粗鹽的提純實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

馬逸群

“粗鹽的提純”一直是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。

一、設(shè)計(jì)思路

對(duì)于“粗鹽的提純”，現(xiàn)行各種版本的化學(xué)教科書中只安排了“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”學(xué)生實(shí)驗(yàn)；著名化學(xué)教育家宋心琦先生認(rèn)為，當(dāng)條件具備時(shí)，還是完成粗鹽提純實(shí)驗(yàn)的全過程為好。筆者根據(jù)所教學(xué)生的接受能力和學(xué)校的裝備條件，并考慮到各種選拔性考試中常涉及“粗鹽中可溶性雜質(zhì)的清除”問題，于是在本節(jié)實(shí)驗(yàn)課中增加了“粗鹽中可溶性雜質(zhì)的去除”演示實(shí)驗(yàn)。

上述實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，不僅用到玻璃棒、藥匙、托盤天平、過濾器、量筒、酒精燈、燒杯等多種儀器，還涉及溶解、過濾、蒸發(fā)、化學(xué)沉淀等多項(xiàng)基本操作，尤其要靈活應(yīng)用復(fù)分解反應(yīng)的條件解決可溶性雜質(zhì)的清除問題，因而綜合性強(qiáng)。另外，在以“粗鹽的提純”實(shí)驗(yàn)為背景的各種選拔性考試中，命題者不僅考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，而且注重檢測(cè)學(xué)生的思維能力。鑒于此，筆者注重采用理論引領(lǐng)、討論交流、鞏固練習(xí)等方式開展教學(xué)活動(dòng)，不僅要求學(xué)生初步學(xué)會(huì)有關(guān)的操作技術(shù)，而且重視實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)問題的演練，以促進(jìn)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提高解決實(shí)際問題的能力，充分體驗(yàn)知識(shí)的形成過程。

另外，在實(shí)驗(yàn)的過程中，注重突出學(xué)生的主體地位，注意參與學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，從而提高學(xué)生的操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)。

二、教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)“課程標(biāo)準(zhǔn)”和“教科書”的要求，并結(jié)合所帶班級(jí)學(xué)生的知識(shí)現(xiàn)狀，確定如下教學(xué)目標(biāo)：

(1)學(xué)習(xí)蒸發(fā)操作技能，鞏固溶解、過濾等操作技能。

(2)了解物質(zhì)提純的基本原則。

(3)能根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)的條件，選擇清除粗鹽中可溶性雜質(zhì)的試劑，并初步設(shè)計(jì)清除可溶性雜質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方案。

(4)培養(yǎng)思維的嚴(yán)密性，提高解決實(shí)際問題的能力。

三、教學(xué)過程

引言：由于受生產(chǎn)場(chǎng)所、生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝等客觀因素的影響，粗鹽中不僅含有難溶性的雜質(zhì)，還含有一些可溶性的雜質(zhì)。今天我們就研究粗鹽的提純，首先我們了解物質(zhì)提純的基本原則。

投影：物質(zhì)的提純就是把混合物中的雜質(zhì)除去，以得到較為純凈的有效成分，并將有效成分恢復(fù)到原來的狀態(tài)；要根據(jù)雜質(zhì)和有效成分的性質(zhì)差異，選擇適宜的除雜方法；能用物理方法除去雜質(zhì)，就盡量不用化學(xué)方法(適時(shí)投影有關(guān)化工生產(chǎn)、食品加工等涉及物質(zhì)提純的圖片)。

過渡：粗鹽中含有的難溶性雜質(zhì)主要是泥沙，那么如何清除難溶性雜質(zhì)呢？

1.粗鹽中難溶性雜質(zhì)的清除

思考：泥沙、氯化鈉具有怎樣的溶解性？溫度的變化對(duì)氯化鈉的溶解度有怎樣的影響？

小結(jié)：因?yàn)槟嗌畴y溶于水、氯化鈉易溶于水，所以應(yīng)采用溶解、過濾的方法清除難溶性雜質(zhì) (同時(shí)得到澄清的鹽水)；因?yàn)槁然c的溶解度受溫度變化的影響不大，所以接下來的操作是通過蒸發(fā)溶劑使鹽結(jié)晶。

分組實(shí)驗(yàn)：學(xué)生按照“溶解→過濾→蒸發(fā)→計(jì)算產(chǎn)率”的步驟進(jìn)行初步提純；教師適時(shí)參與學(xué)生的實(shí)驗(yàn)，并及時(shí)指導(dǎo)。

