《探究碘水萃取实验后回收四氯化碳》的教学设计与反思.docx
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《探究碘水萃取实验后回收四氯化碳》的教学设计与反思
《探究碘水萃取实验后回收四氯化碳》的教学设计与反思
摘要:
采用小组合作学习的模式,探究碘水萃取实验后回收四氯化碳的问题,并对这个探究进行了化学实验教学的设计;经过课堂实践,得出了简便、易行、廉价的回收方法。
关键词:
四氯化碳;教学设计;合作学习
人教版《实验化学》中的分离碘和四氯化碳的内容在高三学生知识能力范围内、有环保价值、有实用价值,是非常好的培养学生探究能力的素材。
笔者在高三复习元素化合物时,用一课时进行了尝试,课题确定为:
探究碘水萃取实验后四氯化碳的回收。
下面是这节课的教学设计。
一、教学目标
知识与技能:
进一步掌握碘单质的性质及碘单质与化合物的相互转化;进一步熟练蒸馏、过滤、萃取分液等实验操作技能
过程与方法:
通过探究碘水萃取实验后回收四氯化碳的过程,①让学生体会物质分离和提纯的核心思想:
寻找差异,扩大差异,制造差异;差异越大,分离和提纯越易②体验围绕目标设计实验的具体方法。
情感、态度与价值观:
在探究回收四氯化碳的过程中,培养学生学以致用,联系实际的习惯和尊重客观事实的科学态度。
二、教学过程
[师]先请大家做一道算术题:
我们安宜高中每个年级有32个班,每班有50人,每2人一组,每组做萃取实验时用CCl42mL,我们年级要用CCl4多少mL?
[生]32×50÷2×2=1600mL
[师]对这个数字大家有什么感想?
[生]思考、交流形成一致看法:
最好能回收处理成纯四氯化碳再利用。
但在除去其中碘还是也要回收碘上有分歧。
(设计意图:
用学生经历过的实验导入,更易使学生产生回收CCl4的自觉,形成了强烈的探究动机,为下面探究活动的进行提供了足够的驱动力)
[师]我与大家的看法一致。
至于碘的回收,可看作是除去碘之后的进一步的工作;下面我们就先一起来探究除去四氯化碳中碘的方法。
大家想一想:
物质分离和提纯的依据什么?
具体到从碘的四氯化碳溶液中除去碘、回收四氯化碳,我们己经知道了哪些依据?
给大家一些提示:
四氯化碳沸点76~77℃,易挥发;其化学性质稳定,不助燃,与酸、碱不起作用;碘易溶于碘化钾溶液,是因为发生了反应:
KI+I2=KI3。
[生]思考、交流、讨论、展示:
分离和提纯是依据性质差异,但颜色上的差异主要用于鉴别,在化学的分离和提纯中好象无法利用,淀粉遇碘显蓝色也是如此;不过活性炭会吸附有色物质,而碘有色,可能用得上;可用沸点差异,进行蒸馏分离;四氯化碳化学性质稳定,而碘有较强的氧化性易与活泼金属(镁、铝、铁)、Na2SO3溶液等反应,还因能与水有微弱的歧化反应,而能进一步与碱(NaOH、石灰水)、纯碱发生反应;另外,老师刚给的与碘化钾溶液反应的信息;这些化学性质上的差异,都有可能用得上。
(设计意图:
一方面让学生体会物质分离和提纯的核心思想:
寻找差异,扩大差异,制造差异;差异越大,分离和提纯越易;另一方面借寻找差异的形式,让学生较为系统地回顾了碘的性质)
[师]大家能够掌握“分离和提纯是依据性质差异”,并且能从物理性质到化学性质较为全面的寻找差异,很好!
