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1.1實驗平時成績考核
(1)實驗預(yù)習(xí)報告。學(xué)生應(yīng)該對以下幾部分進(jìn)行充分預(yù)習(xí),并體現(xiàn)在預(yù)習(xí)報告上:實驗原理和實驗?zāi)康模ú殚喯嚓P(guān)資料認(rèn)真理解);實驗所用儀器設(shè)備的性能和使用方法;實驗所用原料和產(chǎn)物的物化性質(zhì);實驗的難點;實驗存在的安全隱患以及處理方法。這五項占5分。
(2)課堂問答。課堂問答不僅能夠檢查學(xué)生預(yù)習(xí)的情況,而且能夠加深學(xué)生對預(yù)習(xí)知識的再次理解。例如在講授重結(jié)晶提純法的時候,當(dāng)老師提問重結(jié)晶的概念時,此時學(xué)生立即在腦海中搜索重結(jié)晶的概念,已經(jīng)會的同學(xué)相當(dāng)于又復(fù)習(xí)了一遍,而記憶不牢固的學(xué)生此時會翻書找到對應(yīng)的答案,加深對重結(jié)晶概念的理解。課堂問答占5分。
(3)實驗操作。在課堂上認(rèn)真、全面地評價學(xué)生的實驗操作是非常必要的。實驗操作以20分計。
(4)實驗?zāi)芰?。實驗?zāi)芰Φ目己耸墙⒃谡_的實驗操作上的,實驗?zāi)芰Φ目己税ǎ簩嶒灛F(xiàn)象的正確觀察、實驗結(jié)果的處理、實驗臺的整潔、實驗紀(jì)律共計15分。以簡單分餾為例:實驗現(xiàn)象的正確觀察,通過觀察溫度計的讀數(shù),準(zhǔn)確收集各餾分計5分。實驗結(jié)果處理的規(guī)范性、準(zhǔn)確性、真實性計6分。實驗臺的整潔占2分。實驗紀(jì)律占5分。
(5)實驗報告。實驗報告應(yīng)該是對整個實驗過程的真實寫照。一份不具有真實性的實驗報告寫得再好也要以零分計,這樣既可以督促學(xué)生認(rèn)真做實驗,也能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。一份真實的實驗報告同樣也有著質(zhì)量的優(yōu)劣,一份好的實驗報告應(yīng)該包括以下幾部分:實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗儀器及藥品(藥品包括物化性質(zhì))、實驗裝置圖、實驗過程、實驗結(jié)果及處理、思考題、實驗反思八部分組成。共計10分。
(6)文獻(xiàn)翻譯。閱讀文獻(xiàn)是科研能力中至關(guān)重要但又最為簡單的一種技能,在整個學(xué)期的過程中要求學(xué)生翻譯2篇英文文獻(xiàn),這樣既開闊了學(xué)生的眼界,又加深了學(xué)生對有機(jī)化學(xué)實驗的理解。文獻(xiàn)翻譯計5分。
1.2期末成績
期末成績應(yīng)該由筆試成績和操作成績兩部分組成。筆試成績主要考察平時上課提問的問題,以及一些在此基礎(chǔ)上延伸的問題,計20分。操作考試主要是針對平時實驗操作、實驗?zāi)芰Φ脑俅慰疾?,?0分。
(1)筆試。筆試的出題范圍主要是課后習(xí)題、課堂問答以及在此基礎(chǔ)上的延伸。筆試卷面分占50分,換算成最終成績的20分。
(2)實驗。實驗的考核主要是對平時實驗操作、實驗?zāi)芰Α嶒瀳蟾娴榷喾N形式的綜合考查。占20分。
2有機(jī)化學(xué)實驗新考核方法的意義
2.1提高了學(xué)生學(xué)習(xí)實驗的主動性積極性
通過課前、課中、課后平時成績的考核方式,使學(xué)生意識到實驗報告只是實驗成績的一部分,其他很多方面都是組成實驗成績的重要部分,這就使學(xué)生的注意力很大一部分轉(zhuǎn)移到課堂上來,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)實驗的主動性和積極性。
2.2培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力
葛國文等[1]在對醫(yī)學(xué)專業(yè)畢業(yè)質(zhì)量追蹤調(diào)查中發(fā)現(xiàn),畢業(yè)生有明顯的科研后勁不足的跡象,其中動手操作能力、綜合分析能力最為欠缺,這與醫(yī)學(xué)院校的實驗教學(xué)有著直接的關(guān)系,其中實驗教材的內(nèi)容絕大多數(shù)為驗證性的內(nèi)容,從根本上限制了學(xué)生潛能的發(fā)揮。潘慧娟等[2]及我們多年的實驗教學(xué)中的調(diào)查中得到如下結(jié)論:有較多的學(xué)生希望教師能作一些實驗教學(xué)改革,增加一些綜合性、設(shè)計性和開創(chuàng)性的實驗,給學(xué)生一個探索實踐的空間,以充分培養(yǎng)和發(fā)掘他們探索創(chuàng)新的興趣和科研能力。乙酰水楊酸對從事化學(xué)的人來說是一個較為熟悉的有機(jī)產(chǎn)品,在有機(jī)實驗教材中是經(jīng)典的有機(jī)合成實驗[3,4]。本實驗的改進(jìn)是,將其合成微量化和成組實驗,用離心沉淀代替了抽濾分離,使實驗時間大為縮短;乙酸酐和水楊酸的用量比例較教科書中大大減少;催化劑用碳酸氫鈉等對環(huán)境友好的試劑代替了濃硫酸,實現(xiàn)了安全化、經(jīng)濟(jì)化、綠色環(huán)?;⒃诓僮魇掷m(xù)和裝置上作了簡化,使實驗?zāi)芸焖偻瓿桑繉嶒瀮?nèi)容在3~4h內(nèi)很容易完成,為學(xué)生開展探索性實驗創(chuàng)造條件。由于微型化學(xué)實驗可以大量節(jié)約化學(xué)原料,減少環(huán)境污染,并能適當(dāng)減少實驗時間,還有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,因此受到人們的廣泛重視。
