“紙層析法”教學實踐引發的思考

趙震亞

（湖州中學浙江湖州313000）

“紙層析法”教學實踐引發的思考

趙震亞

（湖州中學浙江湖州313000）

文章從蘇教版高中化學《實驗化學》（選修）教材中關于“紙層析法分離混合物”的實驗教學實踐出發，結合探究性教學實踐案例，探討了在高中化學教學中傳統化學分離技術與現代化學分離技術的相關性，提出重視現代技術的教學是符合新課程標準的精神，有利于培養學生科學素養的觀點。

傳統化學分離技術；現代化學分離技術；色譜分離技術；紙層析法

化學分離技術是中學化學教學中非常重要的知識。傳統的化學分離技術主要有：結晶法、沉淀法、熱分解法、萃取分液法、蒸餾法、滲析法等分離方法，在新課程背景下新教材中引入了一些現代分離技術的內容，如色譜分離技術，而紙層析法（屬于經典的液相色譜法，又稱為紙上色譜分離法）分離混合物，可用于化學性質相近的混和物的分離，特別適宜于微量物質的分離和鑒別，具有原理易懂、操作簡單、分離效能高、所需儀器簡單、重現性好、應用范圍廣等特點，是比較適合中學生學習的一種物質分離方法。

在實際教學中，我們常遇到這樣一些情況，一方面，教師普遍對這個課題不是很重視，似乎這個紙層析法課題很“另類”（“菠菜的葉綠體中色素的提取和分離”恰好是生物學科的一個傳統實驗），如果《實驗化學》（選修）教材內容不是高考內容的話，完全可以“忽略不計”；另一方面，有些老師認為這種方法和結晶法、沉淀法、萃取分液法、蒸餾法等傳統分離方法相比，不是那么“重要”。但是傳統的化學分離技術與現代化學分離技術在化學本質和原理作用上是一體的，也許對于考試本身來講，結晶法、沉淀法、萃取分液法、蒸餾法等傳統分離技術更重要一些，但是對于化學這門學科來講，兩者各有特點和適用范圍，是不可分割的。

一、現代實驗技術教學是新課程標準的要求

高中化學新課程在化學分析方法的定量化和實驗手段的現代化方面，跟以往的化學課程相比有了很大的改進?！秾嶒灮瘜W》教學指導意見中明確指出教材在編寫思路上有以下特點：關注現代化學實驗技術和化學發展趨勢，增強教材的時代感。

隨著科技的發展，各種先進的實驗裝備、設施將會越來越多地在化學實驗及其教學中得到應用，這一必然趨勢已在新課程標準中得到體現。如精密電子天平、數字測溫儀、數字式pH儀、導電儀、紅外光譜儀、紫外和可見光譜儀、氣象色譜分析儀、質譜分析儀、溶解氧測定儀、COD測定儀等設備的使用已被提及。

二、現代分離技術是化學實驗最重要組成部分

鑒定物質的化學成分需要定性分析，測定物質的各組分的含量需要定量分析，確定物質的結構需要結構分析。而化學實驗的現代化科學手段的發明與使用，是和人類對物質的組成和結構的探索分不開的。

截止2012年，在CAS數據庫中登記的化合物總數達到大約4328萬個，而日常所見樣品均為混合物，成分復雜，各組分含量迥異。而對于復雜樣品定性、定量分析的前提是什么？分離！而混合物的分離技術則是化學中對物質進行定性和定量研究的前提和基礎，其重要性不言而喻。因此，在中學化學教學中滲透現代分離技術知識的學習，有利于培養學生良好的基本實驗科學素養。

三、現代分離技術思想已經滲透到高考試題中

在歷年高考化學試題中，實驗題一直是不可或缺的一部分，開放性、學科內綜合性及實驗能力的考察是近幾年高考化學實驗試題的最重要特點。但是對學生基本實驗科學素養的考察一直是高考試題命題者沒有忽視的問題，這表現在試題答案以及試題本身的設計之中。例如2007年廣東高考第23題，作為一道經典實驗設計試題，在最近幾年的多省市高考試題中都出現了這種類型的試題。原試題如下：

已知某混合金屬粉末，除鋁外還含有鐵、銅中的一種或兩種，所含金屬的量都在5%以上。請設計合理實驗探究該混合物金屬粉末中鐵、銅元素的存在。

僅限選擇的儀器和試劑：燒杯、試管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、藥匙；1mol/L硫酸、2mol/L硝酸、2mol/LNaOH溶液、20%KSCN溶液。完成以下實驗探究過程：（1）提出假設：

假設1該混合金屬粉末中除鋁外還含有______元素；

假設2該混合金屬粉末中除鋁外還含有______元素；

假設3該混合金屬粉末中除鋁外還含有Fe、Cu元素。

（2）設計實驗方案

基于假設3，設計出實驗方案。

（3）實驗過程

根據（2）的實驗方案，敘述實驗操作、預期現象和結論。（表格略）

本題的核心問題是：①銅和鐵的分離：加稀硫酸，在沒有分離的情況下，銅、鐵離子相互干擾，無法檢驗。②分離過程中試劑用量的控制：量變引起質變，氫氧化鈉、稀硫酸、稀硝酸用量的控制非常重要。