需要指出的是:
活性炭吸附的有色物质通常是色素,而碘并非色素;不过活性炭吸附的广泛性和很强的吸附能力,究竟能否吸附碘,需要付诸实验。
[师]下面请大家进行“实验原理→装置→操作”的设想,并根据装置复杂性及操作的难进行初步的筛选,确定需做实验。
学习任务分工见表1。
表1:
学习任务分工
■
[生]思考、交流、讨论的结果如下:
(1)第1组的汇报见表二。
表二:
利用活性炭吸附的装置和操作的设想
■
(2)第2组汇报:
大家一致同意,不用蒸馏法。
理由:
装置复杂(要冷凝、要水浴加热),操作时间长(因为有加热,不能离人),污染空气(由于冷凝收集是开放装置,没有冷凝的CCl4蒸气会扩散到空气中;如果设计成在密闭情况下冷凝收集,则装置将更加复杂)。
(3)第3组汇报:
镁、铝、铁都做,但不用粉末,因为那要增加一个过滤或倾析;用镁条、铝丝、铁丝,若能褪为无色,取出金属丝即可。
加入Na2SO3溶液后,振荡,看试管内物混和液能否褪为无色,若能褪为无色,这种方法有可能用于回收。
不过,对上述可能获得的无色CCl4,要进行的I2和I-检验,才能确定回收是否成功。
(4)第7组汇报:
碘与NaOH溶液、石灰水、纯碱溶液、碘化钾溶液的反应,都做。
将它们分别滴入装有碘的四氯化碳溶液的试管中,振荡,如果能褪色,这种方法就有可能用于回收,完全褪色后,再转入分液漏斗分液。
[师]大家的汇报很详细、很深入,下面除第2组按每组l人分散到第6组一第10组外,其余各组按原分工开始实验。
除第1组有碘的四氯化碳溶液100ml外,其余各组只有碘的四氯化碳溶液5ml,因各组的四氯化碳量少,分液操作将集中起来做。
(设计意图:
差异化的分工,使各小组之间产生信息差,这种信息差的存在,既使交流有必要、有实质,又使每个学生能在一课当中不断地进行自主与合作、实践与语言多种学法的体验,多种学法的综合运用,可提高学生的学习效率。
设想是实施实验探究的必要步骤,设想不同于随意猜想,本环节中要学生充分地运用联想、迁移、逻辑分析等思维方式,由原理出发,思考装置、操作、预测现象、作出评价,初步确定探究方向)
[生]动手实验,观察、思考、交流、讨论。
师观察、指点、引导、帮助。
[生]汇报、交流
(1)第1组的汇报:
按设想实施,得到了无色的CCl4(生展示回收的无色的CCl4实物),效果很好。
不过有两个问题暂时没有解决,一个是该用多少活性炭?
二是用后的活性炭如何才能重复使用?
(2)第3组汇报:
Na2SO3溶液加入后,稍振荡,试管内物混和液很快褪为无色,静置后从下层吸取无色CCl4少量两份,向其中分别滴加淀粉溶液、AgNO3溶液,均无明显现象,说明CCl4中几乎无I2和I-,证明这种方法可用于回收CCl4。
镁条、铝丝、铁丝,分别分放入三支盛有碘的四氯化碳溶液的试管后,效果很不理想,只是比参照试管的红色略浅一些(生边说边展示它们的实验结果),理应能反应,却这样,我们认为可能是反应太慢,请老师将三个试管(生己在试管上做了标识)保留到明天,到明天再观察。
[师]当场答应了学生要求,并补充说明:
为了防止挥发,请在试管中加一层水,作为液封;就放在我办公桌上,方便大家课余观察。
(3)第7组汇报:
学生投影了表三
表三:
第6-9组实验操作及现象汇总表
■
由此我们得出:
①氢氧化钠和澄清石灰水都能较好的除去溶解在四氯化碳中的碘,从价格方面考虑我们觉得用澄清石灰水更好②与纯碱溶液的情况出乎意料,我们猜测可能是速度太慢,也请老师将该试管保留(师从生手中接过试管,放在第3组的试管架上)③碘化钾溶液确实能从碘的四氯化碳溶液中将碘“反萃取”出来;经分液后的得到的I2和KI的混和液还可再利用,至于分液后的得到的略显紫色的四氯化碳,可再用澄清石灰水进行l次洗涤分液就可以了。
我们也吸取了无色CCl4,用淀粉溶液、AgNO3溶液进行了检验,均无明显现象,说明CCl4中几乎无I2和I-,证明碘化钾溶液、氢氧化钠和澄清石灰水都能较好的用于回收CCl4。
[师]大家的实验和汇报很真实、很精彩。
象镁、铝、铁、纯碱溶液的情形,如非自己动手是难以想象和难以相信的;象“用淀粉溶液、AgNO3溶液来检验无色CCl4”的慎密,是很体现科学素养的。
因此,我们可以真切地感受到:
化学离不开实验,化学学习也离不开实验。
[师边说边做]下面我们先用胶头滴管将第10组试管中上层呈较浓的棕黄色的液体尽可能的吸出,放入另一小试管,将余下的混和液与第6、7组的无色的CCl4合并,转入小锥形瓶振荡,若还有色再加些澄清石灰水再振荡,至上下两层皆为无色液体,转入分液漏斗分液,注意分液操非要领:
如何放出下层液体?