1 主要實驗儀器和試劑
1.1 主要儀器
10ml的小試管;15ml的離心管;2.5ml的注射器;恒溫水箱(±1℃);離心機(jī); XT-4顯微熔點測定儀。
1.2 實驗試劑
水楊酸(C.P);乙酸酐(C.P,新蒸);無水碳酸鈉(C.P);無水碳酸氫鈉(C.P);無水硫酸氫鈉(C.P);無水硫酸鈉(C.P);磷酸氫二鈉(C.P);磷酸二氫鈉(C.P);磷酸三鈉(C.P);濃硫酸(C.P);95%乙醇(C.P);FeCl3水溶液(1%);HCl(1∶3) (C.P)。
2 實驗操作部分
2.1 乙酰水楊酸的合成方法及探索性實驗方案
2.1.1 合成方法
向10ml干燥的小試管中加入約0.20g干燥的水楊酸和20mg無水碳酸氫鈉作催化劑,用干燥的注射器加入0.3ml的乙酸酐。輕輕搖動后,放70℃的水浴中反應(yīng)10min后取出,趁熱加入5ml的冷蒸餾水和1滴HCl(1∶3)溶液并不斷攪拌,然后置于冰水浴中冷卻30min,小心用玻棒壓碎結(jié)晶倒入15ml的離心管中,在離心機(jī)中離心分離,棄去上清液,并用冷水洗滌產(chǎn)品(3次,每次約0.5ml)后在離心機(jī)中離心分離,棄去上清液,得白色產(chǎn)品粗乙酰水楊酸0.22g,產(chǎn)率84%。
2.2 粗產(chǎn)品的精制
在2.1步驟中制得的上述各種粗產(chǎn)品加入約1.0ml乙醇(65%)水溶液,在熱水浴加熱至產(chǎn)品溶解完全,得到無色透明溶液,停止加熱后趁熱加入4.0ml溫?zé)岬恼麴s水,如有結(jié)晶析出則在水浴中加熱至結(jié)晶完全溶解后移出水浴,讓溶液冷卻至室溫后,放入冰水浴中冷卻30min。冷卻結(jié)晶后,小心用玻棒壓碎結(jié)晶,使析出的結(jié)晶沉于離心管底部,在離心機(jī)中離心分離,棄去上清液,滴入10滴蒸餾水洗滌結(jié)晶,再離心分離出水分,取出晶體并在濾紙上擠壓、烘干。得白色結(jié)晶即乙酰水楊酸產(chǎn)品。產(chǎn)品在電子天平上稱量約得0.16g。
2.3 產(chǎn)品的檢驗
取少許乙酰水楊酸產(chǎn)品,用約1ml 95%乙醇溶解,加FeCl3(1%)溶液1滴,溶液不顯紫紅色,說明產(chǎn)品中已無水楊酸。
在XT-4顯微熔點測定儀中測定產(chǎn)品的熔點為136℃,達(dá)熔點時分解。
2.4 探索性實驗方案的設(shè)計
讓學(xué)生在其它反應(yīng)條件不變的情況下分別使用不同的催化劑(如無水碳酸鈉、無水碳酸氫鈉、無水硫酸鈉、無水硫酸氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸三鈉、濃硫酸和磷酸等)、不同的乙酸酐的用量、不同的反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間等,這些反應(yīng)條件由學(xué)生通過實驗結(jié)果分析來確定最佳的反應(yīng)條件。
3 討論
3.1 本實驗的優(yōu)點
一是用離心分離的方法代替了抽濾分離,比文獻(xiàn)[3,4]中的正常實驗減少了反應(yīng)步驟,縮短了實驗時間,達(dá)到快速完成的目的;避免了產(chǎn)品在多個步驟中的損失,如粘在濾紙等,使產(chǎn)率大為提高,為實現(xiàn)微型化實驗提供有利條件;可進(jìn)行成組實驗,為實現(xiàn)學(xué)生進(jìn)行探索性研究的目標(biāo)創(chuàng)造了條件。二是實驗采用微型化,藥品、試劑的使用量比正常的實驗減少10余倍,能養(yǎng)成學(xué)生勤儉節(jié)約的良好習(xí)慣。三是用碳酸氫鈉、碳酸鈉等作催化劑對環(huán)境友好的化學(xué)試劑代替濃硫酸等試劑,對操作的學(xué)生而言安全性大為提高,同時對環(huán)境保護(hù)起到積極作用,使綠色化學(xué)的觀念深入學(xué)生的心中;四是用注射器量取乙酸酐可提高準(zhǔn)確性,也使實驗的速度大大加快,保證整個實驗?zāi)茉陬A(yù)定時間里完成。
3.2 精減課時,提高學(xué)生動手能力
隨著醫(yī)學(xué)教育改革的不斷深入,減少醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)課時數(shù)是大勢所趨,如何利用有限的教學(xué)時間讓學(xué)生完成更多的實驗,掌握更多的知識,提高他們的實驗技能和科研素質(zhì)是我們亟待解決的問題。改革實驗教材增加綜合性、設(shè)計性和探索性的實驗內(nèi)容是提高醫(yī)學(xué)生的實驗動手能力和培養(yǎng)他們的科研素質(zhì)的最有效的途徑。本實驗由于使用快速微型化的實驗方法,使乙酰水楊酸的合成的時間大大縮短,為實現(xiàn)探索性實驗創(chuàng)造了條件,以往最少要兩次實驗課如今僅一次實驗課就可完成,達(dá)到了減少教學(xué)時數(shù)而教學(xué)內(nèi)容不減少的目標(biāo)。
3.3 指導(dǎo)學(xué)生將實驗報告寫成小論文
大學(xué)生在做醫(yī)學(xué)實驗時均應(yīng)書寫實驗報告,這是因為實驗報告既是實驗課的重要內(nèi)容,又是科學(xué)研究的一個重要部分,同時還是科研論文的第一手資料。小論文是一種新的模式,它介于實驗報告和畢業(yè)論文專題之間,其新穎、簡化、便于保存的特點更能激發(fā)學(xué)生的實驗熱情,有助于提高學(xué)生的興趣、自信和寫作能力。
