從實驗中體驗化學(xué)操作的樂趣——基礎(chǔ)實驗化學(xué)之離子檢驗

杜一帆

一、案例背景

以科學(xué)合理的教學(xué)手段提高課堂教學(xué)的質(zhì)量、有效性，這是課堂教學(xué)的最終目標(biāo)。而在課堂中創(chuàng)設(shè)良好的問題情境，則恰恰是目前課堂教學(xué)的一項重中之重。曾有著名學(xué)者說：“創(chuàng)造始于問題，有了問題才會思考，有了思考，才有解決問題的方法，才有找到獨(dú)立思路的可能?！庇纱丝梢?，問題情境對于課堂教學(xué)的重要性?，F(xiàn)階段，科學(xué)有效的問題情境創(chuàng)建不僅是廣大化學(xué)教師積極探索的一項課題，同時也是實現(xiàn)學(xué)生課堂主體，激發(fā)學(xué)生探索欲望，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識展開探究，繼而感受化學(xué)知識生成的重要途徑。而在傳統(tǒng)的課堂中，受到時間、設(shè)備、材料等諸多因素的制約，使得學(xué)生親自參與實踐的機(jī)會少之又少?；谶@個現(xiàn)狀，本校開設(shè)了基礎(chǔ)實驗化學(xué)這門選修課，鼓勵學(xué)生自行設(shè)計、參與實驗，并在學(xué)生中引起了好評。

在學(xué)習(xí)了專題2和專題3之后，雖然學(xué)生對大多數(shù)離子的檢驗有了初步的了解，但是依然存在著相應(yīng)的不足和短板。比如：四氯化碳萃取的是碘離子還是碘單質(zhì)等。因此，筆者在課堂中將全體學(xué)生進(jìn)行了分組，并設(shè)計了一道平日常見的問題供他們討論。之后，再由兩組各選代表到講臺上講解、操作。適度地將課堂交給學(xué)生，不僅可以有效培養(yǎng)他們的實驗操作技能，同時還可以讓學(xué)生對化學(xué)知識產(chǎn)生進(jìn)一步的了解。本課致力于考查學(xué)生對離子檢驗知識的同時，也希望能夠培養(yǎng)學(xué)生之間合作交流的習(xí)慣。

二、教學(xué)流程

流程1：課前學(xué)生根據(jù)實驗題目以小組為單位確定實驗方案

流程2：小組分別選取代表，且每個小組有7分鐘的實驗時間

流程3：第一組展示由教師點(diǎn)評，以后由其他小組評價展示組的實驗方案。

流程4：教師一邊演示一邊進(jìn)行總評。

三、教學(xué)過程

【情境創(chuàng)設(shè)】課前討論：小組設(shè)計方案。

已知某溶液中已經(jīng)存在K+、Na+，還可能存在NH4+、Fe3+、Fe2+、I-、SO42-、CO32-，根據(jù)提供的試劑和儀器，設(shè)計檢驗實驗，確定溶液中各離子存在與否。

實驗試劑：pH試紙，紅色石蕊試紙、氯化鋇溶液、稀硝酸、稀鹽酸、淀粉溶液、稀硫酸、硝酸銀溶液、雙氧水溶液、濃氫氧化鈉溶液、稀氫氧化鈉溶液、四氯化碳溶液（150ml）、蒸餾水、硫氰化鉀溶液。

實驗儀器：酒精燈、試管若干支、試管夾、火柴、洗瓶、膠頭滴管、試管架、鑷子。

附：待測溶液（學(xué)生事先未知）：碘化鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸銨的混和溶液150ml。

要求：在開展實驗的過程中，將實驗方案以框圖的形式表示出來，小組確定方案后，當(dāng)實驗完成后再由小組進(jìn)行統(tǒng)計，歸納所含離子。每個小組有7分鐘的展示時間。

附：待測溶液（學(xué)生事先未知）：碘化鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸銨的混合溶液150ml。

由于學(xué)生事先并不知道溶液中含有哪些離子，所以本次實驗對于學(xué)生而言為探究性實驗，其中隱含的未知因素可以有效激發(fā)學(xué)生的探究熱情。

【探究點(diǎn)】這里的離子檢驗存在很多干擾，①若直接滴加硝酸銀，產(chǎn)生的硫酸銀、碳酸銀會干擾碘離子的檢驗，而亞鐵離子的淺綠色在濃度較稀的時候顏色不容易分辨;②若直接滴加氯化鋇，則碳酸根離子和硫酸根離子均會產(chǎn)生白色沉淀;③在檢驗I-的時候，一般會采取先用一種氧化劑氧化，將I-氧化為I2，這個時候可以用四氯化碳和淀粉溶液來檢驗?？墒钱?dāng)離子濃度較小時，萃取途中不易看出顏色變化，而如何排除離子的干擾并得出正確的結(jié)論，這無疑對學(xué)生提出了較高的要求。