何时关塞停放?
上层液体能否也从下口放出?
将得到了无色的CCl4与第1组的无色的CCl4合并,从中取样,用淀粉溶液来检验,未见蓝色。
展示最终成果:
锥形瓶中无色的CCl4、试管中呈较浓棕黄色的I2和KI混和液。
并指出:
由于CCl4易挥发,应保存于棕色瓶中;有时上面还会加一层水,进行液封,不过这时取用就要用胶头滴管从下层吸取了。
[师]现在请大家对己有的方案进行评价。
[生]思考、交流、讨论,形成了较为一致的结论:
①若只是回收CCl4,用澄清石灰水洗涤分液最好;好在试剂廉价、易得,废弃的水层不污染环境②若还考虑I2的再利用,可先用KI溶液洗涤分液,保留棕黄色的I2和KI混和液;再对略显紫色的四氯化碳层,用澄清石灰水洗涤分液。
[师]好,今天我们就学到这里,下课。
(设计意图:
让学生体验实验的设想与实验的现实可能有较大的差距,不要以设想代替现实,既要尊重实验事实,又要善于理解、分析、评价设想与现实之间的不一致,从中发现问题,并有所收获,实现有意义的学习)
[后记]将学生留察的试管放到办公桌上后,用摄像头和电脑,在视频捕捉软件的帮助下进行了视频记录:
约1.5h时插有镁条的完全褪色,约2.5h时插有铝丝的完全褪色,约4h时插有铁丝的完全褪色,约38h时加纯碱溶液的完全褪色。
第二天,利用课余时间,展示了结果,并与学生一起探究了,生成的MgI2在何处的问题。
实验过程为:
再取完全褪色的CCl41ml,向其中滴加淀粉溶液,无明显现象,说明CCl4中几乎无I2;再取完全褪色的CCl41ml,向其中滴加AgNO3溶液,无明显现象,说明CCl4中几乎无I-;CCl4回收成功,可重复使用。
再用2ml水洗镁条,向水洗液中滴加AgNO3溶液,立即看到黄色沉淀。
实证了生成的MgI2在镁条表面。
学生们形成了第③个结论:
若只是回收CCl4,采用向碘的四氯化碳溶液中加镁条、铝丝或铁丝的方法也很好,因为操作最简单,只要在碘的四氯化碳溶液中放入这些金属丝,待完全褪色后,再取出这些金属丝即可,连分液都不用。
(设计意图:
由于这些意外生成,是磨课时就预设的,没有当堂解决,而是尊重学生意愿,运用技术手段,帮助学生达成意愿,是为了充分利用学生的好奇心,进一步激发学生的求知欲、探究欲,强化他们的学习积极性,事实表明效果很好)
三、磨课过程及教学反思
通过对后列参考文献[1]-[5]的研读,有两个体会,一是即使简单如中学碘的性质的化学知识,一旦应用于解决实际问题,由于切入角度的不同,由于知识与实际的某些脱节,也会变为探究的“富矿”,这就要求我们教师多阅读、勤思考、善于联系实际,只有这样,才能引导学生进行新鲜的、真实的探究。
二是这五篇文章都是教师自己在做探究,这样的探究很有科学价值,然而我在研读时发现,他们的探究并未过多地涉及高深的理论或知识,更多的是他们真实的运用实验探究手段,做了大多数高中化学教师可以做而未做的事,使他们有了这些教科研成果,这给我以启发:
为何不将这些探究搬进课堂,作为孩子们进行探究的素材,为他们设计鲜活而真实的探究教学呢。
