初中化學(xué)“飽和溶液”實(shí)驗(yàn)的比較和改進(jìn)

許雪珠 陳培亮

廣東省珠海市南屏中學(xué)(519060) 廣東省珠海市第十三中學(xué)(519060)

義務(wù)教育教科書人教版化學(xué)九年級(jí)下冊設(shè)計(jì)了氯化鈉和硝酸鉀溶于水兩個(gè)實(shí)驗(yàn),旨在通過實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生建立“飽和溶液”和“不飽和溶液”的概念,并總結(jié)一般情況下“飽和溶液”與“不飽和溶液”的轉(zhuǎn)化關(guān)系[1]。人教版初中化學(xué)教材中的實(shí)驗(yàn)存在以下不足:①實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長,無法完成課堂教學(xué)任務(wù);②個(gè)別操作成功率低,因硝酸鉀溶解吸熱,“在20 mL水中第一次加5 g硝酸鉀”和“加熱硝酸鉀飽和溶液后加入5 g硝酸鉀”這兩個(gè)過程中都可能出現(xiàn)固體未完全溶解的現(xiàn)象;③實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不完善,比如“加入15 mL水后氯化鈉完全溶解”和“加熱后,硝酸鉀完全溶解”這兩個(gè)過程并不能說明溶液一定就為不飽和溶液。

以上不足導(dǎo)致任課教師在本節(jié)課的教學(xué)中往往會(huì)面臨演示實(shí)驗(yàn)和教學(xué)進(jìn)度二者不可兼得的困境。因此,筆者嘗試參考國內(nèi)其他版本初中化學(xué)教材[2-6],對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

1 國內(nèi)其他版本教材“飽和溶液”實(shí)驗(yàn)比較

國內(nèi)其他版本初中化學(xué)教材有關(guān)“飽和溶液”實(shí)驗(yàn)的裝置、內(nèi)容和操作各不相同。筆者對其進(jìn)行實(shí)踐并歸納出各個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作要點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和不足見表1。

表1 國內(nèi)其他版本初中化學(xué)教材“飽和溶液”實(shí)驗(yàn)的比較

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的思路

分析國內(nèi)其他版本初中化學(xué)教材有關(guān)“飽和溶液”的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn),結(jié)合國內(nèi)同行的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)[7-8],筆者總結(jié)了該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的主要思路:①保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和完整性是前提。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)必須能讓學(xué)生建立“飽和溶液”和“不飽和溶液”的概念和判斷方法,總結(jié)一般情況下飽和溶液與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化關(guān)系和結(jié)晶方法;②大大縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間是關(guān)鍵。人教版“飽和溶液”實(shí)驗(yàn)藥品用量偏多,探究溫度對溶液飽和狀態(tài)影響的實(shí)驗(yàn)最耗時(shí)。因此,適當(dāng)減少藥品用量,合理優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟才能縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間,保證課堂教學(xué)深入開展,做到實(shí)驗(yàn)和教學(xué)兩不誤;③提高實(shí)驗(yàn)成功率是教學(xué)效果的保障。操作簡便、現(xiàn)象明顯、成功率高的實(shí)驗(yàn)有利于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,促進(jìn)思維和能力的發(fā)展;④盡量少改動(dòng)教材,這樣才能使改進(jìn)實(shí)驗(yàn)更好推廣?；诮滩母倪M(jìn)實(shí)驗(yàn),改進(jìn)者可以充分、有效利用教材及其配套資源,這會(huì)大大減輕教師備課壓力和學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

3.1 實(shí)驗(yàn)用品

儀器:試管(20 mm×200 mm)2支、酒精燈、試管夾、50 mL和250 mL燒杯各1個(gè)、玻璃棒、塑料藥匙。

藥品:氯化鈉、硝酸鉀、蒸餾水、自來水(冷卻用)。

3.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

圖1 加熱硝酸鉀飽和溶液實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)在50 mL的燒杯中加入10 mL水。

(2)如圖1所示,在試管A中加入8 mL水和5 g硝酸鉀固體,振蕩并冷卻至室溫待用(有固體剩余);用塑料藥匙末端取少量硝酸鉀放入試管B待用。

(3)實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象和結(jié)論見表2。

表2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的步驟、現(xiàn)象和結(jié)論

圖2 加熱和冷卻硝酸鉀溶液實(shí)驗(yàn)

4 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

(1)該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生建立“飽和溶液”和“不飽和溶液”的概念并學(xué)會(huì)判斷方法。結(jié)合“海水曬鹽”的教學(xué)資源,學(xué)生容易總結(jié)出一般情況下飽和溶液與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化關(guān)系和結(jié)晶方法。

(2)該實(shí)驗(yàn)通過減少藥品用量、刪去教材中硝酸鉀溶于水的步驟、改變加熱和冷卻的方式,使實(shí)驗(yàn)時(shí)間由30 min左右縮短至6 min,適用于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)并能使課堂教學(xué)深入開展。

(3)該實(shí)驗(yàn)成功率高,實(shí)驗(yàn)效果明顯,有助于學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行分析和歸納,促進(jìn)其科學(xué)思維的形成。

(4)該實(shí)驗(yàn)是基于人教版教材的改進(jìn)實(shí)驗(yàn),可以充分和有效利用教材及其配套資源,大大減輕教師備課壓力和學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān),便于推廣。

(5)該實(shí)驗(yàn)藥品用量少,而且步驟5～7的藥品可以反復(fù)使用,體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念。

5 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的說明

在實(shí)際教學(xué)過程中,有學(xué)生和老師提出“將熱的硝酸鉀溶液放入冷水中,試管是否會(huì)炸裂”。筆者查閱了相關(guān)資料[9],發(fā)現(xiàn)普通玻璃的炸裂不僅受到溫差的影響,還跟玻璃的厚度和受熱方式有關(guān)(水平作用不發(fā)生破裂)。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)加熱試管A之后,將溶液倒入試管B,振蕩。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)過程中的自然散熱、溶液轉(zhuǎn)移時(shí)試管B吸熱和硝酸鉀溶解吸熱等過程,冷卻時(shí)試管溫度一般都在70 ℃以下。而該實(shí)驗(yàn)通常在2-3月份完成,水溫大多為10～20 ℃之間。由于溫差小、試管玻璃厚度小而且冷卻是均勻作用在試管裝有溶液的整個(gè)部分,因此,實(shí)驗(yàn)過程中并沒有出現(xiàn)過試管炸裂的現(xiàn)象。設(shè)置步驟4和步驟6是為了說明“沒有未溶解固體的溶液不一定為不飽和溶液”。在教學(xué)中,教師可以根據(jù)學(xué)生的水平刪除實(shí)驗(yàn),將其改為讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。