過渡：為鞏固上述實(shí)驗(yàn)操作，提高紙筆測(cè)試中實(shí)驗(yàn)題的得分率，請(qǐng)同學(xué)們解答下面的實(shí)驗(yàn)習(xí)題。

演練習(xí)題：結(jié)合剛才粗鹽初步提純的實(shí)驗(yàn)，回答如下問題。

(1)實(shí)驗(yàn)中使用次數(shù)最多的儀器是____ ，該儀器在“計(jì)算產(chǎn)率”中的作用是____。

(2)過濾濁液時(shí)，過濾器內(nèi)液面不能高于濾紙邊緣，其理由是______；某同學(xué)經(jīng)過兩次過濾后，濾液仍然渾濁。其原因可能是 。

(3)在蒸發(fā)時(shí)用到的玻璃儀器有玻璃棒和 _____；將鹽水蒸發(fā)至有大量固體析出后應(yīng) _____；蒸發(fā)操作 (填能或不能)用降低溫度的方法代替。

(4)除去難溶性雜質(zhì)后得到的食鹽屬于_____ (填混合物或純凈物)。

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，有4個(gè)小組分別展示了自己的精鹽產(chǎn)率：

?

教師認(rèn)為第3組結(jié)果偏高，其他組結(jié)果都偏低。于是各小組分別討論本組的誤差，所找原因正確的是_____(填序號(hào))。

A.第1組：燒杯里的食鹽未溶解完就開始過濾

B.第2組：沒有蒸發(fā)干，精鹽中仍然有水分

C.第3組：濾液渾濁就開始蒸發(fā)

D.第4組：稱量精鹽時(shí)只有左盤墊了紙

(在解決上述問題的過程中，教師注意適時(shí)點(diǎn)撥、釋疑。)

過渡：清除難溶性雜質(zhì)以后的食鹽中，還含有MgCl2，CaCl2，Na2SO4等幾種可溶性雜質(zhì)，要得到純凈的食鹽，還要清除這些可溶性雜質(zhì)。

2.粗鹽中可溶性雜質(zhì)的清除

講述：一般根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)的條件去選擇除雜試劑。

(1)除雜試劑的選擇

討論：清除粗鹽中的可溶性雜質(zhì)選擇哪些試劑。教師巡視、參與，適時(shí)點(diǎn)撥，及時(shí)鼓勵(lì)。

點(diǎn)撥：清除粗鹽中的可溶性雜質(zhì)，一般采用化學(xué)方法；利用化學(xué)方法清除雜質(zhì)時(shí)，一般不讓有效成分發(fā)生化學(xué)變化，應(yīng)使雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為便于跟有效成分分離的新雜質(zhì)，如氣體、沉淀、水等。

小結(jié)(可投影出來)：

①清除雜質(zhì)C a C l2可以選用N a2C O3溶液，因?yàn)樗苁笴a2+轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谇宄腃aCO3沉淀、Cl－轉(zhuǎn)變?yōu)橛行С煞諲aCl。有關(guān)的化學(xué)方程式：CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl。

②清除雜質(zhì)MgCl2可以選用NaOH溶液，因?yàn)樗苁筂g2+轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谇宄腗g(OH)2沉淀、Cl－則變?yōu)橛行С煞諲aCl。有關(guān)的化學(xué)方程式：MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl。

③清除雜質(zhì)Na2SO4可以選用BaCl2溶液，因?yàn)樗苁筍O42－轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谇宄腂aSO4沉淀、Na+則轉(zhuǎn)化為有效成分NaCl。有關(guān)的化學(xué)方程式：BaCl2+Na2SO4=BaSO4↓+2NaCl。

過渡：Na2CO3，NaOH和BaCl2這3種除雜試劑的加入順序如何確定呢？這個(gè)問題難度很大，相信同學(xué)們經(jīng)過討論，能夠形成科學(xué)的操作方案。

(2)除雜試劑的加入順序

討論：幾種除雜試劑的加入順序。教師巡視、參與，適時(shí)點(diǎn)撥，及時(shí)釋疑。

點(diǎn)撥：每一步的除雜試劑都必須過量，以確保雜質(zhì)徹底清除。那么在BaCl2，Na2CO3，NaOH這3種除雜試劑中，最后加入的除雜試劑還需要外加一種試劑來清除。為了簡化操作，這種試劑的過量部分應(yīng)容易清除，顯然應(yīng)選擇鹽酸，因?yàn)楹罄m(xù)的加熱蒸發(fā)操作，不僅能除去水，同時(shí)HCl氣體也會(huì)隨之揮發(fā)。既然鹽酸要最后加入，那么在BaCl2，Na2CO3，NaOH這3種除雜試劑中最后加入的那種一定能被鹽酸反應(yīng)，所以與鹽酸不反應(yīng)的BaCl2溶液不能在“加入鹽酸的前一步”加入。另外，因?yàn)槊恳徊降某s試劑都是過量的，因此后加入的除雜試劑，不僅要除去對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)，還要把“先前加入的除雜試劑的過量部分”也順便徹底清除。