恰在此时,看到了参考文献[6],为我教学设计的顺利进行提供了极大的帮助,文章中“化学实验教学――按照化学教学的需要,将化学实验的内容进行适当的组合与设计,依据化学教学理论组织起来的化学实验完整体系称之为化学实验教学”的论述,高度概括的区别了化学实验与化学实验教学,给我以极大的触动;从这个角度讲,本文就是在进行一次化学实验教学,而非一次化学实验。
在确定课题前,特地与我县的五所高中化学实验员们了解情况,知道他们在萃取实验后,对碘的四氯化碳溶液一直都是一倒了之,没有想过要进行四氯化碳的回收。
与其与他们空谈回收之必要,不如实实在在地为他们寻找一易行的回收方法,方便他们进行回收。
在找出易操作的“镁条、铝丝、铁丝”方法后,将推广应用到我县的五所高中化学实验室。
课题确定后,首先到实验室做了实验,对“镁、铝、铁、纯碱溶液”的反常情形,在课前己经知道是反应速度慢所致(因为放置到第二天再观察时,亦已褪色)。
因为本实验教学并不立意于探究它们为何反应速度异常,故未在这方面深入,不过为了让学生真实感知褪色的过程,我们还是做了用摄像头和电脑,在视频捕捉软件的帮助下进行了视频记录的准备工作,并且未采用课上播放关键截频的方式。
事实证明:
学生对留察试管的关注,极大地激发了学生的化学学习热情,在用课余时间进行[后记]所述教学时,教室内因有其他班级学生坐入,济济一堂,热情之高,多年未见。
关于碘是否回收,在设计之初就颇感为难,首先为难在回收碘有无实际价值上,参考文献[1]、[2]、[3]均认为回收碘无实际价值,只立意于回收四氯化碳。
我也作了有关计算:
因为在25℃时,I2在水中的溶解度为0.029克,每个年级有32个班,每班有50人,每2人一组,每组做萃取实验时用饱和碘水10ml,全年级一次萃实验总共用饱和碘水8000mL完全回收其中的碘,最多也只能得到2.32g,确实价值不大。
因此,有现实意义的是从碘水萃取实验后,溶有碘的四氯化碳溶液中,提纯回收四氯化碳。
虽然如此,对善于思考的学生却会引发疑问:
既然没有价值,那么工业上真是用萃取碘水中碘的方法制取碘的吗?
因此设计时留了一个“保留碘化钾反萃取出的呈较浓棕黄色的I2和KI混和液”的做法,让学生体会虽末回收到纯碘,但碘亦可以不浪费。
实验是定性的,没有上升到定量,有不少不够精确的地方,第1组学生实验后的汇报中,就涉及了活性炭用量的问题。
[参考文献]
[1]唐敏.碘和四氯化碳的分离实验探究[J].化学教学,2010(5).
[2]陆燕海.海带提碘实验中溶剂CCl4回收的创新设计[J].化学教学,2010(7).
[3]满旭.从碘的四氯化碳萃取液中回收四氯化碳的探究[J].化学教学,2007(9).
[4]顾晔.对实验“四氯化碳萃取碘水中碘”的探究[J].化学教学,2007(3).
[5]熊美容.不能用蒸馏的方法分离碘和四氯化碳[J].化学教育,2009(7).
[6]韩程明.不可忽视的“化学实验教学设计”[J].化学教育,2010(9).
(责任编辑:
张华伟)
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