從實驗中體驗化學操作的樂趣——基礎實驗化學之離子檢驗

杜一帆

一、案例背景

以科學合理的教學手段提高課堂教學的質量、有效性，這是課堂教學的最終目標。而在課堂中創設良好的問題情境，則恰恰是目前課堂教學的一項重中之重。曾有著名學者說：“創造始于問題，有了問題才會思考，有了思考，才有解決問題的方法，才有找到獨立思路的可能。”由此可見，問題情境對于課堂教學的重要性。現階段，科學有效的問題情境創建不僅是廣大化學教師積極探索的一項課題，同時也是實現學生課堂主體，激發學生探索欲望，引導學生結合所學知識展開探究，繼而感受化學知識生成的重要途徑。而在傳統的課堂中，受到時間、設備、材料等諸多因素的制約，使得學生親自參與實踐的機會少之又少。基于這個現狀，本校開設了基礎實驗化學這門選修課，鼓勵學生自行設計、參與實驗，并在學生中引起了好評。

在學習了專題2和專題3之后，雖然學生對大多數離子的檢驗有了初步的了解，但是依然存在著相應的不足和短板。比如：四氯化碳萃取的是碘離子還是碘單質等。因此，筆者在課堂中將全體學生進行了分組，并設計了一道平日常見的問題供他們討論。之后，再由兩組各選代表到講臺上講解、操作。適度地將課堂交給學生，不僅可以有效培養他們的實驗操作技能，同時還可以讓學生對化學知識產生進一步的了解。本課致力于考查學生對離子檢驗知識的同時，也希望能夠培養學生之間合作交流的習慣。

二、教學流程

流程1：課前學生根據實驗題目以小組為單位確定實驗方案

流程2：小組分別選取代表，且每個小組有7分鐘的實驗時間

流程3：第一組展示由教師點評，以后由其他小組評價展示組的實驗方案。

流程4：教師一邊演示一邊進行總評。

三、教學過程

【情境創設】課前討論：小組設計方案。

已知某溶液中已經存在K+、Na+，還可能存在NH4+、Fe3+、Fe2+、I-、SO42-、CO32-，根據提供的試劑和儀器，設計檢驗實驗，確定溶液中各離子存在與否。

實驗試劑：pH試紙，紅色石蕊試紙、氯化鋇溶液、稀硝酸、稀鹽酸、淀粉溶液、稀硫酸、硝酸銀溶液、雙氧水溶液、濃氫氧化鈉溶液、稀氫氧化鈉溶液、四氯化碳溶液（150ml）、蒸餾水、硫氰化鉀溶液。

實驗儀器：酒精燈、試管若干支、試管夾、火柴、洗瓶、膠頭滴管、試管架、鑷子。

附：待測溶液（學生事先未知）：碘化鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸銨的混和溶液150ml。

要求：在開展實驗的過程中，將實驗方案以框圖的形式表示出來，小組確定方案后，當實驗完成后再由小組進行統計，歸納所含離子。每個小組有7分鐘的展示時間。

附：待測溶液（學生事先未知）：碘化鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸銨的混合溶液150ml。

由于學生事先并不知道溶液中含有哪些離子，所以本次實驗對于學生而言為探究性實驗，其中隱含的未知因素可以有效激發學生的探究熱情。

【探究點】這里的離子檢驗存在很多干擾，①若直接滴加硝酸銀，產生的硫酸銀、碳酸銀會干擾碘離子的檢驗，而亞鐵離子的淺綠色在濃度較稀的時候顏色不容易分辨;②若直接滴加氯化鋇，則碳酸根離子和硫酸根離子均會產生白色沉淀;③在檢驗I-的時候，一般會采取先用一種氧化劑氧化，將I-氧化為I2，這個時候可以用四氯化碳和淀粉溶液來檢驗。可是當離子濃度較小時，萃取途中不易看出顏色變化，而如何排除離子的干擾并得出正確的結論，這無疑對學生提出了較高的要求。

【學生展示及評價】

學生展示方案一：

（1）觀察顏色，若溶液呈無色，可判斷不含有Fe2+和Fe3+。

（2）取少量待測液體，滴加稀鹽酸，有氣泡產生，繼續滴加硝酸銀產生白色沉淀，而未見到淡黃色沉淀，則證明存在SO42-、CO32-，而不存在I-。

（3）另取少量待測液體，加入氫氧化鈉，加熱，產生能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體，則證明有NH4+。

最終結論：溶液中含有SO42-、CO32-、NH4+;不含有I-、Fe2+和Fe3+。

教師點評：此方法說明了學生對于離子檢驗問題仍然存在一定的誤區。比如在（2）中加入稀鹽酸引入了Cl-雜質，當這個問題在筆試中作為一個判斷題時，學生能很快發現這個明顯的錯誤。在學生互評環節，同學也可以指出這個錯誤。但是，“當局者迷，旁觀者清，”當學生自行設計時，這個問題便會立即顯現出來，這是其一;其二，若I-濃度較小時，即使沒有Cl-的干擾，白色渾濁中夾雜的黃色AgI也不容易被觀察到。由此可見，加深學生對理論的認知，提高學生的操作技巧，并將兩者結合，這是當前學生學習化學過程中亟需提高的一項能力。

學生展示方案二：

（1）觀察顏色，溶液呈無色，可判斷無Fe2+和Fe3+。

（2）取少量待測液，滴加氯化鋇溶液，產生白色沉淀，再滴加稀鹽酸，無氣體產生且沉淀未見溶解，則判斷溶液中無CO32-，而存在SO42-。

（3）另取少量待測液體，加入氫氧化鈉，加熱，產生能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體，則證明有NH4+。

