過濾操作實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

摘 "要 "過濾是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中最基本的操作之一。針對(duì)過濾操作教學(xué)中普遍存在的“重操作輕理論、重細(xì)節(jié)輕整體、重遵循輕探究”等不足，從過濾原理、濾紙選用及折疊方法、漏斗選用和過濾方法選擇四方面對(duì)過濾操作教學(xué)進(jìn)行深入探討，運(yùn)用圖表對(duì)過濾操作的重要內(nèi)容進(jìn)行展示和比較分析，促使學(xué)生充分理解和掌握過濾操作技能，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 "過濾操作；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；濾紙；漏斗；過濾方式

中圖分類號(hào)：G642.423 " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）14-0138-05

Discussion on Experimental Teaching of Filtration Opera-

tion//CAO Xiaohua， WANG Yawei， YE Xinglin， CHEN Xiu-dong， SUN Jianqi， LIU Jianhua

Abstract "Filtering is one of the most basic operations in the chemical experiment. In view of the general problems in the teaching of filtration operation， such as attaching importance to operation rather than theory， details rather than whole， ad-

herence rather than inquiry， this paper makes an in-depth dis-

cussion on the experimental teaching of filtration operation. The students could get fully understanding and acquire skills

of filtration operation by inquire factors affecting the experi-mental results of filtration operation， such as selection of filter

paper， selection of filter funnel and selection of filter mode. The important contents in the filtering operation are shown and comparatively analyzed through pictures and tables. In

the paper， the author points out that filtration operation tea-ching should focus on how to train students’ observing ability，

thinking ability and creative ability.

Key words "filtration operation; chemical experiment; filter paper; funnel; filter mode

0 "引言

過濾是固體和液體最常用的分離方法，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中最基本的操作之一[1-5]。然而，教師在實(shí)際教學(xué)過程中往往僅粗淺地介紹過濾操作要點(diǎn)，對(duì)其中影響過濾效果的諸多因素（如濾紙的選擇、漏斗的選擇、過濾方式的選擇等）缺乏必要的探究，學(xué)生對(duì)過濾操作缺乏深入系統(tǒng)的了解，實(shí)際教學(xué)效果欠佳[6-7]。

為此，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)際，系統(tǒng)探討影響過濾效果的各種因素，如濾紙性質(zhì)、分類和選用，漏斗的種類及選擇，過濾方式的選擇，以幫助學(xué)生深入掌握過濾操作，取得良好的教學(xué)效果。

1 "過濾原理探討

過濾利用的是篩子原理，即顆粒大小不同的混合物在某種推動(dòng)力（如重力、離心力、壓強(qiáng)差等）的作用下，都可以使用合適的篩子（如濾紙、半透膜、反滲透膜、紗布等）加以分離（見圖1）[1-5]。半透膜和濾紙一樣均有許多小孔，但半透膜的孔徑更小。濾紙孔徑在1～120 μm（10-6 m），半透膜孔徑在1～100 nm（10-9 m），RO膜（反滲透膜）孔徑約為0.1 nm[8]。因此，要依據(jù)混合物中粒子大小來選擇合適的篩子。一般的濾紙很難將懸濁液（如BaSO4懸濁液）中所有的固體過濾下來，因此，有時(shí)用濾紙過濾完后，濾液仍是渾濁的。

2 "濾紙的選用與折疊方式

2.1 "濾紙的選用

濾紙按材質(zhì)可以分為棉纖維濾紙、玻璃纖維濾紙和其他人工合成材料濾紙（如聚丙烯濾紙、石棉纖維濾紙等）[9]。玻璃纖維濾紙由100%的玻璃纖維制成，具有過濾效率高、納污能力強(qiáng)并可以過濾細(xì)小的顆粒等優(yōu)點(diǎn)[9]。最常用的棉纖維濾紙的分類及選用見表1[1-5]。

根據(jù)固液體系性質(zhì)選擇濾紙的材質(zhì)，依據(jù)過濾目的選用定性、定量或?qū)游鰹V紙。定性濾紙和定量濾紙區(qū)別主要在于灰化后產(chǎn)生灰分的量：定性濾紙≤

0.13%，定量濾紙≤0.000 9%，無灰濾紙＜0.1 mg

（在分析天平上可忽略不計(jì)）[1-6]。學(xué)生實(shí)驗(yàn)中過濾操作常用于定性實(shí)驗(yàn)，因此多選用定性濾紙。根據(jù)沉淀量選擇濾紙的大小，常壓過濾中一般要求沉淀高度不得超過濾紙錐體高度的1/3[2]。濾紙的大小還應(yīng)與漏斗的大小相適應(yīng)（濾紙的上沿應(yīng)低于漏斗上沿0.5～1 cm）。根據(jù)沉淀顆粒大小選擇快速、中速或慢速濾紙：非晶形沉淀（如Fe（OH）3、Al（OH）3等）可選用較為疏松的快速濾紙，以免過濾速度太慢；細(xì)晶形沉淀（如CaC2O4、BaSO4等）則應(yīng)選用緊密的慢速濾紙，以防沉淀漏失；中等大小的晶形沉淀（如MgNH4PO4·6H2O、K2SiF6等）可選用中速濾紙[1-5]。

2.2 "濾紙折疊方式

過濾前往往需把濾紙折成合適的形狀，常見的折法是扇形濾紙（常壓過濾）和菊花形濾紙（熱過濾）。菊花形濾紙的優(yōu)點(diǎn)是有效表面積大、過濾速度快，常用于趁熱過濾。兩種濾紙的折法均要求先把手洗凈擦干，以免弄臟濾紙。