乙酰水楊酸的制備是有機(jī)化學(xué)合成實驗中重要的內(nèi)容,其合成方法也有多種。在實驗教學(xué)中以教材提供的合成路線為主進(jìn)行合成,學(xué)生在實驗前查閱其他教材、相關(guān)文獻(xiàn)或數(shù)據(jù)手冊,在對反應(yīng)物、目標(biāo)產(chǎn)物、中間物質(zhì)的物理性質(zhì)充分了解的基礎(chǔ)上,選擇合理的實驗條件、設(shè)計實驗細(xì)節(jié),以提高產(chǎn)率、減少副反應(yīng)為目的,也可嘗試新的合成方法如微波合成等,也可就如何減少實驗誤差、及實驗室污染方面進(jìn)行討論,形式多樣。在合成實驗中可以找到很多論文的題目。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:綠色化;有機(jī)化學(xué)實驗;教學(xué)模式
1引言
有機(jī)化學(xué)實驗是應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程、輕化工程、生物科學(xué)、食品科學(xué)、材料化學(xué)、動物科學(xué)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等理工科專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課,也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、動手操作和科研創(chuàng)新能力的重要組成部分。隨著環(huán)境污染問題的日益加劇,人們的環(huán)保意識逐漸增強,實驗教學(xué)中的污染問題逐漸受到大家的關(guān)注。在有機(jī)實驗教學(xué)當(dāng)中,每天會有大量的廢液、廢氣、廢渣未經(jīng)處理直接排放出去,不僅對環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害,同時也造成了嚴(yán)重的資源浪費[1-3]。因此,如何減少實驗教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中的排放和污染,實現(xiàn)有機(jī)實驗教學(xué)綠色化改革,是我校乃至全國高校迫切需要解決的問題[4-9]。為此,對有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容和安排進(jìn)行了初步改革,對綠色化有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)進(jìn)行了探索。
2實驗教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)意識
實驗室教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念和意識的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)[10]。在實驗教學(xué)過程當(dāng)中讓學(xué)生意識到化學(xué)實驗的必要性與危害性,養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念,提高學(xué)生的綠色環(huán)保意識。要求在學(xué)生實驗之前,認(rèn)真預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容與步驟,查閱資料掌握所用試劑、藥品、催化劑的基本性質(zhì),意識到其對身體健康及社會的危害性。培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗操作習(xí)慣和安全意識,規(guī)范學(xué)生基本操作,減少和避免取樣過程中樣品的揮發(fā)、泄露和灑落。實驗之后,引導(dǎo)學(xué)生對每次產(chǎn)生的廢液、廢氣、廢渣按照要求進(jìn)行分類回收處理,杜絕亂丟亂放的不良習(xí)慣。
3合理安排實驗內(nèi)容與順序,開設(shè)串聯(lián)反應(yīng)和多步反應(yīng)
傳統(tǒng)有機(jī)實驗是孤立的單個實驗,實驗的目的就是為了合成某個化合物,而且所合成的化合物沒有實際用途,其處理和排放都會對環(huán)境帶來負(fù)面的影響。我們通過合理的設(shè)計實驗內(nèi)容和調(diào)整實驗順序,將單個的實驗內(nèi)容串聯(lián)成一個系列,或者開設(shè)多步反應(yīng),既能使得學(xué)生掌握基本實驗操作技能,又使得每步反應(yīng)產(chǎn)物都能用于下一個或者下一步反應(yīng),前一實驗的產(chǎn)品成為后一制備實驗的原料,提高藥品的利用率。減少了藥品購置成本,同時也減少了污染和排放。酯化反應(yīng)是必須掌握的基本實驗操作之一。在實驗當(dāng)中我們開設(shè)了苯甲酸乙酯的制備實驗,此實驗以濃硫酸為催化劑,苯甲酸和乙醇為反應(yīng)原料。我們有計劃地安排苯甲酸的制備、純化實驗,將實驗系統(tǒng)有機(jī)地串聯(lián)起來,鞏固和加強各實驗之間的聯(lián)系,掌握各官能團(tuán)之間的轉(zhuǎn)化方法,實現(xiàn)教學(xué)效果和綠色環(huán)保的雙贏。我們首先安排苯甲醛的歧化反應(yīng),在堿作用下,苯甲醛發(fā)生歧化反應(yīng)得到苯甲醇和苯甲酸,掌握和理解了歧化反應(yīng)的原理及其應(yīng)用。將得到的苯甲醇用于微波條件下高錳酸鉀氧化制備苯甲酸,掌握和鞏固醇的氧化反應(yīng)內(nèi)容。前面兩種反應(yīng)所得到的苯甲酸一起用于苯甲酸的重結(jié)晶實驗,不僅將所有的苯甲酸得以回收,同時掌握和理解了采用重結(jié)晶提純固體化合物的方法和原理。