洗碗機(jī)專用鹽：項(xiàng)目化教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

徐堅(jiān)

初中化學(xué)的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是當(dāng)下化學(xué)教學(xué)的典型方法之一。根據(jù)課標(biāo)，挖掘?qū)嶋H生產(chǎn)生活中與教學(xué)內(nèi)容高度契合的項(xiàng)目情境，是初中化學(xué)項(xiàng)目化教學(xué)的首要任務(wù)。筆者發(fā)現(xiàn)關(guān)于廚房中鹽的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的研究不在少數(shù)，但是與現(xiàn)代廚房里洗碗機(jī)相關(guān)的場(chǎng)景研究并不多。本文以常見生活電器洗碗機(jī)中專用鹽的探究為項(xiàng)目化學(xué)習(xí)主題，依托洗碗鹽的成分探究、工作原理、制備方法這條項(xiàng)目任務(wù)探究的主線，復(fù)習(xí)了離子檢驗(yàn)、水的凈化、鹽的性質(zhì)等知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)表征能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、信息處理加工能力、應(yīng)用及創(chuàng)能力等化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力。

一、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)任務(wù)的提出

洗碗機(jī)在使用過(guò)程中需要添加專用鹽——軟水鹽，否則就會(huì)在長(zhǎng)期使用的過(guò)程中形成水垢以至破壞凈水樹脂膜，縮短電器的使用壽命，因此機(jī)器說(shuō)明書要求首次使用必須添加洗碗鹽。根據(jù)成分表發(fā)現(xiàn)洗碗鹽的成分是常見的氯化鈉，不禁思考如用食鹽替代是否可行，尋求答案發(fā)現(xiàn)是否定的。這些注意事項(xiàng)引起了筆者的興趣，經(jīng)過(guò)仔細(xì)搜索資料查詢，發(fā)現(xiàn)洗碗機(jī)里含有軟化水質(zhì)的凈水樹脂膜，它是用來(lái)軟化水質(zhì)防止管道阻塞老化的，添加專用鹽可以軟化水，這顯然與“水的凈化”中硬水軟化的知識(shí)密切相關(guān)；其次，專用鹽不同于食鹽，它是高純度的氯化鈉，那么提取高純度氯化鈉就契合了“粗鹽提純”“除雜”等教學(xué)內(nèi)容，再制訂提純方案，實(shí)施提純的實(shí)驗(yàn)操作，制備得到屬于自己的洗碗鹽，最終形成較為完整的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)流程。

二、項(xiàng)目任務(wù)的實(shí)施

1.項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施流程

本課例主要分為三個(gè)項(xiàng)目情境的學(xué)習(xí)（圖1）：洗碗機(jī)專用鹽成分探究分析、專用鹽在洗碗機(jī)里的工作原理、專用鹽的制取。情境一： 專用鹽成分探究分析——資料顯示成分為高純氯化鈉，由氯化鈉的用途及如何證明固體粉末是氯化鈉這兩個(gè)問(wèn)題的引出，復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和離子的檢驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題、歸納知識(shí)、實(shí)驗(yàn)探究，鍛煉學(xué)生的化學(xué)表征能力和實(shí)驗(yàn)探究能力；情境二：通過(guò)對(duì)洗碗鹽工作原理的探索，復(fù)習(xí)軟水、硬水的檢驗(yàn)和轉(zhuǎn)化，同時(shí)感受化學(xué)材料對(duì)人類生產(chǎn)生活帶來(lái)的便利，體會(huì)化學(xué)的魅力，提高學(xué)生信息獲取加工和信息處理能力；情境三：制備洗碗鹽，通過(guò)從粗鹽中提取高純度氯化鈉的項(xiàng)目任務(wù)復(fù)習(xí)過(guò)濾、離子共存、除雜等相關(guān)知識(shí)，再制訂實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)踐操作，鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究和應(yīng)用創(chuàng)新能力。

2.教學(xué)過(guò)程

（1）洗碗機(jī)專用鹽的成分探究

【情境導(dǎo)入】 （播放場(chǎng)景視頻）科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為我們的生活帶來(lái)了很多便利，日常生活中部分家務(wù)活已然被機(jī)器替代，比如洗碗機(jī)。家用洗碗機(jī)在使用中除了需要洗滌劑，還需要添加一款被稱為洗碗鹽的物質(zhì)。洗碗鹽相比于普通食用鹽看上去有所不同，它的成分是什么，作用又是什么呢？我們是否能利用所學(xué)知識(shí)制得洗碗鹽？讓我們帶著這些問(wèn)題開始今天的探究。