【學(xué)生展示及評價】

學(xué)生展示方案一：

（1）觀察顏色，若溶液呈無色，可判斷不含有Fe2+和Fe3+。

（2）取少量待測液體，滴加稀鹽酸，有氣泡產(chǎn)生，繼續(xù)滴加硝酸銀產(chǎn)生白色沉淀，而未見到淡黃色沉淀，則證明存在SO42-、CO32-，而不存在I-。

（3）另取少量待測液體，加入氫氧化鈉，加熱，產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，則證明有NH4+。

最終結(jié)論：溶液中含有SO42-、CO32-、NH4+;不含有I-、Fe2+和Fe3+。

教師點(diǎn)評：此方法說明了學(xué)生對于離子檢驗問題仍然存在一定的誤區(qū)。比如在（2）中加入稀鹽酸引入了Cl-雜質(zhì)，當(dāng)這個問題在筆試中作為一個判斷題時，學(xué)生能很快發(fā)現(xiàn)這個明顯的錯誤。在學(xué)生互評環(huán)節(jié)，同學(xué)也可以指出這個錯誤。但是，“當(dāng)局者迷，旁觀者清，”當(dāng)學(xué)生自行設(shè)計時，這個問題便會立即顯現(xiàn)出來，這是其一;其二，若I-濃度較小時，即使沒有Cl-的干擾，白色渾濁中夾雜的黃色AgI也不容易被觀察到。由此可見，加深學(xué)生對理論的認(rèn)知，提高學(xué)生的操作技巧，并將兩者結(jié)合，這是當(dāng)前學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)過程中亟需提高的一項能力。

學(xué)生展示方案二：

（1）觀察顏色，溶液呈無色，可判斷無Fe2+和Fe3+。

（2）取少量待測液，滴加氯化鋇溶液，產(chǎn)生白色沉淀，再滴加稀鹽酸，無氣體產(chǎn)生且沉淀未見溶解，則判斷溶液中無CO32-，而存在SO42-。

（3）另取少量待測液體，加入氫氧化鈉，加熱，產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，則證明有NH4+。

（4）另取少量的待測液體，加入稀鹽酸和過氧化氫，振蕩，滴加淀粉溶液變藍(lán)，則證明有I-。

最終結(jié)論：溶液中存在SO42-、NH4+、I-;不存在其他離子。

學(xué)生點(diǎn)評：此結(jié)論與實際情況不同。在理論上該方案存在可操作性，實際上在第（2）步的操作中，加入氯化鋇之后，溶液變渾濁，而此時滴加稀鹽酸，由于溶液渾濁，肉眼無法觀察到是否有氣泡產(chǎn)生，而在渾濁的溶液中滴加稀鹽酸，沉淀是否出現(xiàn)部分消失也很難觀察到，因此，所下的結(jié)論會與實際情況相悖，正確的操作步驟則是先讓渾濁的溶液沉淀下來，然后再滴加稀鹽酸，若產(chǎn)生氣體，則證明原溶液中存在CO32-。

學(xué)生展示方案三：

（1）觀察顏色，溶液呈無色，可暫定不含有Fe2+和Fe3+。

（2）取少量待測液體，滴加稀鹽酸，有氣泡產(chǎn)生，則證明原溶液中存在CO32-。再滴加氯化鋇溶液，產(chǎn)生白色沉淀，則證明原溶液中存在SO42-.

（3）另取少量待測液體，滴加NaOH，無明顯現(xiàn)象，則確定溶液中不存在Fe2+和Fe3+，加熱，產(chǎn)生能使?jié)駶櫦t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，則證明有NH4+。

（4）另取少量待測液體，滴加稀鹽酸和過氧化氫，再加入CCl4，振蕩，下層顯淺紫色，則證明存在I-。

最終結(jié)論：溶液中存在SO42-、CO32-、I-;不存在其他離子。

學(xué)生點(diǎn)評：在觀看前面兩組同學(xué)操作的同時，第三組同學(xué)也迅速作出了調(diào)整。調(diào)整的時候，第三組學(xué)生對干擾例子的排除的因素以及其可操作性進(jìn)行了分析，從而確保本組檢測步驟符合要求。