（4）另取少量的待測液體，加入稀鹽酸和過氧化氫，振蕩，滴加淀粉溶液變藍，則證明有I-。

最終結論：溶液中存在SO42-、NH4+、I-;不存在其他離子。

學生點評：此結論與實際情況不同。在理論上該方案存在可操作性，實際上在第（2）步的操作中，加入氯化鋇之后，溶液變渾濁，而此時滴加稀鹽酸，由于溶液渾濁，肉眼無法觀察到是否有氣泡產生，而在渾濁的溶液中滴加稀鹽酸，沉淀是否出現部分消失也很難觀察到，因此，所下的結論會與實際情況相悖，正確的操作步驟則是先讓渾濁的溶液沉淀下來，然后再滴加稀鹽酸，若產生氣體，則證明原溶液中存在CO32-。

學生展示方案三：

（1）觀察顏色，溶液呈無色，可暫定不含有Fe2+和Fe3+。

（2）取少量待測液體，滴加稀鹽酸，有氣泡產生，則證明原溶液中存在CO32-。再滴加氯化鋇溶液，產生白色沉淀，則證明原溶液中存在SO42-.

（3）另取少量待測液體，滴加NaOH，無明顯現象，則確定溶液中不存在Fe2+和Fe3+，加熱，產生能使濕潤紅色石蕊試紙變藍的氣體，則證明有NH4+。

（4）另取少量待測液體，滴加稀鹽酸和過氧化氫，再加入CCl4，振蕩，下層顯淺紫色，則證明存在I-。

最終結論：溶液中存在SO42-、CO32-、I-;不存在其他離子。

學生點評：在觀看前面兩組同學操作的同時，第三組同學也迅速作出了調整。調整的時候，第三組學生對干擾例子的排除的因素以及其可操作性進行了分析，從而確保本組檢測步驟符合要求。

教師總評：這個離子檢驗題本身就具有很強的干擾性，三組同學在設計實驗方案的時候都經過了認真思考，雖然在操作過程中出現了一些小問題，但總體來看還算達標。實際的操作和理論設計在一定程度上會出現偏差，這是很正常的。因此，我們不僅要把理論知識掌握扎實，更需要在實驗中運用起來。例如，Fe2+在濃度較小的時候淺綠色并不明顯，不容易被看出來，因此不能簡單地通過顏色來判斷，因此，在滴加NaOH的過程中需要額外強調。

檢驗試劑的選擇也需要注意靈敏度。例如在I-檢驗過程中，當第三組同學完成萃取時，由于振蕩不充分，發現淺紅色不是很明顯。而且由于I-濃度本身較低，氧化后得到的碘單質不多，本身萃取的時候就不容易觀察，因此萃取過程一定要振蕩充分，否則分層現象將不明顯。

教師一邊演示一邊點評：

若得到含碘單質的水溶液后，換用淀粉溶液來檢驗，則藍色非常明顯，淀粉溶液在檢驗靈敏度上比四氯化碳要強，因此在選擇試劑的時候要注意靈敏度的把握。例如，如果你想再次確認Fe3+不存在，就可以用靈敏度更高的KSCN溶液來檢驗，如果溶液沒有呈血紅色，則Fe3+就可以確認不存在。

演示：取待測液加入KSCN溶液，無明顯現象。

另外，在設計過程中，看到部分同學直接用CCl4來萃取I-、檢驗I-的存在，這里需要強調一下，CCl4萃取的是碘單質，只有將I-氧化為碘單質后才能被萃取，這也是很多同學的誤區。

演示：向碘化鉀溶液中直接加入CCl4，無明顯現象。

四、案例反思

本節課以某道離子檢驗題作為案例，讓學生自行設計演示實驗，并鼓勵學生自行參與、自行操作，這是對學生動手能力與思維能力的一次考驗。而有趣的是，在本次課堂教學過程中，在學生的操作環節中還設有“同學互評”這一環節，可以有效引導學生展開互評，繼而加深學生對離子檢驗的理解和認知，同時還能間接培養他們的動手能力，讓他們進一步掌握實驗步驟。

化學需要實踐，只有良好的實踐與體會，學生才能更加深刻地把握知識。所以在課堂教學中，教師要嚴格避免“紙上談兵”，必須做好理論與實踐的有機結合。不過，有些實驗在理論中可以輕松完成，但挪到現實中時卻存在許多的限制因素，從而發生預想之外的情況。這時，必須指導學生及時對實驗方案進行改良。這樣，便間接培養了學生的隨機應變能力。此外，學生天性對未知事物充滿好奇，而對未知溶液的探究恰恰可以最大限度地激發學生的探究欲望，從而讓他們產生“這里會出現什么？生成什么？產生什么？”的疑問心理。而正如某位英國學者所言：“一無所知的人不會懷疑任何事情。”在這種好奇心和疑問的驅使下，試問學生又怎么會學不好化學呢？

此外，選修課的評價方式不能僅僅停留在筆試上，還可以適當地考查學生的動手能力，觀察他們的操作熟練度以及個體存在的某些問題。從而讓教學實現理論與實踐的相結合。而正如上述所言，這堂課不僅僅考查了學生對離子檢驗知識的掌握情況，同時還間接培養了學生的動手能力和操作能力，從而為最終選修課考核提供了寶貴依據。

？誗編輯 楊兆東