有趣問題和妙解方案

宋心琦

食鹽提純是小沛自己動手做的第一個化學實驗。他和小組里的同學在仔細閱讀實驗指示書和認真討論之后，明確了實驗的目的和所要用到的儀器，并做了適當的分工。因為準備工作做得很認真，所以實驗進行得很順利，大家都學會了使用漏斗過濾的基本操作。看著除去不溶性雜質后食鹽晶瑩剔透的本來面目，同學們興奮不已，啊！利用如此簡單的儀器和操作就可以達到粗鹽提純的目的。化學實驗真是太有趣了！在實驗報告中，孩子們寫下了各自的體會。

老師在批改報告時，仔細閱讀了同學們的實驗總結和體會，非常贊許他們在實驗中表現出來的科學精神和勤奮好學的態度。鑒于在科學實驗中發現和思考問題方面還需要進一步努力，老師特意為這個班的同學安排了一次活動，活動的主題叫做“如何通過實驗學習化學”。對于初學化學的同學來說，他們感到這是一個從來沒有想過的很有趣的問題，所以他們帶著種種想法和疑問，表示愿意積極參加這次活動。

活動課上，看到同學們閃爍著疑惑的目光和急于求知的神情，老師說：“今天的活動由我開始提問，大家可以自由地提出自己的想法，不要受追求唯一正確答案思維慣性的約束，好嗎？”同學們用掌聲表達了對提議的支持和參與的積極性。

老師提出第一個問題：“用過濾法提純粗鹽的依據是什么？”孩子們齊聲回答：“根據雜質和食鹽在水中溶解程度的不同。”老師接著說：“分離不溶性雜質一定要用過濾法嗎？過濾法一定能夠把所有的不溶性雜質都去掉嗎？”孩子們從來沒有想過這個問題，課堂陷入一片沉寂之中。老師沒有急于給出答案，她提示道：“不要著急，想想看在日常生活中遇到類似情況時人們是如何處理的，也許可以找到問題的答案。”小慧是關注公共衛生的同學，她首先想到在沙塵暴時外出如何選擇口罩的情景，如果不用特制的口罩仍然會吸入極微細的飄塵。由此得到啟發，她回答說：“過濾法是否能夠把不溶性雜質全都去掉，決定于所用濾紙或濾布孔徑的大小和不溶性雜質顆粒的大小。如果雜質中含有比過濾器孔徑小的顆粒就不能除盡。”老師和同學們都為小慧的精彩回答報以熱烈掌聲。因為她不僅能夠從生活中找到類似的事例，而且表示她經過思考之后已經掌握了過濾法的要點。這時小沛突然想到，捕魚時網孔的大小、糧食過篩時篩孔的大小不都是類似的事例嗎？他再次感悟到“科學源于生活，而且高于生活”的含義。小強最喜歡欣賞飛馳的自行車和汽車，且仔細觀察過車輪通過泥濘或積水時的情景，對物體旋轉時產生的離心現象印象很深，所以他認為用離心方法也可以把不溶性雜質和食鹽溶液分開，另一位同學根據靜置泥水會自動分層的事例提出靜置傾析法也可以考慮。奇思妙想迭出。笑聲掌聲不斷。

老師在總結時指出：“實驗現象為我們積累了感性知識，也為我們開啟了探究性思索之門，我們也體會到學習帶來的快樂。但學習也是艱苦的過程，不可能一蹴而就。從上面的討論里我們應當認識到。要從混合物中分離出某種純凈物（例如從粗鹽中得到純的食鹽），關鍵在于找到它們之間的某種差別。例如，在某種溶劑中溶解程度的不同，顆粒或質點密度的不同，彼此間粒徑的不同，液體沸點的不同（如從液態空氣中分離出氧氣），對某種試劑反應能力的不同（如空氣組成測定實驗中氧氣、氮氣及稀有氣體化學性質的不同），等等。這就是化學為什么要詳盡地研究物質的物理性質和化學性質的原因。此外，你們還可以把物質的分離和分類法作比較，雖然前者主要用于化學，其實二者是相通的。依據什么來分類和依據什么來分離，著眼點不是相似的嗎？”聽到這里，喜歡數學的小明站起來說：“老師，我覺得也有點像數學中的同類項合并。”小明這個“發現”使課堂的歡樂氣氛再一次進入高潮。

課間休息后，老師說：“上面我們討論了和過濾功能相關的問題，現在回到實驗本身，看看能夠學到些什么，好嗎？”孩子們瞪大了眼睛，想不出實驗本身還有什么可以討論的問題。老師看得出同學們不知道從哪里想起，但他們仍然在思索，說明孩子們一直保持著探究積極性。稍加啟發，他們就能找到思索和探究的方向。老師說：“如果第一步是過濾除去不溶性雜質，當然是粒徑大于濾紙孔徑的雜質，那么又如何除去粗鹽中包含的可溶性雜質以及第一次過濾時的‘漏網之魚呢？實驗指示書介紹的方法是通過蒸發使濾液濃縮到出現晶體，然后再過濾一次，這次留在濾紙上的就是提純后的氯化鈉。所用的原理和第一次不同，它是利用了氯化鈉和可溶性雜質在水中溶解程度的不同以及溫度對溶解程度影響的不同（有關原理將在九年級化學里討論）。我們現在就實驗本身來思考幾個問題。第一個問題是指示書上規定的粗鹽和水的用量是根據什么原理和原則確定的？第二個問題是把濾液蒸發至干不是可以得到更多的食鹽嗎？為什么要求留下少量濾液？同學們不要急于回答，你們可以猜想各種理由，到九年級在學習了溶液一章后再來檢查我們的假設，好嗎？第三個問題就更有趣了，已知氯化鈉晶體內部不包含水（更嚴格地說應當是不包含留有可溶性雜質的濾液），你能用實驗證明嗎？”略作停頓后老師笑著說，“用結晶方法可以提純化學物質的依據就在于此，由此你們應該知道為什么結晶方法是固態物質提純方法中應用最廣的一種。以后用到固態化學試劑時不要忘了仔細觀察它們的形貌啊！”這時老師拿出幾個放大鏡，建議同學用來觀察所得到的氯化鈉晶體，并報告自己的發現。“哇！純凈的氯化鈉晶體晶瑩剔透，真是美極了！”孩子們一面觀察一面交流著自己對氯化鈉晶體形貌的印象。這時，細心的小沛和小慧發現氯化鈉晶體有一個奇怪的特征，雖然品體外形各異，但表面的夾角都呈直角。這是為什么呢？老師對同學們觀察時的認真細致給予肯定和鼓勵。特別是有的同學能夠通過觀察。從外形各異的眾多晶體中發現它們所具有的共同特征（結晶化學中稱為而角不變定律，不同的晶型面角不同）。這個發現遠遠超出實驗指示書的要求，其中隱含的理論問題為同學們保持旺盛的求知欲及探究主動性起到很好的作用。

通過這個簡單的化學實驗，同學們是否已經感到開始步入科學之門了？

責任編輯 侯秀姣