有關(guān)苯等有機(jī)溶劑的研究性學(xué)習(xí)案例設(shè)計(jì)

姚志強(qiáng) 王巍

摘 要：探究性學(xué)習(xí)作為當(dāng)今熱門(mén)的教學(xué)方法，不僅關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的積累，更關(guān)注學(xué)生對(duì)探究活動(dòng)的體驗(yàn)和對(duì)科學(xué)方法的掌握，引導(dǎo)學(xué)生手腦并用地主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題。根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》“活動(dòng)與探究建議”中有關(guān)“苯等在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，以及對(duì)健康的危害?！钡慕ㄗh，設(shè)計(jì)了一則有關(guān)苯等有機(jī)溶劑的研究性學(xué)習(xí)案例，以供一線教師參考使用。

關(guān)鍵詞：苯及同系物;探究實(shí)驗(yàn);研究性學(xué)習(xí);案例設(shè)計(jì)

一、設(shè)立研究課題：探究苯等有機(jī)溶劑對(duì)魚(yú)存活的影響

1.研究的目的和意義

苯、甲苯、二甲苯及丙酮均是重要的化工原料，生活中常用來(lái)做涂料、填料、有機(jī)溶劑等。苯等有機(jī)物的產(chǎn)量和生產(chǎn)技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志之一，我國(guó)已在多地建設(shè)起PX（對(duì)二甲苯的化工生產(chǎn)）項(xiàng)目。有些人認(rèn)為苯等有機(jī)溶劑屬于劇毒物，會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康造成損害，又有些人認(rèn)為他們屬于微毒物，不會(huì)影響到人們的日常生活。那么，苯等有機(jī)溶劑到底對(duì)生活有沒(méi)有影響呢？為此，筆者針對(duì)“苯、甲苯、二甲苯及丙酮對(duì)魚(yú)存活的影響”進(jìn)行相關(guān)研究，旨在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主體功能，讓其在解決問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握探究技能、關(guān)心社會(huì)，提高學(xué)生的思維能力、想象能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及創(chuàng)新意識(shí)。

2.教學(xué)目標(biāo)

（1）加深對(duì)苯及同系物、丙酮的認(rèn)識(shí)，了解相關(guān)性質(zhì)。

（2）通過(guò)分析問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

（3）增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，進(jìn)一步理解化學(xué)源于生活，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)價(jià)值觀。

二、確定研究方案

1.劃分研究小組

根據(jù)學(xué)生報(bào)名情況，教師將學(xué)生分成兩組。第1組任務(wù)為：苯、甲苯、二甲苯和丙酮的相關(guān)知識(shí);第2組任務(wù)為：相同用量的苯、甲苯、二甲苯和丙酮對(duì)泥鰍的存活影響及苯、甲苯、二甲苯和丙酮的不同用量對(duì)泥鰍的存活影響。

2.確定研究方案

第1組：將組內(nèi)人員分成若干小組，利用圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)資源查閱有關(guān)資料，經(jīng)研討、匯總、整理后，形成報(bào)告。

第2組：將組內(nèi)人員分成若干小組，分別查閱、討論并確定一種可行的實(shí)驗(yàn)方法，探究苯、甲苯、二甲苯和丙酮對(duì)泥鰍的生存影響。經(jīng)查閱、總結(jié)得知，探究苯及同系物、丙酮對(duì)泥鰍的方法共有三種：第一種為將苯等物質(zhì)分別直接加入泥鰍生存的水中，密封進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于苯及同系物不溶于水，加入水中的苯及同系物會(huì)在水的上層形成油膜，泥鰍喜好躥出水面呼吸后再于水下游動(dòng)，這一特征就使不同泥鰍攝入苯量不同，難以保證實(shí)驗(yàn)條件的同一性。第二種為將苯等物質(zhì)加入水中后，用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌后靜置一段時(shí)間，分液，用余下混合液體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第三種為將苯及同系物分別移取到小試管中，各自懸掛于四個(gè)錐形瓶?jī)?nèi)并密封，利用試劑易揮發(fā)的性質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。考慮到實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)潔性和學(xué)校的設(shè)備條件，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下采用第三種實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

三、研究成果匯報(bào)

1.第一組報(bào)告苯、甲苯、二甲苯和丙酮的相關(guān)知識(shí)

苯、甲苯及二甲苯俗稱(chēng)三苯，在常溫下均為無(wú)色、透明液體，密度均比水小。苯的化學(xué)反應(yīng)大致有三種，分別為取代、加成和氧化;苯是化工重要原料，可以合成一系列苯的衍生物。甲苯化學(xué)性質(zhì)活潑，可進(jìn)行氧化、磺化、硝化等反應(yīng);甲苯廣泛用于染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、火炸藥、助劑、香料等精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)，也用于合成材料工業(yè)。二甲苯一般為對(duì)二甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯及乙基苯的混合物，化學(xué)性質(zhì)與甲苯相似;二甲苯作為溶劑廣泛應(yīng)用于涂料、樹(shù)脂、染料、油墨等行業(yè)，醫(yī)藥、農(nóng)藥方面也是優(yōu)良的合成單體或溶劑。三苯都有毒性，是生活飲用水、地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和污水排放標(biāo)準(zhǔn)中控制的有毒物質(zhì)指標(biāo)。三苯一般由吸入、食入或經(jīng)皮膚吸收進(jìn)入人體，短時(shí)間吸入高濃度的氣體或長(zhǎng)期吸入低濃度氣體均可引起身體損害，造成急性或慢性中毒。因此國(guó)家對(duì)三苯的含量有著嚴(yán)格的規(guī)定，國(guó)標(biāo)GB5749-2006飲用水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求水中含量：苯≤ 0.01 mg/L，甲苯≤ 0.71 mg/L，二甲苯≤ 0.5 mg/L。丙酮在常溫下為無(wú)色透明液體，密度小于水，可以進(jìn)行加成、氧化、縮合等反應(yīng);工業(yè)上丙酮是重要的有機(jī)合成原料，也用作稀釋劑、溶劑、提取劑等;丙酮急性中毒表現(xiàn)為對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的麻醉作用，長(zhǎng)期接觸會(huì)出現(xiàn)眩暈、灼燒感、咽炎等。