【師】 大家看一下老師手里這袋剛從超市買來(lái)的洗碗鹽，它的成分表 “精制鹽”，老師上網(wǎng)查詢了一下，洗碗鹽也叫“軟水鹽”，成分為99.5%以上的氯化鈉，這顯然是純度很高的氯化鈉，相比普通食鹽純度要高很多。那我們?nèi)绾未_定這袋洗碗鹽就是氯化鈉呢？請(qǐng)大家通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其中，鈉離子的檢驗(yàn)由老師來(lái)演示完成，其他離子請(qǐng)大家來(lái)確定。

【生】為了確定氯離子，我們?nèi)尤芙?，然后滴加硝酸酸化的硝酸銀來(lái)確定。

【教師演示實(shí)驗(yàn)】鈉離子的焰色反應(yīng)（圖2）。取樣溶解，用潔凈的鉑絲蘸取并于酒精燈外焰灼燒，進(jìn)行焰色反應(yīng)，大家看到什么現(xiàn)象？說(shuō)明什么問(wèn)題？

【生】酒精燈火焰變黃色，說(shuō)明溶液中含鈉離子。

【學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)1】取樣溶解，滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液。

【師】大家實(shí)驗(yàn)完成了沒有？請(qǐng)同學(xué)們闡述你們的方案和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論。

【生】樣品溶液中滴加硝酸酸化的硝酸銀后出現(xiàn)白色沉淀，說(shuō)明樣品中含有氯離子。

【師】不錯(cuò)，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了洗碗鹽的成分含有氯化鈉，有理有據(jù)。

（2）洗碗鹽（軟水鹽）工作原理的探究

【師】既然這個(gè)洗碗鹽又被稱為軟水鹽，大家猜測(cè)一下它在洗碗機(jī)中的作用是什么。

【生】將硬水軟化。

【師】說(shuō)得很好，理論聯(lián)系實(shí)際。那么大家能回憶一下，我們之前學(xué)習(xí)水的凈化時(shí)提到的硬水軟化的方法有哪些嗎？怎么檢驗(yàn)家里的自來(lái)水是硬水海水軟水？

【生】生活中可以煮沸，實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)上可以蒸餾。在家里可以用肥皂水來(lái)檢驗(yàn)水的硬度。

【師】很好，其實(shí)工業(yè)上還有一種方法，利用特殊的離子交換膜去除水中的鈣鎂離子。你覺得洗碗機(jī)更可能利用哪一種軟化水的技術(shù)？

【生】應(yīng)該是煮沸法/蒸餾法/離子交換法。

【師】請(qǐng)大家來(lái)看一下投影上的離子交換膜相關(guān)技術(shù)資料（圖3）。看完后你對(duì)洗碗鹽有什么想法？

【生】洗碗鹽利用離子交換法來(lái)降低水的硬度！

【師】不錯(cuò)，其實(shí)在洗碗機(jī)里面就有這樣一種離子交換膜，它將進(jìn)入機(jī)器中水里面的鈣鎂離子吸附于其表面，這樣進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部的水就是軟水了。然后等排出廢水前通過(guò)注入鹽水，利用鈉離子將膜里面的鈣鎂離子交換出來(lái)以廢水形式排出，從而實(shí)現(xiàn)了離子交換膜的再生利用。化學(xué)材料的進(jìn)展和化學(xué)家的智慧真是令人贊嘆。

（3）洗碗機(jī)專用鹽的制備

【師】既然洗碗鹽的成分和食鹽相當(dāng)，那洗碗鹽是不是智商稅？家里能否用直接用食鹽替代洗碗鹽呢？我們通過(guò)機(jī)器使用說(shuō)明和資料搜索發(fā)現(xiàn)，不能用食鹽替代洗碗鹽，否則會(huì)損壞離子交換膜。那么我們能否通過(guò)粗鹽來(lái)制得洗碗鹽呢？已知粗鹽里有泥沙及一些可溶性雜質(zhì)（主要含鈣離子、鎂離子、硫酸根離子等），如何除去這些雜質(zhì)得到較純凈的氯化鈉？請(qǐng)大家討論方案并分享這些方法是利用了鹽的哪些化學(xué)性質(zhì)。