將重結(jié)晶所得到的苯甲酸純品繼續(xù)用于苯甲酸乙酯的制備實驗,實現(xiàn)了苯甲酸的回收利用,減少了其排放導(dǎo)致的污染,實施方案如圖1所示。仲醇、叔醇主要采用格氏試劑與醛酮反應(yīng)進(jìn)行制備,其制備過程涉及諸多基本操作技能。我們開設(shè)了2-甲基-2-己醇的制備實驗,采用丁基溴化鎂格氏試劑與丙酮進(jìn)行反應(yīng),再水解得到目標(biāo)產(chǎn)物。因此我們先開設(shè)正丁醇制備正溴丁烷的實驗,在正丁醇與溴化鈉和濃硫酸進(jìn)行反應(yīng)得到正溴丁烷。將得到的正溴丁烷進(jìn)行純化、干燥后用于丁基溴化鎂格氏試劑的制備,最后與丙酮反應(yīng)、水解得到目標(biāo)化合物。如圖2所示,整個串聯(lián)化實驗過程中,掌握了格氏試劑的制備方法和無水實驗操作原理和技能,避免了正溴丁烷的排放和處理,同時掌握和鞏固了三級醇的制備方法。多步驟反應(yīng)的開設(shè)是本科有機(jī)實驗當(dāng)中必不可少的環(huán)節(jié),通過多步驟實驗的訓(xùn)練,能夠進(jìn)一步鞏固學(xué)生實驗基本操作,提高實驗操作技能,提升實驗教學(xué)質(zhì)量,減少和避免廢棄物的排放。局部麻醉劑對氨基苯甲酸乙酯的制備實驗涉及四步反應(yīng),如圖3所示。第一步反應(yīng)是將對甲苯胺用乙酸酐處理將其轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的酰胺,避免在氧化過程中氨基被氧化。第二步是將對甲基乙酰苯胺中的甲基氧化成相應(yīng)的羧基,得到相應(yīng)的羧酸鹽。第三步是將得到的乙酰氨基苯甲酸鹽進(jìn)行水解酸化得到對氨基苯甲酸,最后是將對氨基苯甲酸在濃硫酸催化下與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)得到對氨基苯甲酸乙酯。整個反應(yīng)過程涉及到氨基的保護(hù),芳烴側(cè)鏈的氧化,酰胺的水解及酯化反應(yīng),操作涉及步驟多,知識覆蓋面廣。長鏈烷基苯及其衍生物是重要的藥物、光電材料及液晶材料中間體,長鏈烷基苯不能通過傅克烷基化直接進(jìn)行制備,需要先傅克?;雽?yīng)的?;?,再采用黃明龍還原法還原得到,具體制備路線如圖4所示。這種教學(xué)模式使得每個每步反應(yīng)產(chǎn)品都能得到回收利用,減少了藥品購買開支和廢棄物的處理與排放,也對學(xué)生操作要求更高。雖然是單個的實驗,但一旦實驗失敗、產(chǎn)品量不足或產(chǎn)品純度不夠,后續(xù)實驗可能無法進(jìn)行,使得學(xué)生必須認(rèn)真規(guī)范地對待每一個每一步實驗。同時將所學(xué)理論知識系統(tǒng)地串聯(lián)起來,充分調(diào)動了學(xué)生實驗操作的積極主動性、探索性和嚴(yán)謹(jǐn)性,培養(yǎng)和增強了學(xué)生綠色環(huán)保意識。
4結(jié)束語
綜上所述,通過綠色化有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)模式的實施的嘗試,培養(yǎng)了學(xué)生的綠色環(huán)保意識,減少和避免了廢棄物的排放對環(huán)境的負(fù)面影響,同時在保證教學(xué)質(zhì)量的同時,進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和積極主動性。在今后的實驗教學(xué)中,將結(jié)合教學(xué)形式、內(nèi)容進(jìn)一步不斷研究和探索綠色化實驗教學(xué)方法,從源頭上杜絕污染物的排放,徹底實現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實驗的綠色化。
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高中化學(xué)實驗的知識很多,學(xué)生在復(fù)習(xí)時會有無從下手的感覺,這就需要我們在復(fù)習(xí)過程中加以引導(dǎo),本文僅從化學(xué)實驗基本操作和常見物質(zhì)的分離、提純及鑒別方面的內(nèi)容談?wù)勗趶?fù)習(xí)過程中的一些看法。
一、化學(xué)實驗基本操作:
化學(xué)實驗基本操作主要包括:常用實驗儀器的選用與洗滌,常用藥品的保存與取用,物質(zhì)的溶解、加熱、蒸發(fā)與結(jié)晶是,蒸餾、萃取與分液、過濾、溶液的配制,酸堿中和滴定,常見氣體的制備、凈化、收集、實驗裝置氣密性的檢驗,實驗儀器的裝配等。
化學(xué)實驗基本操作是正確進(jìn)行化學(xué)實驗的前提,是提高化學(xué)實驗?zāi)芰Φ幕A(chǔ)。在復(fù)習(xí)化學(xué)實驗基本操作時,除結(jié)合課本復(fù)習(xí)外,還應(yīng)到實驗去,對照實物或掛圖,回憶以前做過的實驗,有條件的可以將重點實驗重做一啟遍,邊操作,邊思考,或利用多媒體演示裝置把重點實驗演示一遍,以便達(dá)到深刻理解,熟練掌握。
例:實驗室制備硝基苯的主要步驟如下:
(1)配制一定比例的濃硫酸和濃硝酸的混合酸,加入反應(yīng)器中;
(2)向室溫下的混合酸中逐滴加入一定量的苯,充分振蕩,混合均勻;
(3)在50―60℃下發(fā)生反應(yīng),直至反應(yīng)完全;
(4)除去混合酸后,粗產(chǎn)品依次用蒸餾水和5 %的NaOH溶液洗滌,最后再用蒸餾水洗滌劑;
(5)將用無水氯化鈣干燥后的粗硝基苯蒸餾,得到純凈的硝基苯。
請?zhí)顚懸韵驴瞻祝?/p>
(1)配制混合酸時,操作應(yīng)注意的事項是
。
