初中化學“飽和溶液”實驗的比較和改進

許雪珠 陳培亮

廣東省珠海市南屏中學(519060) 廣東省珠海市第十三中學(519060)

義務教育教科書人教版化學九年級下冊設計了氯化鈉和硝酸鉀溶于水兩個實驗,旨在通過實驗來讓學生建立“飽和溶液”和“不飽和溶液”的概念,并總結一般情況下“飽和溶液”與“不飽和溶液”的轉化關系[1]。人教版初中化學教材中的實驗存在以下不足:①實驗耗時長,無法完成課堂教學任務;②個別操作成功率低,因硝酸鉀溶解吸熱,“在20 mL水中第一次加5 g硝酸鉀”和“加熱硝酸鉀飽和溶液后加入5 g硝酸鉀”這兩個過程中都可能出現固體未完全溶解的現象;③實驗的設計不完善,比如“加入15 mL水后氯化鈉完全溶解”和“加熱后,硝酸鉀完全溶解”這兩個過程并不能說明溶液一定就為不飽和溶液。

以上不足導致任課教師在本節課的教學中往往會面臨演示實驗和教學進度二者不可兼得的困境。因此,筆者嘗試參考國內其他版本初中化學教材[2-6],對該實驗進行改進。

1 國內其他版本教材“飽和溶液”實驗比較

國內其他版本初中化學教材有關“飽和溶液”實驗的裝置、內容和操作各不相同。筆者對其進行實踐并歸納出各個實驗的操作要點、優點和不足見表1。

表1 國內其他版本初中化學教材“飽和溶液”實驗的比較

2 實驗改進的思路

分析國內其他版本初中化學教材有關“飽和溶液”的實驗特點,結合國內同行的改進實驗[7-8],筆者總結了該實驗改進的主要思路:①保證實驗的科學性和完整性是前提。改進實驗的設計必須能讓學生建立“飽和溶液”和“不飽和溶液”的概念和判斷方法,總結一般情況下飽和溶液與不飽和溶液的轉化關系和結晶方法;②大大縮短實驗時間是關鍵。人教版“飽和溶液”實驗藥品用量偏多,探究溫度對溶液飽和狀態影響的實驗最耗時。因此,適當減少藥品用量,合理優化實驗步驟才能縮短實驗時間,保證課堂教學深入開展,做到實驗和教學兩不誤;③提高實驗成功率是教學效果的保障。操作簡便、現象明顯、成功率高的實驗有利于增強學生學習化學的興趣,促進思維和能力的發展;④盡量少改動教材,這樣才能使改進實驗更好推廣。基于教材改進實驗,改進者可以充分、有效利用教材及其配套資源,這會大大減輕教師備課壓力和學生作業負擔。

3 實驗改進方案

3.1 實驗用品

儀器:試管(20 mm×200 mm)2支、酒精燈、試管夾、50 mL和250 mL燒杯各1個、玻璃棒、塑料藥匙。

藥品:氯化鈉、硝酸鉀、蒸餾水、自來水(冷卻用)。

3.2 實驗準備

圖1 加熱硝酸鉀飽和溶液實驗準備

(1)在50 mL的燒杯中加入10 mL水。

(2)如圖1所示,在試管A中加入8 mL水和5 g硝酸鉀固體,振蕩并冷卻至室溫待用(有固體剩余);用塑料藥匙末端取少量硝酸鉀放入試管B待用。

(3)實驗步驟、現象和結論見表2。

表2 改進實驗的步驟、現象和結論

圖2 加熱和冷卻硝酸鉀溶液實驗

4 改進實驗的優點

(1)該實驗能讓學生建立“飽和溶液”和“不飽和溶液”的概念并學會判斷方法。結合“海水曬鹽”的教學資源,學生容易總結出一般情況下飽和溶液與不飽和溶液的轉化關系和結晶方法。

(2)該實驗通過減少藥品用量、刪去教材中硝酸鉀溶于水的步驟、改變加熱和冷卻的方式,使實驗時間由30 min左右縮短至6 min,適用于學生分組實驗并能使課堂教學深入開展。

(3)該實驗成功率高,實驗效果明顯,有助于學生根據實驗證據進行分析和歸納,促進其科學思維的形成。

(4)該實驗是基于人教版教材的改進實驗,可以充分和有效利用教材及其配套資源,大大減輕教師備課壓力和學生作業負擔,便于推廣。

(5)該實驗藥品用量少,而且步驟5～7的藥品可以反復使用,體現綠色化學的理念。

5 改進實驗的說明

在實際教學過程中,有學生和老師提出“將熱的硝酸鉀溶液放入冷水中,試管是否會炸裂”。筆者查閱了相關資料[9],發現普通玻璃的炸裂不僅受到溫差的影響,還跟玻璃的厚度和受熱方式有關(水平作用不發生破裂)。改進實驗加熱試管A之后,將溶液倒入試管B,振蕩。經過實驗過程中的自然散熱、溶液轉移時試管B吸熱和硝酸鉀溶解吸熱等過程,冷卻時試管溫度一般都在70 ℃以下。而該實驗通常在2-3月份完成,水溫大多為10～20 ℃之間。由于溫差小、試管玻璃厚度小而且冷卻是均勻作用在試管裝有溶液的整個部分,因此,實驗過程中并沒有出現過試管炸裂的現象。設置步驟4和步驟6是為了說明“沒有未溶解固體的溶液不一定為不飽和溶液”。在教學中,教師可以根據學生的水平刪除實驗,將其改為讓學生設計實驗。