小結(jié)(可投影出來)：

方案①：先加入過量BaCl2溶液(完全除去Na2SO4、引入少量BaCl2)，接著加入過量Na2CO3溶液(完全除去CaCl2和BaCl2、又引入少量雜質(zhì)Na2CO3)，再加入過量NaOH溶液(完全除去MgCl2、少量Na2CO3沒有清除、又引入少量雜質(zhì)NaOH)，最后加入過量鹽酸(完全除去Na2CO3和NaOH、又引入少量HCl)。接下來過濾(濾去沉淀)、蒸發(fā)(除去H2O和HCl)，即得精鹽。

方案②：先加入過量BaCl2溶液(完全除去Na2SO4、又引入少量雜質(zhì)BaCl2)，接著加入過量NaOH溶液(完全清除MgCl2、少量BaCl2沒有清除、又引入少量雜質(zhì)NaOH)，再加入過量Na2CO3溶液(完全除去CaCl2和BaCl2、又引入少量雜質(zhì)Na2CO3)，最后加入過量鹽酸(完全除去Na2CO3和NaOH、又引入少量HCl)。接下來過濾、蒸發(fā)，即得精鹽。

方案③：先加入過量NaOH溶液(清除了MgCl2、又引入少量NaOH)，接著加入過量BaCl2溶液(完全除去了Na2SO4、少量NaOH沒有清除、又引入少量BaCl2)，再加入過量Na2CO3溶液(完全除去了CaCl2和BaCl2、少量NaOH沒有清除、又引入少量Na2CO3)，最后加入過量鹽酸(完全除去Na2CO3和NaOH、又引入少量HCl)。接下來過濾、蒸發(fā)，即得精鹽。

演示實(shí)驗(yàn)：教師取少許粗鹽，先通過溶解、過濾操作，清除粗鹽中的難溶性雜質(zhì)，得到澄清的鹽水；再選用上述操作方案(任意一種)清除鹽水中的可溶性雜質(zhì)，從而制得精鹽。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師要邀請(qǐng)學(xué)生參與操作，并適時(shí)提問、釋疑。

小結(jié)并板書(如圖1所示)。

圖1

講述：我國生產(chǎn)的食鹽主要有海鹽、湖鹽、井鹽及礦鹽，它們的精制原理與上述過程基本相同。

過渡：為了培養(yǎng)同學(xué)們的綜合素質(zhì)，提高思維能力和應(yīng)試技巧，請(qǐng)完成下面的實(shí)驗(yàn)習(xí)題。

演練習(xí)題：化學(xué)課外活動(dòng)小組開展粗鹽提純的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。其中，序號(hào)①～⑧為實(shí)驗(yàn)操作步驟，所加試劑均稍微過量。

圖2

根據(jù)上述操作方案，回答問題：

①操作⑤后，所得濾液中的溶質(zhì)除NaCl外，還有_____ (填化學(xué)式)；所得沉淀除泥沙外，還有_____ (填化學(xué)式)。

②除雜試劑NaOH溶液不能用KOH溶液代替，理由是 _____ 。

③實(shí)驗(yàn)中加入Na2CO3溶液的目的是_____。

④利用提供的3種沉淀試劑，再寫出1種添加試劑的操作順序(填序號(hào))：_____ 。

(在解決上述問題的過程中，教師既要相信學(xué)生、敢于放手，又要適時(shí)點(diǎn)撥、及時(shí)鼓勵(lì)。)

整理儀器：新課結(jié)束，要求學(xué)生洗滌儀器、整理桌面。

結(jié)束新課：師生總結(jié)本節(jié)課的主要內(nèi)容；教師對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)給予高度評(píng)價(jià)。

投影作業(yè)：完成本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)報(bào)告；利用墻報(bào)或QQ群交流學(xué)習(xí)成果和學(xué)習(xí)困惑。

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn):2011年版[S].北京:北京師范大學(xué)出版社,2012.

[2]宋心琦. 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革建議之一[J].化學(xué)教學(xué),2012(4):3-5.