(2)步驟(3)中,控制溫度在50―60℃下進(jìn)行,常用的方法時 。
(3)步驟(4)中洗滌、分離硝基苯應(yīng)使用的儀器是
。
(4)步驟(4)中粗產(chǎn)品用5 %的NaOH溶液洗滌的目的是。
(5)純硝基苯是無色、密度比水(填“大”或“水”)
,具有氣味的油狀液體。
分析:本題以現(xiàn)行高中化學(xué)實驗為基礎(chǔ)進(jìn)行命題,主要是考查實驗中有關(guān)的實驗操作,實驗方法的選擇,常用實驗儀器的選用,實驗原理的描述及有關(guān)物質(zhì)的基本性質(zhì)等知識與技能。題目以苯的硝化反應(yīng)實驗為載體來設(shè)問,所提出的問題許多都在化學(xué)實驗基本操作操作中具有普遍的意義。
濃硫酸和濃硝酸的配制,是學(xué)生沒有親自實踐過的操作,但是可以由初中化學(xué)重點學(xué)習(xí)的濃硫酸稀釋的操作進(jìn)行遷移,這在分析中要注意對學(xué)生的引導(dǎo),讓學(xué)生弄清楚在配制兩種密度不同的液體的混合液時的操作方法。
第二小題,控制反應(yīng)溫度在50―60℃(100℃),就采用水浴加熱的方法,這一小問因為要涉及使用溫度計,所以可把中學(xué)實驗中要用溫度計的實驗總結(jié)一下,讓學(xué)生仔細(xì)體會各個實驗中溫度計使用方法不同的原因何在。
第三、四兩個小題,意在向?qū)W生傳遞一個信息:實驗中制得的硝基苯僅是粗產(chǎn)品,其中除主要含有硝基苯外,還含有殘留的混合酸和其他副產(chǎn)物,從而加深學(xué)生學(xué)生對有機(jī)化學(xué)反應(yīng)特點的認(rèn)識。第三小題還考查學(xué)生對硝基苯在水中的溶解性的了解和分液漏斗的使用,因此在這里也可以引導(dǎo)學(xué)生回憶相關(guān)知識,以加深學(xué)生對知識的理解。
二、 常見物質(zhì)的分離、提純和鑒別:
物質(zhì)的分離、提純,在實驗操作方法上涉及到物質(zhì)的溶解、過濾、蒸發(fā)與結(jié)晶,蒸餾或分餾、分液、萃取,升華、滲析、洗氣及氣體的干燥與凈化。在化學(xué)原理上涉及到試劑的選擇及加入順序的確定等。物質(zhì)的鑒別主要涉及利用物質(zhì)的特性或離子的特征反應(yīng),限用給定的試劑,限用一種試劑或不用其他試劑,把有關(guān)物質(zhì)或離子鑒別出來。
在進(jìn)行物質(zhì)的分離時一般應(yīng)注意以下幾個問題:
1、被分離的物質(zhì)要盡量分離完全;
2、被分離的物質(zhì)在分離后要復(fù)原為原來的狀態(tài);
3、分離后不得帶入新的雜質(zhì)。
關(guān)于物質(zhì)提純實驗應(yīng)遵循的原則:
1、除陽離子雜質(zhì)用陰離子,除陰離子雜質(zhì)用陽離子,將有關(guān)的雜質(zhì)離子轉(zhuǎn)化為沉淀或氣體;
2、所選用的試劑應(yīng)不帶入其他無關(guān)離子(除雜不加雜);
3、為使雜質(zhì)離子除“凈”,所加試劑應(yīng)“稍過量”;
從天然藥物化學(xué)實驗的教學(xué)實踐出發(fā),對其中蘆丁的提取、分離和鑒定實驗進(jìn)行了微型化探討,并進(jìn)行了有益的教學(xué)嘗試,教學(xué)效果得到了較大改善。
【關(guān)鍵詞】 天然藥物化學(xué)實驗; 微型化; 教學(xué)實踐; 蘆丁
研究微型化學(xué)實驗的初衷是為了實驗室的安全和環(huán)境保護(hù),2005年教育部、國家環(huán)保總局了關(guān)于加強高等學(xué)校實驗室排污管理的通知,要求地方各級教育和環(huán)保行政主管部門將高校實驗室、試驗場列入環(huán)境監(jiān)測范圍。而天然藥物化學(xué)實驗中用到的揮發(fā)性、易燃易爆、有毒有害試劑很多, 實驗產(chǎn)生的“三廢”回收處理問題,需要投入大量人力、經(jīng)費等等,同時因?qū)嶒灂r間較長,難在規(guī)定的學(xué)時內(nèi)完成相應(yīng)的教學(xué)任務(wù),所以減少試劑用量和縮短實驗時間成為天然藥物化學(xué)實驗亟待解決的問題。改變教學(xué)手段,實施微型實驗是勢在必行的。本研究以天然藥物化學(xué)實驗教學(xué)中蘆丁的提取分離為例在這方面進(jìn)行了有益的嘗試。
1 從教學(xué)實踐現(xiàn)狀出發(fā),激發(fā)學(xué)生興趣
蘆丁的提取分離是實驗大綱中一個必做項目。蘆丁有比較廣泛的用途,在醫(yī)藥上用做高血壓病的輔助治療,在食品中做抗氧化劑,化妝品上做防曬霜成分之一。因其在槐米中含量為20%~25%左右,所以通常選用槐米做提取實驗原料。蘆丁提取有幾種方法:甲醇回流提取法、水直接提取法、超聲波提取法等。甲醇提取法雖然很快就能觀察到晶體,但提取率很低;水提取法時間較長,容易導(dǎo)致蘆丁水解,提取率不及堿提酸沉法;超聲波提取提取率較高但雜質(zhì)含量多,收率較低。綜合以上因素,我們選用工業(yè)上用的堿提酸沉法。能從天然植物中提取出有效的活性成分(蘆丁的價格2.00元/mg),學(xué)生非常有興趣,但經(jīng)過制藥工程2004、2005年級學(xué)生163人的教學(xué)實踐,發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果不是很好。主要原因是:抽濾困難,真空泵及水槽中到處是液泡;因溶液量大調(diào)節(jié)酸堿度需用石灰乳及濃鹽酸,不易控制,而且教室中鹽酸的氣味很刺鼻;酸沉及重結(jié)晶的時間較長,很難在規(guī)定的教學(xué)時間內(nèi)完成教學(xué)任務(wù),通常需要在1~2 d的時間完成;大部分同學(xué)做出來的產(chǎn)品顏色呈褐色或偏綠色與標(biāo)準(zhǔn)品顏色相差較大;大量的殘渣很浪費,而且不好處理。基于這樣的情況,我們發(fā)動學(xué)生進(jìn)行思考,從原料取樣量、過濾、酸堿度上對原有操作進(jìn)行改進(jìn)。提出的問題很現(xiàn)實,再加上學(xué)生也想在短時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容,所以該實驗大大激發(fā)了學(xué)生的興趣。