教師總評：這個離子檢驗題本身就具有很強(qiáng)的干擾性，三組同學(xué)在設(shè)計實驗方案的時候都經(jīng)過了認(rèn)真思考，雖然在操作過程中出現(xiàn)了一些小問題，但總體來看還算達(dá)標(biāo)。實際的操作和理論設(shè)計在一定程度上會出現(xiàn)偏差，這是很正常的。因此，我們不僅要把理論知識掌握扎實，更需要在實驗中運(yùn)用起來。例如，F(xiàn)e2+在濃度較小的時候淺綠色并不明顯，不容易被看出來，因此不能簡單地通過顏色來判斷，因此，在滴加NaOH的過程中需要額外強(qiáng)調(diào)。

檢驗試劑的選擇也需要注意靈敏度。例如在I-檢驗過程中，當(dāng)?shù)谌M同學(xué)完成萃取時，由于振蕩不充分，發(fā)現(xiàn)淺紅色不是很明顯。而且由于I-濃度本身較低，氧化后得到的碘單質(zhì)不多，本身萃取的時候就不容易觀察，因此萃取過程一定要振蕩充分，否則分層現(xiàn)象將不明顯。

教師一邊演示一邊點(diǎn)評：

若得到含碘單質(zhì)的水溶液后，換用淀粉溶液來檢驗，則藍(lán)色非常明顯，淀粉溶液在檢驗靈敏度上比四氯化碳要強(qiáng)，因此在選擇試劑的時候要注意靈敏度的把握。例如，如果你想再次確認(rèn)Fe3+不存在，就可以用靈敏度更高的KSCN溶液來檢驗，如果溶液沒有呈血紅色，則Fe3+就可以確認(rèn)不存在。

演示：取待測液加入KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象。

另外，在設(shè)計過程中，看到部分同學(xué)直接用CCl4來萃取I-、檢驗I-的存在，這里需要強(qiáng)調(diào)一下，CCl4萃取的是碘單質(zhì)，只有將I-氧化為碘單質(zhì)后才能被萃取，這也是很多同學(xué)的誤區(qū)。

演示：向碘化鉀溶液中直接加入CCl4，無明顯現(xiàn)象。

四、案例反思

本節(jié)課以某道離子檢驗題作為案例，讓學(xué)生自行設(shè)計演示實驗，并鼓勵學(xué)生自行參與、自行操作，這是對學(xué)生動手能力與思維能力的一次考驗。而有趣的是，在本次課堂教學(xué)過程中，在學(xué)生的操作環(huán)節(jié)中還設(shè)有“同學(xué)互評”這一環(huán)節(jié)，可以有效引導(dǎo)學(xué)生展開互評，繼而加深學(xué)生對離子檢驗的理解和認(rèn)知，同時還能間接培養(yǎng)他們的動手能力，讓他們進(jìn)一步掌握實驗步驟。

化學(xué)需要實踐，只有良好的實踐與體會，學(xué)生才能更加深刻地把握知識。所以在課堂教學(xué)中，教師要嚴(yán)格避免“紙上談兵”，必須做好理論與實踐的有機(jī)結(jié)合。不過，有些實驗在理論中可以輕松完成，但挪到現(xiàn)實中時卻存在許多的限制因素，從而發(fā)生預(yù)想之外的情況。這時，必須指導(dǎo)學(xué)生及時對實驗方案進(jìn)行改良。這樣，便間接培養(yǎng)了學(xué)生的隨機(jī)應(yīng)變能力。此外，學(xué)生天性對未知事物充滿好奇，而對未知溶液的探究恰恰可以最大限度地激發(fā)學(xué)生的探究欲望，從而讓他們產(chǎn)生“這里會出現(xiàn)什么？生成什么？產(chǎn)生什么？”的疑問心理。而正如某位英國學(xué)者所言：“一無所知的人不會懷疑任何事情?！痹谶@種好奇心和疑問的驅(qū)使下，試問學(xué)生又怎么會學(xué)不好化學(xué)呢？

此外，選修課的評價方式不能僅僅停留在筆試上，還可以適當(dāng)?shù)乜疾閷W(xué)生的動手能力，觀察他們的操作熟練度以及個體存在的某些問題。從而讓教學(xué)實現(xiàn)理論與實踐的相結(jié)合。而正如上述所言，這堂課不僅僅考查了學(xué)生對離子檢驗知識的掌握情況，同時還間接培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和操作能力，從而為最終選修課考核提供了寶貴依據(jù)。

？誗編輯 楊兆東