jù)化學(xué)教學(xué)理論組織起來的化學(xué)實驗完整體系稱之為化學(xué)實驗教學(xué)”的論述，高度概括的區(qū)別了化學(xué)實驗與化學(xué)實驗教學(xué)，給我以極大的觸動；從這個角度講，本文就是在進行一次化學(xué)實驗教學(xué)，而非一次化學(xué)實驗。

在確定課題前，特地與我縣的五所高中化學(xué)實驗員們了解情況，知道他們在萃取實驗后，對碘的四氯化碳溶液一直都是一倒了之，沒有想過要進行四氯化碳的回收。與其與他們空談回收之必要，不如實實在在地為他們尋找一易行的回收方法，方便他們進行回收。在找出易操作的“鎂條、鋁絲、鐵絲”方法后，將推廣應(yīng)用到我縣的五所高中化學(xué)實驗室。

課題確定后，首先到實驗室做了實驗，對“鎂、鋁、鐵、純堿溶液”的反常情形，在課前己經(jīng)知道是反應(yīng)速度慢所致（因為放置到第二天再觀察時，亦已褪色）。因為本實驗教學(xué)并不立意于探究它們?yōu)楹畏磻?yīng)速度異常，故未在這方面深入，不過為了讓學(xué)生真實感知褪色的過程，我們還是做了用攝像頭和電腦，在視頻捕捉軟件的幫助下進行了視頻記錄的準備工作，并且未采用課上播放關(guān)鍵截頻的方式。事實證明：學(xué)生對留察試管的關(guān)注，極大地激發(fā)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)熱情，在用課余時間進行[后記]所述教學(xué)時，教室內(nèi)因有其他班級學(xué)生坐入，濟濟一堂，熱情之高，多年未見。

關(guān)于碘是否回收，在設(shè)計之初就頗感為難，首先為難在回收碘有無實際價值上，參考文獻[1]、[2]、[3]均認為回收碘無實際價值，只立意于回收四氯化碳。我也作了有關(guān)計算：因為在25℃時，I2在水中的溶解度為0.029克，每個年級有32個班，每班有50人，每2人一組，每組做萃取實驗時用飽和碘水10ml，全年級一次萃實驗總共用飽和碘水8000 mL完全回收其中的碘，最多也只能得到2.32 g，確實價值不大。因此，有現(xiàn)實意義的是從碘水萃取實驗后，溶有碘的四氯化碳溶液中，提純回收四氯化碳。雖然如此，對善于思考的學(xué)生卻會引發(fā)疑問：既然沒有價值，那么工業(yè)上真是用萃取碘水中碘的方法制取碘的嗎？因此設(shè)計時留了一個“保留碘化鉀反萃取出的呈較濃棕黃色的I2和KI混和液”的做法，讓學(xué)生體會雖末回收到純碘，但碘亦可以不浪費。

實驗是定性的，沒有上升到定量，有不少不夠精確的地方，第1組學(xué)生實驗后的匯報中，就涉及了活性炭用量的問題。

[1]唐敏.碘和四氯化碳的分離實驗探究[J].化學(xué)教學(xué)，2010（5）.

[2]陸燕海.海帶提碘實驗中溶劑CCl4回收的創(chuàng)新設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2010（7）.

[3]滿旭.從碘的四氯化碳萃取液中回收四氯化碳的探究[J].化學(xué)教學(xué)，2007（9）.

[4]顧曄.對實驗“四氯化碳萃取碘水中碘”的探究[J].化學(xué)教學(xué)，2007（3）.

[5]熊美容.不能用蒸餾的方法分離碘和四氯化碳[J].化學(xué)教育，2009（7）.

[6]韓程明.不可忽視的“化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計”[J].化學(xué)教育，2010（9）.