2 從實驗微型化出發(fā),改變實驗條件
微型實驗不僅僅是表現(xiàn)為減量和小型化,更是對實驗裝置的設(shè)計改造,對實驗方案的改進(jìn)與探索。例如我們常常需要根據(jù)實驗要求和具體情況,尋找適合材料或方法來改善方案,這也是發(fā)揮師生的自主創(chuàng)新精神的好機(jī)會。
為了便于過濾,我們從微型化出發(fā),以減少過濾溶液的體積。結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶液量縮小后雖然利于過濾,但實驗效果并不好,不易觀察到現(xiàn)象。經(jīng)過進(jìn)一步實驗對其中的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了改動:原料稱樣量由以前的40 g減小到2 g(考慮槐米中蘆丁的含量、估計的提取率及后面的重結(jié)晶和鑒定實驗);分別用飽和石灰水代替石灰乳,15%HCl代替濃鹽酸調(diào)節(jié)pH(原因是溶液用量縮小后,酸堿調(diào)節(jié)pH的用量減少,所以要降低酸堿的濃度,否則溶液pH易過量);pH由以前的4~5調(diào)節(jié)至pH=3~4(目的是減少酸沉?xí)r間);加熱時用表面皿蓋住燒杯以減少水分的損失。條件改變后,實驗教學(xué)質(zhì)量和效果都得到了較大改善。
3 從實驗?zāi)康某霭l(fā),力求實驗效果
改進(jìn)后的方法經(jīng)過制藥工程2006級學(xué)生112人的實踐,效果明顯優(yōu)于以前。主要表現(xiàn)在幾個方面:每一個學(xué)生均可做完整的實驗,一方面原料用料少,不會增加原料購買量(2 g/組,以前20~40 g/組),另一方面用到的耗才很普通,常規(guī),不會增加額外耗才費用;實驗現(xiàn)象明顯,在短時間內(nèi)能觀察到整個提取、分離和重結(jié)晶現(xiàn)象,以前重結(jié)晶需要放置過夜;用到的原料量縮小10~20倍后,溶液易過濾,不會產(chǎn)生大量的氣泡,布什漏斗內(nèi)也不會有大量的濾渣堵塞孔道,從而使過濾容易時間縮短;用料少,提取液體積少,容易調(diào)節(jié)酸堿度;用料減少后并沒有影響實驗效果,提取率較以前的3%左右提高到10%左右,收率也保持在50%~60%左右;實驗時間縮短,在4 h內(nèi)能完成提取、分離及簡單的鑒定實驗;產(chǎn)品與對照品比較一致(外觀呈淡黃色晶體;熔點:172~175℃;經(jīng)色譜鑒定, Rf與對照品一致)。
此方法簡單可行,經(jīng)過制藥工程4個教學(xué)班(2006級)的實踐,效果顯著,完成了大綱中規(guī)定的教學(xué)任務(wù),同時也避免了學(xué)時與實驗時間不一致的矛盾。它不僅可用做天然藥物化學(xué)實驗的實驗指導(dǎo),同時也適合于相關(guān)課程如《天然產(chǎn)物開發(fā)與利用》的課程實驗指導(dǎo)。
4 微型實驗教學(xué)實踐中揭示的幾個問題
小型、微型化儀器精致美觀,引發(fā)了學(xué)生的實驗興趣。由于溶液量少,使學(xué)生普遍更加注意觀察實驗現(xiàn)象,關(guān)注實驗條件和精度純度,操作上粗枝大葉、不規(guī)范的現(xiàn)象大大減少,工作臺、桌面也明顯整潔。學(xué)生在實驗過程中提出的問題也比平時多,反映出學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)積極性有所提高。
實驗微型化后試劑用量少。半微量通常只有常規(guī)用量的~,微型實驗則通常只有常規(guī)用量的1/10,甚至更少,水電耗用大大減少,除節(jié)省資源、能源外,減少實驗中的“三廢”,大大改善實驗室的空氣環(huán)境,有利于保障師生健康,減少了固體廢棄物處理費用。
半微量法和微量法的實驗時間大為縮短,克服了以往實驗課普遍超時,工作量大的問題??稍谟邢薜恼n時內(nèi)安排更多的實驗項目或進(jìn)行設(shè)計性、開放性實驗,豐富教學(xué)內(nèi)容。
一、認(rèn)真研究考試說明和高考試題
考試大綱和考試說明中規(guī)定了實驗復(fù)習(xí)的范圍與考查要求,高考試題具體體現(xiàn)了考試說明的要求。認(rèn)真研究高考試題和試題分析,能夠了解命題專家對某些問題的見解,有利于豐富我們的視野。
例1.(2004江蘇)有兩個實驗小組的同學(xué)為探究過氧化鈉與二氧化硫的反應(yīng),都用如圖1所示的裝置進(jìn)行實驗。通入SO2氣體,將帶余燼的木條插入試管C中,木條復(fù)燃。
請回答下列問題:
(1)第1小組學(xué)生認(rèn)為Na2O2與SO2反應(yīng)生成了Na2SO3和O2,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是:_____________________。
(2)請設(shè)計一種實驗方案證明Na2O2與SO2反應(yīng)生成的白色固體中含有Na2SO3:_______________________。
(3)第2小組學(xué)生認(rèn)為Na2O2與SO2反應(yīng)除了生成Na2SO3和O2外,還有Na2SO4生成。為檢驗是否有Na2SO4生成,他們設(shè)計了如下方案:
上述方案是否合理_________。請簡要說明兩點理由:
①__________________________②_____________________________。
答案:
(1)2Na2O2+2SO2=2Na2SO3+O2
(2)取白色固體,加稀H2SO4,產(chǎn)生能使晶紅溶液褪色的氣體。
(3)不合理。①稀硝酸能將BaSO3氧化為BaSO4。
②如果反應(yīng)后的固體中還殘留Na2O2,它溶于水后能將SO32-氧化為SO42-。
啟示:本題是考查學(xué)生綜合能力的一道好題,不僅緊密聯(lián)系課本知識而且考查了學(xué)生的分析能力。學(xué)生在解答(3)問時如果不能回到題干中仔細(xì)閱讀Na2SO3生成的反應(yīng),則就不容易尋找到第二個理由。
二、重視教材中實驗的拓展與延伸
高考中的實驗題有不少源于教材中的演示實驗、學(xué)生實驗,或是它們的整合、重組、遷移,因此化學(xué)實驗復(fù)習(xí)中應(yīng)當(dāng)予以重視,幫助學(xué)生弄清每個實驗的目的、原理,并設(shè)計一些問題,讓學(xué)生在積極的思考中鞏固相關(guān)實驗知識。
例2. 為了測定乙醇分子的結(jié)構(gòu)簡式是CH3―O―CH3還是CH3CH2OH,實驗室利用如圖2所示的實驗裝置,測定乙醇與鈉反應(yīng)(H<0)生成氫氣的體積,并據(jù)此計算乙醇分子中能與金屬鈉反應(yīng)的氫原子的數(shù)目。
試回答下列問題:
① 指出實驗裝置中的錯誤_________________________。
② 若實驗中用含有少量水的乙醇代替相同質(zhì)量的無水乙醇,相同條件下,測得的氫氣體積將_______(填“偏大”、“偏小”或“不變”)。
③ 請指出能使該實驗安全、順利進(jìn)行的關(guān)鍵實驗步驟(至少指出兩個關(guān)鍵步驟)_________________________。
答案。①廣口瓶中進(jìn)氣導(dǎo)管不應(yīng)插入水中,排水導(dǎo)管應(yīng)插到廣口瓶底部
②偏大
③檢查實驗裝置的氣密性;加入稍過量的金屬鈉;從漏斗中緩慢滴加無水乙醇。
啟示:本題考查了乙醇的結(jié)構(gòu)的經(jīng)典實驗,教材中有裝置圖,沒有講具體實驗方法,為測乙醇結(jié)構(gòu),必須使一定量的乙醇完全反應(yīng),鈉應(yīng)足量;同時應(yīng)減少乙醇的揮發(fā)損失,乙醇要逐滴加入;準(zhǔn)確測定氫氣的體積,裝置必須有良好的氣密性。①如何方便地測得滴入燒瓶的乙醇體積?②如何減少乙醇的揮發(fā)損失?③實驗結(jié)束時如何正確讀取氫氣的體積?量筒內(nèi)導(dǎo)管為何不能太短?
三、及時歸納總結(jié),給學(xué)生系統(tǒng)化的實驗知識
在基礎(chǔ)理論、元素化合物、有機(jī)化學(xué)部分復(fù)習(xí)過程中,學(xué)生已經(jīng)接觸到較多的化學(xué)實驗知識。因此,進(jìn)行化學(xué)實驗復(fù)習(xí)時應(yīng)精心組織教學(xué)內(nèi)容,將實驗知識系統(tǒng)化,避免簡單重復(fù)。
例3. 知某純堿試樣中含有NaCl雜質(zhì),為測定試樣中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù),可用下圖中的裝置進(jìn)行實驗。
主要實驗步驟如下:
① 按圖組裝儀器,并檢查裝置的氣密性。
② 將a g試樣放入錐形瓶中,加適量蒸餾水溶解,得到試樣溶液。
③稱量盛有堿石灰的U型管的質(zhì)量,得到b g。
④從分液漏斗滴入6 mol?L-1的硫酸,直到不再產(chǎn)生氣體時為止。
⑤從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣。
⑥再次稱量盛有堿石灰的U型管的質(zhì)量,得到c g。
⑦重復(fù)步驟⑤和⑥的操作,直到U型管的質(zhì)量基本不變,為d g。
請?zhí)羁蘸突卮饐栴}:
(1)在用托盤天平稱量樣品時,如果天平的指針向左偏轉(zhuǎn),說明_________________________。
(2)裝置中干燥管B的作用是_________________________。
(3)如果將分液漏斗中的硫酸換成濃度相同的鹽酸,測試的結(jié)果_________________________(填偏高、偏低或不變)。
(4)步驟⑤的目的是_________________________。
(5)步驟⑦的目的是_________________________。
(6)該試樣中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算式為_________________________。
(7)還可以用其他實驗方法測定試樣中純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。請簡述一種不同的實驗方法:____________________________________________。
答案:(1)樣品重,砝碼輕
(2)防止空氣中的CO2和水氣進(jìn)入U型管中
(3)偏高
(4)把反應(yīng)生成的CO2全部導(dǎo)入U型管中
(5)判斷反應(yīng)產(chǎn)生的CO2是否全部排出,并被U型管中的堿石灰吸收
(6)[106(d-b)/44a]×100%
(7)答案略
討論題:
(1)如何檢查該裝置的氣密性?
(2)步驟④中稀硫酸要逐滴加入試樣溶液中?
(3)步驟⑦中“U型管的質(zhì)量基本不變”的標(biāo)志是什么?
(4)你能根據(jù)實驗裝置圖設(shè)置出實驗步驟嗎?
