氫氧化鐵膠體制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

王冬梅 鄭茹 楊曉燕 王瑞 張曉梅

摘 要：中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)化學(xué)基本知識(shí)與原理的重要途徑：能幫助學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象主動(dòng)建構(gòu)科學(xué)知識(shí)及知識(shí)體系。特別是課堂演示實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生化學(xué)興趣的培養(yǎng)尤為重要，這就要求演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一定要明顯，方便學(xué)生的觀察與理解。高中人教版教材中制備氫氧化鐵膠體的丁達(dá)爾現(xiàn)象光束亮度不足，不利于學(xué)生觀察，因此在原實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，改變?cè)噭┯昧颗c試劑加熱順序達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：學(xué)科素養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；氫氧化鐵膠體；丁達(dá)爾現(xiàn)象

一、 背景

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門(mén)科學(xué)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生通過(guò)觀察物質(zhì)及其各種變化的現(xiàn)象或自主探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果，使抽象的知識(shí)形象化，讓學(xué)生從化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)感知化學(xué)基本概念與原理并主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)系統(tǒng)的過(guò)程。化學(xué)實(shí)驗(yàn)不單單是一種實(shí)踐項(xiàng)目，而且是一種感性認(rèn)識(shí)方法。實(shí)驗(yàn)營(yíng)造的教學(xué)情境能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)精神以及證據(jù)推理與實(shí)驗(yàn)探究的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

目前，中學(xué)化學(xué)教材中通常選用的實(shí)驗(yàn)較為經(jīng)典，教師在演示過(guò)程中，容易成功，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、反應(yīng)速率適中，便于學(xué)生觀察。然而由于實(shí)驗(yàn)條件或者試劑用量未達(dá)到最佳優(yōu)化，進(jìn)而導(dǎo)致個(gè)別演示實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過(guò)程中現(xiàn)象不明顯，不利于學(xué)生觀察，挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

因此，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)條件、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案、增加實(shí)驗(yàn)的可視化效果亟待解決。實(shí)驗(yàn)效果良好的方案不僅可使演示實(shí)驗(yàn)更加利于學(xué)生觀察，便于學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推斷實(shí)驗(yàn)結(jié)論、內(nèi)化知識(shí)，學(xué)會(huì)科學(xué)研究的方法與過(guò)程，鍛煉科學(xué)邏輯思維。

高中人教版化學(xué)必修一第二章第一節(jié)學(xué)習(xí)物質(zhì)的分類(lèi)，為了區(qū)分外觀相像的溶液和膠體，教材設(shè)置了探究實(shí)驗(yàn)（氫氧化鐵膠體的制備方法是：取一個(gè)小燒杯，向其中加入25 mL蒸餾水并加熱至沸騰，隨之滴加5～6滴FeCl3飽和溶液），用激光筆照射硫酸銅溶液和氫氧化鐵膠體，用丁達(dá)爾現(xiàn)象區(qū)分溶液和膠體。但在實(shí)際操作中，由于實(shí)驗(yàn)中蒸餾水的用量少，燒杯液面偏低，氫氧化鐵膠體呈現(xiàn)暗紅色、與激光燈光束顏色接近，采用教材中蒸餾水與氯化鐵溶液的用量以及制備方法做出的氫氧化鐵膠體呈現(xiàn)的“光亮通路”從燒杯正前方觀察不明顯。

因此，為了突顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以便學(xué)生觀察，本文對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改良：把原實(shí)驗(yàn)方案中蒸餾水的用量全部增加到50 mL，對(duì)實(shí)驗(yàn)中飽和氯化鐵溶液的用量和滴加飽和氯化鐵溶液的順序進(jìn)行了調(diào)整，優(yōu)化得到兩種實(shí)驗(yàn)方案，具體過(guò)程如下。

二、 實(shí)驗(yàn)部分

（一） 實(shí)驗(yàn)器材及試劑

儀器：燒杯、酒精燈、鐵架臺(tái)、石棉網(wǎng)、溫度計(jì)、玻璃棒、量筒、膠頭滴管、激光筆（DANGER：Max Output<5mW）

試劑：氯化鐵晶體、蒸餾水

（二） 實(shí)驗(yàn)步驟

方案一：改變?cè)瓕?shí)驗(yàn)中飽和FeCl3溶液的用量

取六個(gè)100 mL的燒杯，各加入50 mL蒸餾水，然后在沸水中分別滴入4滴、6滴、8滴、10滴、12滴、14滴（注：實(shí)驗(yàn)中一滴約為0.05 mL）飽和氯化鐵溶液，用激光筆照射燒杯中的液體，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。飽和氯化鐵溶液的制法：取100mL的燒杯，加入蒸餾水20 mL，再加入FeCl3晶體，用玻璃棒攪拌，直至FeCl3晶體不再溶解，取上層清液得到飽和氯化鐵溶液。