2.第二組報(bào)告相同用量的苯、甲苯、二甲苯和丙酮對(duì)泥鰍的存活影響

（1）實(shí)驗(yàn)用品。

苯、甲苯、二甲苯、丙酮、泥鰍若干（約3 cm長(zhǎng)）、自來(lái)水（暴曬）、魚(yú)缸（或臉盆）、帶塞錐形瓶（250 mL）、量筒（10 mL、200 mL）、小試管、移液管（20℃量程1 mL分度值0.02 mL;20℃量程5 mL分度值0.05 mL）、燒杯（500 mL）、膠頭滴管、玻璃棒、小漁網(wǎng)。

（2）實(shí)驗(yàn)方法。

①用暴曬24h的自來(lái)水喂養(yǎng)泥鰍24h。

②用一組較大范圍用量的苯、甲苯、二甲苯和丙酮對(duì)泥鰍進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，確定在3小時(shí)內(nèi)苯、甲苯、二甲苯和丙酮對(duì)泥鰍百分之百致死最小量和24小時(shí)以上泥鰍存活最大量，得出以下數(shù)據(jù)：苯：<0.02 mL、0.20 mL;甲苯：<0.02 mL、2.00 mL;二甲苯：0.10 mL、>5.00 mL;丙酮：>5.00 mL>5.00 mL（注：出于儀器測(cè)量范圍的限制和藥品有毒性的考慮，藥品的移取規(guī)定最小量為0.02 mL，最大量為5.00 mL）。在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上選擇合適的幾個(gè)用量點(diǎn)，作為實(shí)驗(yàn)藥品的用量。

③用清水洗凈五組錐形瓶，標(biāo)號(hào)為A、B、C、D、E，前四組每組四個(gè)錐形瓶，E組為一個(gè)錐形瓶。用量筒各量取200 mL自來(lái)水加入錐形瓶中，并用漁網(wǎng)撈取泥鰍放入其中，每個(gè)錐形瓶放三條。

④用移液管分別移取0.02 mL、0.1 mL、1.0 mL、5.0 mL苯、甲苯、二甲苯、丙酮分別加入小試管中，并將小試管迅速放入上述A、B、C、D四組錐形瓶中，蓋緊膠塞密封，E組直接密封。

⑤觀察泥鰍的生存狀況并記錄數(shù)據(jù)，見(jiàn)下表：

一定量的苯、甲苯、二甲苯和丙酮對(duì)泥鰍的存活影響表（h）

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⑥結(jié)論：由上表可以得知：苯、甲苯、二甲苯和丙酮對(duì)泥鰍的生存有影響。相同用量的苯、甲苯、二甲苯和丙酮對(duì)泥鰍生存影響不同：苯對(duì)泥鰍的存活影響最大，丙酮對(duì)泥鰍存活影響較小。苯、甲苯、二甲苯和丙酮用量越大對(duì)泥鰍的生存影響越大;少量的苯、甲苯、二甲苯對(duì)泥鰍存活有影響，少量的丙酮對(duì)泥鰍存活影響較小。因此生活中在選擇溶劑、油漆等含三苯的用品時(shí)需謹(jǐn)慎，盡量不用或少用含三苯的物質(zhì);使用含三苯及丙酮的用品時(shí)需做好防護(hù)準(zhǔn)備，如佩戴口罩、手套等，家具或建材中含苯等化合物需開(kāi)窗通風(fēng)或選用合適的化學(xué)、物理方法凈化。

3.討論

（1）由于泥鰍存在個(gè)體差異性，記錄的數(shù)據(jù)有浮動(dòng)。

（2）三苯及丙酮的揮發(fā)性快慢及水溶性忽略不計(jì)。

（3）實(shí)驗(yàn)中需做好防護(hù)措施，實(shí)驗(yàn)后死亡的泥鰍及廢液要專(zhuān)門(mén)處理。

（4）本實(shí)驗(yàn)不能作為檢測(cè)三苯和丙酮毒性大小的依據(jù)。

四、教學(xué)體會(huì)

探究性學(xué)習(xí)要求學(xué)生自己收集、分析信息，篩選有價(jià)值的信息，教師只是指導(dǎo)者而非主導(dǎo)者。探究性實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種創(chuàng)新方式，讓學(xué)生通過(guò)探究實(shí)踐活動(dòng)提高動(dòng)手、動(dòng)腦能力并激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，能夠讓學(xué)生真正體會(huì)“從做中學(xué)”的含義，最終能將知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)生活。探究性實(shí)驗(yàn)課題多數(shù)來(lái)源于生活，苯、甲苯、二甲苯和丙酮是生活中常見(jiàn)的有機(jī)溶劑，學(xué)生并不陌生，通過(guò)對(duì)苯、甲苯、二甲苯和丙酮對(duì)泥鰍的存活影響實(shí)驗(yàn)的探究，不但使學(xué)生能更深刻地理解所學(xué)內(nèi)容，還能學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)的方法和辯證的思維發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題并最終解決問(wèn)題，樹(shù)立起積極的情感、態(tài)度、價(jià)值觀，擔(dān)負(fù)起社會(huì)的責(zé)任感和歷史使命感。

參考文獻(xiàn)：

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編輯 馬燕萍