2.2.1 "扇形濾紙的折法（圖2）[1-5] "將過濾紙對(duì)折，連續(xù)兩次，疊成約60°圓心角形狀；把疊好的濾紙按一側(cè)三層、另一側(cè)一層打開，成漏斗狀；用食指把濾紙按在潔凈干燥玻璃漏斗的內(nèi)壁上（濾紙的邊緣應(yīng)低于漏斗邊緣約0.5 cm）。如上邊沿貼合不夠緊密，則適當(dāng)改變?yōu)V紙折疊角度，直到與漏斗密合為止。取出濾紙，從三層濾紙?zhí)幩喝ズ髢蓪拥囊恍〗牵ㄓ糜诓潦貌０舻龋?，然后將濾紙放入漏斗中。用水濕潤(rùn)濾紙，使其貼緊于漏斗的內(nèi)壁。

2.2.2 "菊花形濾紙的折法（圖3）[10] "取一張大小合適的圓濾紙，對(duì)折成半圓形；按圖3a所示，半圓朝同一方向折成四等分，其棱線位置見圖3b；如圖3b所示，將1-2邊與2-6的凹面重疊對(duì)折（見2-7邊），將2-3邊與2-5的凹面重疊對(duì)折（見2-8邊）；如圖3c所示，1-2邊與2-5對(duì)折（見2-9邊），2-3邊與2-6對(duì)折（見2-10邊），則將半圓分成八等分；如圖3d所示，再在這八個(gè)等分中的每一小分中間以相反的方向?qū)φ鄢?6等分，展開成折扇樣，見圖3e；再在1、2和2、3的小分處向內(nèi)折一小折紋，展開后如圖3f所示。由于折疊反復(fù)較多，故圓心處別用力折壓，以免破損。具體折法可觀看視頻《菊花濾紙?jiān)趺凑?？?jī)煞昼妼W(xué)會(huì)一種快速過濾的折法》（https：//www.bilibili.com/video/av86754758/5）。

3 "漏斗的選用

如圖4所示，過濾操作常用的漏斗有普通漏斗（a～d）、布氏漏斗（f）和砂芯漏斗（g）[4]。過濾操作常用的玻璃漏斗有短頸漏斗（也稱標(biāo)準(zhǔn)型漏斗）（a）、長(zhǎng)頸漏斗（b）、褶壁漏斗（內(nèi)壁呈瓦楞型）（c）和無頸漏斗（d）四種[6]。長(zhǎng)頸漏斗用于定量分析中過濾沉淀，短頸漏斗用作一般過濾或熱過濾（e），無頸漏斗主要用于熱過濾，褶壁漏斗雖不常見，但已在實(shí)驗(yàn)室使用（瓦楞型間隙有助于加快過濾速度）[11]。漏斗的圓錐角應(yīng)為60°（a），管徑粗細(xì)適宜，太粗則難以保持水柱，太細(xì)則水流速度慢，過濾需要的時(shí)間過長(zhǎng)；管徑末端應(yīng)稍微傾斜，承接濾液的燒杯的內(nèi)壁應(yīng)與漏斗頸末端接觸，以防止濾液濺失[2]。

減壓過濾時(shí)需要選用布氏漏斗（需加濾紙或?yàn)V布）或砂芯漏斗（可直接過濾）。砂芯漏斗的砂芯濾板是由燒結(jié)玻璃料制成的，按濾板孔徑大小，型號(hào)可分為G1～G6（編號(hào)越大孔徑越小）。為避免強(qiáng)酸性或氧化性溶液與濾紙作用，此時(shí)可采用玻璃砂芯漏斗代替布氏漏斗。但玻璃砂芯漏斗不適用于過濾堿性較強(qiáng)溶液，此時(shí)應(yīng)選用石棉纖維濾紙代替棉纖維濾紙貼緊在布氏漏斗上。

4 "過濾方式的選擇

常用的過濾方式有常壓過濾、減壓過濾及趁熱過濾，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要正確選用過濾方式，如表2所示[1-6]。常壓過濾法是在常壓下用普通漏斗過濾的方法，當(dāng)沉淀物為膠狀或微細(xì)晶體時(shí)，用此法過濾較好。減壓過濾法因產(chǎn)生壓強(qiáng)差，故比常壓過濾快，但此法不宜用于過濾膠裝或顆粒很細(xì)的沉淀以及低沸點(diǎn)溶劑重結(jié)晶時(shí)的固液分離。如果某些溶質(zhì)在溫度較低時(shí)容易析出晶體，而又不希望它在過濾中析出時(shí)，則應(yīng)采用熱過濾法過濾。

5 "結(jié)束語

綜上可知，濾紙和漏斗的選用、過濾方式的選擇等均會(huì)影響過濾效果。筆者通過引導(dǎo)學(xué)生線上觀看過濾相關(guān)視頻（濾紙折疊視頻、過濾操作視頻等），線下進(jìn)行過濾操作，線上線下結(jié)合互動(dòng)點(diǎn)評(píng)學(xué)生操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告，采用線上線下混合式教學(xué)模式實(shí)施教學(xué)，取得良好的教學(xué)效果。教學(xué)實(shí)踐表明：通過原理介紹、圖表展示和比較分析對(duì)過濾操作教學(xué)進(jìn)行深入探討，有助于開闊學(xué)生視野，加深學(xué)生對(duì)過濾操作的理解。

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