【生】泥沙可直接過(guò)濾除去；鈣離子、鎂離子、硫酸根可分別利用碳酸鈉、氫氧化鈉、氯化鋇除去。

【師】為確保除盡雜質(zhì)加入的試劑應(yīng)該少量還是過(guò)量？

【生】過(guò)量。

【師】過(guò)量就引入新雜質(zhì)了，用什么試劑可以解決？試劑是隨便加入嗎？如何確定試劑滴加的順序呢？這些反應(yīng)分別涉及了鹽的哪些性質(zhì)？請(qǐng)大家再深入討論一下，并繪制思維導(dǎo)圖，然后分享你們的方案。

【生】為了盡可能簡(jiǎn)便地除去過(guò)量的物質(zhì)，應(yīng)該倒數(shù)第二步加入碳酸鈉充分反應(yīng)后過(guò)濾，那樣可以除去鈣離子和過(guò)量的鋇離子，最后一步加入過(guò)量的鹽酸可除去上一步過(guò)量的碳酸鈉，然后對(duì)剩余溶液蒸發(fā)結(jié)晶，氯化氫即可揮發(fā)。這些反應(yīng)分別涉及了鹽和鹽、鹽和堿、鹽和酸的反應(yīng)等化學(xué)性質(zhì)。

【師】大家說(shuō)得很全面，那么下面請(qǐng)大家按照剛剛我們討論的步驟（圖4）來(lái)制備屬于自己的洗碗鹽吧！

【學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)2】取樣溶解，過(guò)濾濾去不溶性泥沙。然后在濾液中加入稍過(guò)量的氯化鋇、氫氧化鈉充分反應(yīng)，再加入過(guò)量碳酸鈉充分反應(yīng)后過(guò)濾，濾液中加入過(guò)量稀鹽酸，充分反應(yīng)后對(duì)溶液蒸發(fā)結(jié)晶，轉(zhuǎn)移固體。

【產(chǎn)品展示】請(qǐng)學(xué)生將制得的精鹽裝袋每人一小袋打包，并用標(biāo)簽寫上自己的名字“××牌洗碗鹽”。

三、項(xiàng)目評(píng)價(jià)與教學(xué)反思

初中化學(xué)學(xué)習(xí)的項(xiàng)目化相比與過(guò)去的知識(shí)化、傳授化教學(xué)在學(xué)習(xí)過(guò)程中是情境化、實(shí)踐化的。在項(xiàng)目問(wèn)題的提出中激發(fā)學(xué)生的求知欲、探索欲，讓學(xué)生想學(xué)、想動(dòng)手，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)；在項(xiàng)目任務(wù)的實(shí)施過(guò)程中動(dòng)腦思考、動(dòng)眼觀察、動(dòng)手設(shè)計(jì)和操作，將呆板的概念認(rèn)知變成靈活的科學(xué)探究流程，在實(shí)踐活動(dòng)中深化了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，提高了學(xué)生化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力。學(xué)生在上完課之后發(fā)現(xiàn)，原來(lái)似遠(yuǎn)似近的化學(xué)就在我們生產(chǎn)生活中，認(rèn)識(shí)到化學(xué)知識(shí)看得見、摸得著、用途廣。

在本項(xiàng)目學(xué)習(xí)中筆者覺得項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中還存在一些困難，比如：超范圍的高中知識(shí)的涉及要把握難度，恰當(dāng)給出相關(guān)信息，簡(jiǎn)化學(xué)生的認(rèn)知壓力，讓學(xué)生能“跳一跳，摘桃子”；一些新型材料的解釋，因?yàn)閷W(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備還不足所以也稍有難度，應(yīng)該在課前讓學(xué)生搜索相關(guān)信息，提前熟悉；粗鹽提純精鹽過(guò)程中流程的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程綜合性較強(qiáng)，有的小組和學(xué)生操作還有難度，應(yīng)合理規(guī)劃各個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)的時(shí)長(zhǎng)，給學(xué)生留有充分的思考空間。這些細(xì)節(jié)需要在后續(xù)的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中繼續(xù)探索、優(yōu)化。

（作者單位：江蘇省蘇州市吳江經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)）

責(zé)任編輯：王 燕

注：本文系江蘇省“十三五”重點(diǎn)資助課題“指向關(guān)鍵能力的初中化學(xué)創(chuàng)意課程研究”（立項(xiàng)編號(hào)：E-a/2020/05）階段研究成果。