然而題干中“所含金屬的量都在5%以上”這句話卻讓一些細心的學生甚至老師產生“困惑”：什么意思？為解決本題提供了怎樣的信息？參考答案也似乎讓我們都認為這是一句可有可無的話。但是我認為這句話恰恰體現了命題者嚴謹的科學態度。可以設想，如果試題中分離的不是有顏色或易發生顏色變化的無機金屬銅、鐵離子，而是無色、不易產生顏色變化的有機物質；這樣的分離問題該如何解決？如果分析對象含量不是大于5%，而是降低成百上千倍，那么這樣的分離問題又該如何解決呢？顯然，再使用傳統的沉淀法等分離方法是無法解決上述問題的，這就需要使用色譜分離技術等現代化學分離技術才能解決以上問題，因此，在教學中要充分重視紙層析法等內容的教學，并可以適當延伸到色譜分離技術，了解分析化學的一些基本知識，不僅能有利于培養學生對實驗試題的正確理解，還能培養學生嚴謹的科學態度，為學生在將來的進一步深造打下扎實的基礎。

四、現代分離技術是探究性學習需要掌握的知識

從紙層析法課題教學實踐來看，這個課題很好地體現了新課程中的理念之一：關注生活中的化學現象，能夠運用化學知識分析解決有關問題。

在蘇教版高中化學《實驗化學》（選修）教材中分別選取了以下幾個關于“紙層析法分離混合物”的實驗：課題2：“用紙層析法分離鐵離子和銅離子”拓展課題1-2：“菠菜的葉綠體中色素的提取和分離”拓展課題1-3：“用粉筆進行層析分離”其中選取“用紙層析法分離鐵離子和銅離子”作為基礎課題。

教材中紙層析法這個課題及兩個拓展課題一方面有助于學生對紙層析法的實用價值有更進一步了解，另一方面也可以讓學生認識到化學分離技術的應用之廣泛，使學生對于化學分離技術有更深刻的體會和認識。我理解，學生掌握了紙層析法的原理和操作方法，其目的和作用并不僅僅局限于能對離子、葉綠素等進行分離，更重要的是有利于開展以探究為核心的研究型學習。

以探究為核心的多樣化教學，是現在中學新課程改革中改變課堂教學方式環節中極為受關注的內容?；谡n題的綜合與開放教學，是改變傳統課堂教學方式的重要組成部分之一。然而，適合中學課堂實際的課題的選擇，不可避免地要涉及到色譜分析技術等現代化學分離技術的應用。在實際教學中，我嘗試指導學生對現在人們越來越關注的食品安全問題，以三鹿牛奶三聚氰胺事件為代表，進行了探究式學習。

我在教學中提出以下問題作為學生探究性學習的課題：牛奶中有沒有三聚氰胺？（定性分析），有！有多少？（定量分析）。引導學生對牛奶中是否有三聚氰胺以及含量進行探究學習，在探究學習過程中，學生必然會查詢到有關使用到傳統的化學分離技術的知識。因為牛奶中蛋白質含量測定方法，我國長期以來一直采用“國標方法：GB 5009.5-1985（凱氏定氮法）”，凱氏定氮法（Kjeldahldetermination）作為測定化合物或混合物中總氮量的一種方法。是在有催化劑的條件下，用濃硫酸消化樣品從而將有機氮都轉變成無機銨鹽，然后在堿性條件下將銨鹽轉化為氨，隨水蒸氣餾出并為過量的硼酸溶液吸收，用已知濃度的H2SO4（或HCl）標準溶液滴定，根據HCl消耗的量計算出氮的含量，然后乘以相應的換算因子，即可得蛋白質的含量。由于蛋白質含氮量比較恒定，可由其含氮量計算蛋白質含量，故此法是經典的蛋白質定量方法。其中用到的化學分離技術主要是蒸餾法。凱氏定氮法的化學原理是：

然而，問題是蛋白質中含氮量大約為15%～17%，不法分子為了提高牛奶中含氮量，會向牛奶中添加三聚氰胺，其結構簡式為其含氮量為66%（俗稱“蛋白粉”），添加了三聚氰胺的牛奶，用常規定性方法、凱氏定氮法無法解決！

而三聚氰胺的定性、定量分析實際上并不復雜，“國標方法：GB/T 22400-2008原料乳中三聚氰胺快速檢測液相色譜法”（原理略），學生可以通過各種途徑查閱，各種資料不難獲得相關檢測方法。教學實踐證明，如果學生具備了基本的紙層析法知識，是不難理解這種方法的原理和操作方法的。

通過這次探究性學習過程，我更深一步理解了新課程“關注現代化學實驗技術和化學發展趨勢，增強教材的時代感”這一指導思想的精髓所在，也更進一步理解了教材編寫者安排“紙層析法分離混合物”的實驗課題的意圖。

綜上，在教學中要充分認識到現代化學分離技術的重要性，做到在重視結晶法、沉淀法、萃取分液法、蒸餾法等傳統分離方法教學基礎上，也要充分重視現代分離技術的的教與學，將兩者有機地結合起來，從較高的層面去理解色譜分析技術、精密電子天平、質譜分析儀等現代化學實驗技術，看到現代化學的發展趨勢，做到傳統與現代技術有效結合，體現模塊的教育教學價值，全面發展學生的科學素養。

［1］胡小剛.分析化學與現代色譜分析.“國培計劃”（2010）中小學骨干教師研修項目華南師范大學“高中化學子項目”專家講座

［2］王磊.化學核心知識的高質有效教學概論.“國培計劃”（2010）中小學骨干教師研修項目華南師范大學“高中化學子項目”專家講座

［3］浙江省普通高中新課程實驗化學學科教學指導意見

［4］王祖浩，王磊.化學課程標準（實驗）解讀［M］.武漢：湖北教育出版社，2004

1008-0546（2013）08-0033-02

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.08.011