方案二：改變?cè)瓕?shí)驗(yàn)中加入氯化鐵溶液的順序

取六個(gè)100 mL的燒杯，各加入50 mL的蒸餾水，然后分別滴飽和氯化鐵溶液4滴、6滴、8滴、10滴、12滴、14滴；在鐵架臺(tái)上放上石棉網(wǎng)，先將加4滴氯化鐵溶液的燒杯放于石棉網(wǎng)上，并點(diǎn)燃酒精燈至液體沸騰，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察丁達(dá)爾現(xiàn)象；再陸續(xù)將6滴、8滴……的燒杯放于石棉網(wǎng)上煮沸，觀察現(xiàn)象并用激光筆檢驗(yàn)。

（三） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

方案一：液體顏色都偏紅，雖都有丁達(dá)爾現(xiàn)象，但光束亮度及寬度都存在差異，具體現(xiàn)象如下，燒杯俯視效果如圖1，燒杯正面現(xiàn)象如圖2。

方案二：六個(gè)加有鹽溶液再煮沸的燒杯均在64～68℃的溫度區(qū)間內(nèi)開(kāi)始產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象，但光束不明顯；六組液體煮沸時(shí)的光束較煮沸前明顯，顏色均偏棕，燒杯俯視效果如圖5，燒杯正面現(xiàn)象如圖6。

三、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與討論

由上述實(shí)驗(yàn)的丁達(dá)爾現(xiàn)象可知。

方案一：在50 mL沸水中加入飽和氯化鐵溶液的液體產(chǎn)生的丁達(dá)爾現(xiàn)象，整體上比教材制備氫氧化鐵膠體方案的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，光束更清晰。尤其是滴加10滴和12滴飽和氯化鐵溶液的液體，都有較寬的光亮“通路”。

但由于兩組液體顏色都接近光束顏色，以致“光亮的”通路并不光亮，所以對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了調(diào)整并做了方案二。

方案二：在加入氯化鐵溶液的液體后煮沸，整體上較教材實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。加入10滴和12滴的氯化鐵溶液的液體都有較寬的光亮“通路”，且光束顏色通透明亮，便于全班同學(xué)觀察。加入10滴的液體光束顏色更亮，狀態(tài)也更像膠體：既不像溶液那么透明，又不像濁液易沉淀；此狀態(tài)剛好能顯示出膠體的介穩(wěn)態(tài)，利于學(xué)生從外部事件構(gòu)建膠體的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為自己的知識(shí)，是可用于上課觀察丁達(dá)爾現(xiàn)象的較佳制備方案。

如果課堂上出現(xiàn)膠體沉淀的情況，教師可借機(jī)提出為什么的問(wèn)題，讓學(xué)習(xí)者自己思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲，使學(xué)生深刻理解聚沉現(xiàn)象并意識(shí)到膠體聚沉的一個(gè)條件是加熱。

四、 總結(jié)

中學(xué)氫氧化鐵膠體制備的實(shí)驗(yàn)只需要定性觀察，對(duì)量的要求不高，因此采用本文的實(shí)驗(yàn)方案就可以得到較好的實(shí)驗(yàn)觀察效果。但實(shí)驗(yàn)僅從氯化鐵溶液的用量以及與加入順序與原實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，并未考慮實(shí)驗(yàn)的其他因素，如：煮沸的時(shí)間、激光筆的顏色與型號(hào)等。筆者列舉了影響實(shí)驗(yàn)的因素并設(shè)計(jì)了多因素多水平的實(shí)施方案，采用正交分析軟件進(jìn)行分析，進(jìn)一步的篩選工作仍在進(jìn)行中。

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作者簡(jiǎn)介：

王冬梅，鄭茹，楊曉燕，王瑞，陜西省寶雞市，寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院；張曉梅，陜西省寶雞市，寶雞市金陵中學(xué)。