“研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法”教學(xué)反思之實(shí)驗(yàn)與計(jì)算的融合

陸小鵬

【摘 要】“研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法”是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的最根本所在，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中融入一點(diǎn)的計(jì)算更加能夠讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法在化學(xué)這門學(xué)科中的作用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。由于融入了計(jì)算，實(shí)驗(yàn)就顯得更精致，對學(xué)生也更有震撼力。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)；計(jì)算；融合；科學(xué)素養(yǎng)

近些年高考摒棄了“偏難繁舊”和純計(jì)算大題，而是將化學(xué)計(jì)算與有關(guān)的實(shí)驗(yàn)、元素及化合物知識有機(jī)地融合，試題更注重對學(xué)生化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的檢測與選拔，特別是在江蘇高考實(shí)施新方案以后尤為明顯。

而蘇教版《化學(xué)1》的第二單元“研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法”是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的最根本所在，而且其教學(xué)目標(biāo)為：初步認(rèn)識實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)條件控制、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理在化學(xué)學(xué)習(xí)和科學(xué)研究中的應(yīng)用。從知識內(nèi)容上看，本單元更加側(cè)重于總結(jié)和歸納初中化學(xué)中已學(xué)知識，更加重視讓學(xué)生從“研究物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法”這個(gè)角度來重新審視和梳理已有的化學(xué)基礎(chǔ)知識。對學(xué)生來講，本單元新增加的知識不多，主要側(cè)重于實(shí)驗(yàn)方法的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生從中體會(huì)化學(xué)研究方法，體驗(yàn)化學(xué)家研究化學(xué)物質(zhì)的基本思路。

因此在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中融入一點(diǎn)的計(jì)算更加能夠讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法在化學(xué)這門學(xué)科中的作用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。下面就物質(zhì)的分離與提純?yōu)槔?，融入一點(diǎn)的計(jì)算。

在課本第18頁，交流與討論的內(nèi)容1，實(shí)驗(yàn)室中用KClO3在MnO2催化下受熱分解制取氧氣。從反應(yīng)后的KCl和MnO2的混合物中分離、回收這兩種物質(zhì)，需要使用哪些分離方法？請簡述理由？

這部分內(nèi)容好多老師會(huì)設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生來體驗(yàn)過濾跟蒸發(fā)結(jié)晶的操作。而在這里面設(shè)計(jì)一些與計(jì)算的融合會(huì)有“意外”效果。我是這樣設(shè)計(jì)的：讓學(xué)生取12.3g的KClO3和1.0g的MnO2固體，充分混合于大試管中，加熱充分反應(yīng)，冷卻。接下來讓學(xué)生先思考，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。

學(xué)生采取的方法基本都是：1、加水溶解；2、過濾；3濾液蒸發(fā)結(jié)晶。

然而學(xué)生在實(shí)際操作中會(huì)存在很大的問題，首先加水溶解時(shí)加多少水的問題，加水加得少可能使KCl能完全溶解，加水太多后面的蒸發(fā)結(jié)晶又要太費(fèi)時(shí)間，浪費(fèi)能源。

這個(gè)時(shí)候可以提高給學(xué)生一個(gè)數(shù)據(jù)，常溫下KCl的溶解度大約為33g，讓學(xué)生計(jì)算出需要加水的量。這個(gè)地方的計(jì)算融合進(jìn)去可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，又可以鞏固剛剛學(xué)的有關(guān)物質(zhì)的量的計(jì)算，并解決加水量的問題。

n（KClO3）=n（KCl）≈0.1mol

m（KCl）=0.1mol×74.5g/mol=7.45g

33g/100g=m（KCl）/m（H2O）

m（H2O）=V（H2O）≈23mL

通過計(jì)算得到加水量V（H2O） ≈23mL

學(xué)生接下來就是溶解、過濾操作，將MnO2固體過濾出來，晾干即可得。

老師引出問題：此時(shí)得到的固體全部是MnO2嗎？如果不是可能還有什么？大家可以稱量一下晾干后固體的質(zhì)量。m≈1.1g。此處先留下伏筆。

學(xué)生繼續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，將結(jié)晶出的KCl稱出其質(zhì)量約為7.2g。這時(shí)候設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算：算出此次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物中KCl的理論產(chǎn)量（MnO2為催化劑）。

m（理論）=7.45g。

引導(dǎo)學(xué)生思考為什么實(shí)際的KCl產(chǎn)量為什么會(huì)比理論值要小，是不是實(shí)驗(yàn)操作中有什么問題或者是什么細(xì)節(jié)沒有考慮到位？學(xué)生交流討論。

原因1：過濾后的MnO2固體上殘留有KCl溶液，晾干后有KCl固體附著在其表面，從而引起實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏大。

原因2：在蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)可能有KCl損失。（MnO2上多出0.1gKCl，而實(shí)際值少了0.25g）

那如何才能解決這些問題呢？

原因1的解決：引入過濾操作后的一個(gè)關(guān)鍵的操作：沉淀的洗滌。

沉淀的洗滌問題，最近高考中考察得比較多，主要是洗滌操作的方法、洗滌劑的選擇、如何判斷是否洗滌干凈等方面。

洗滌操作方法：沿玻璃棒向漏斗（過濾器）中的沉淀上加清水至浸沒沉淀，靜置，使其全部流出后，重復(fù)操作兩到三次；洗滌劑的選擇：可以用蒸餾水、有機(jī)溶劑酒精（好處：干燥快）、被洗滌固體的飽和溶液…；判斷是否洗凈的方法：關(guān)鍵是取最后一次的洗滌液來進(jìn)行驗(yàn)證。

原因2的解決：蒸發(fā)結(jié)晶的操作要點(diǎn)：不能將溶液蒸干，出現(xiàn)較多固體即停止加熱，且用玻璃棒不斷地進(jìn)行攪拌。

所以，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案為：1、于小燒杯加入約23mL的水溶解固體樣品；2、過濾，并用水洗滌MnO2固體；3、蒸發(fā)結(jié)晶，冷卻后稱量KCl固體的質(zhì)量。

這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的形成，由于融入了計(jì)算，就顯得更精致，對學(xué)生更有震撼力。

細(xì)致的觀察是成功的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)態(tài)度的一絲不茍、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的認(rèn)真記錄和處理實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，而實(shí)驗(yàn)過程中的細(xì)致觀察，特別是對一些反?，F(xiàn)象和數(shù)據(jù)的觀察理解尤為重要。這樣通過計(jì)算的融入，學(xué)生這一節(jié)課下來就會(huì)掌握更多的實(shí)驗(yàn)技巧和實(shí)驗(yàn)技能，而且在以后的實(shí)驗(yàn)中會(huì)以更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度對待，同時(shí)也可以適當(dāng)提高學(xué)生的運(yùn)算能力和運(yùn)用已學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。

（作者單位：江蘇省黃埭中學(xué)）