四、強化審題方法和答題規(guī)范訓(xùn)練
考試是通過學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成習(xí)題來實現(xiàn)的。良好解題思路的形成和嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的答題需要教師在作業(yè)、試卷的批閱和習(xí)題講評中加以引導(dǎo),對學(xué)生進(jìn)行強化訓(xùn)練。
(南通2006一模)下面是某化學(xué)學(xué)習(xí)小組的同學(xué)進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的過程,請你參與并協(xié)助他們完成相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)。
【研究課題】探究草酸晶體受熱分解的產(chǎn)物。
【查閱資料】該小組同學(xué)通過網(wǎng)絡(luò)查詢,獲得草酸及草酸晶體的一些相關(guān)知識:
備注:草酸晶體失去結(jié)晶水后,175℃以上開始分解。
【提出猜想】(1)_____________________________;
(2)分解產(chǎn)物中的氣體可能是CO、CO2或它們的混合物。
【設(shè)計方案】(1)請設(shè)計完成“猜想(1)”的實驗方案[用簡要的實驗裝置圖表示,要體現(xiàn)所使用儀器(加熱和夾持儀器不必畫出)和試劑]。
(2)化學(xué)學(xué)習(xí)小組的同學(xué)繼續(xù)利用下圖所示裝置進(jìn)行“猜想(2)”的實驗探究。已知:A、C、F中盛裝澄清石灰水,B中盛裝濃NaOH溶液,D中裝有堿石灰,E中裝有CuO。
①證明分解產(chǎn)物中有CO2的現(xiàn)象是_____________________________;
證明分解產(chǎn)物中有CO的現(xiàn)象是_____________________________。
②若未連接裝置G,要達(dá)到同樣的目的,可采取的措施是_____________________________。
【交流討論】小李同學(xué)繼續(xù)查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn):草酸是二元弱酸,酸性比碳酸強,在受熱分解過程中有少量升華;草酸鈣和草酸氫鈣均為白色不溶物。小李通過進(jìn)一步研究,對實驗中CO2的檢驗提出質(zhì)疑。試根據(jù)相關(guān)信息,指出原設(shè)計中存在的問題,并提出實驗的改進(jìn)措施。__________________________。
答案?!咎岢霾孪搿?1)草酸晶體中含有結(jié)晶水,受熱時會有水生成
【設(shè)計方案】(1)
(2)①裝置A中澄清石灰水變渾濁;裝置C中澄清石灰水不變渾濁,裝置E中黑色氧化銅變?yōu)榧t色固體,裝置F中澄清石灰水變渾濁。(不寫全不給分)②在裝置F出氣導(dǎo)管的末端放一個燃著的酒精燈。
本教學(xué)設(shè)計依據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)對物質(zhì)分離與提純的學(xué)習(xí)要求和“必修1”模塊的功能定位。高中化學(xué)課程要有利于學(xué)生進(jìn)一步了解化學(xué)學(xué)科特點,加深對物質(zhì)世界的認(rèn)識;有利于學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程,學(xué)習(xí)科學(xué)研究的基本方法,加深對學(xué)科本質(zhì)的認(rèn)識,提高創(chuàng)新精神和實踐能力。通過以化學(xué)實驗為主的多種探究活動,使學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程,激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,強化科學(xué)探究的意識,促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力[1]。
教學(xué)設(shè)計的核心目標(biāo)是:重新審視和梳理已有的化學(xué)基礎(chǔ)知識,體驗化學(xué)家研究化學(xué)物質(zhì)的基本思路。能夠根據(jù)混合物的性質(zhì)特點,選擇不同的分離方法對物質(zhì)進(jìn)行分離。本設(shè)計對學(xué)生認(rèn)識萃取的相關(guān)障礙點進(jìn)行了分析,尋找特殊事例為突破口,構(gòu)建萃取本質(zhì)的一般模型。形成了認(rèn)識萃取的有效途徑——建構(gòu)模型的教學(xué)設(shè)計思路。
二、教材呈現(xiàn)及學(xué)情分析
1. 學(xué)生的認(rèn)識發(fā)展分析
在初中《化學(xué)》學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生對物質(zhì)的分離和提純方法的體驗是分散不成體系的。如在學(xué)習(xí)水的凈化時知道過濾是將不溶于液體的固體物質(zhì)與液體分離的一種方法。隨著對物質(zhì)溶解性的認(rèn)識,知道了從溶液中析出晶體的過程叫結(jié)晶。知道從海水中提取氯化鈉用蒸發(fā)結(jié)晶的方法,從硝酸鉀溶液中獲得硝酸鉀采用冷卻結(jié)晶的方法。學(xué)到化石燃料時認(rèn)識分餾可以將石油分離成汽油、煤油等。尤其是學(xué)習(xí)油脂時借助拓展視野欄目的圖片信息中,從大豆中提取油脂用了熱水浴蒸發(fā)掉己烷─蒸餾的原理。植物油和水互不相溶且分層─這些零散的認(rèn)知為本節(jié)課學(xué)習(xí)過濾、結(jié)晶、分液和蒸餾打下了良好的基礎(chǔ)。
2. 教材呈現(xiàn)
蘇教版《化學(xué)1》的第一專題中,用一單元章節(jié)的篇幅介紹研究化學(xué)的實驗方法,將過濾、結(jié)晶、蒸發(fā)、萃取、分液等實驗方法逐一介紹。從萃取操作介紹的前后知識點來看,教材將萃取與分液作為一個整體進(jìn)行介紹,使得學(xué)生正確區(qū)分萃取和分液產(chǎn)生困難。從萃取操作上來看,教材采取在溴水中加四氯化碳,振蕩、靜置,但插圖上加入的四氯化碳與溴水體積相近,也未突出四氯化碳與溴水的分界面,使得振蕩前后實驗現(xiàn)象對比不夠鮮明。教材的知識呈現(xiàn)在一定意義上使得萃取的學(xué)習(xí)變得困難[2]。
3. 學(xué)生認(rèn)識障礙點分析
學(xué)生對于溴、碘單質(zhì)和四氯化碳的物理性質(zhì)不熟悉。萃取、分液必須依賴溴、碘單質(zhì)和四氯化碳等元素化合物的性質(zhì)特點,顯然增加了學(xué)生對萃取過程理解的難度。由于學(xué)生對萃取、分液的認(rèn)識還比較模糊,如何從學(xué)生已有的知識出發(fā),尋找新知識的生長點,成為本節(jié)課課堂教學(xué)設(shè)計的一個難點和重點。
三、教學(xué)目標(biāo)
(1)初步學(xué)會過濾、結(jié)晶、萃取和分液、蒸餾等分離物質(zhì)的實驗技能,能獨立完成一些簡單的物質(zhì)分離、提純的實驗操作。初步學(xué)會根據(jù)混合物中各組分的性質(zhì)差異,選擇恰當(dāng)?shù)姆蛛x方法對物質(zhì)進(jìn)行分離。(知識與技能)
(2)體驗科學(xué)探究的過程,學(xué)習(xí)運用以實驗為基礎(chǔ)的研究方法。以分組對比試驗為抓手建構(gòu)萃取本質(zhì)的一般模型。(過程與方法)
(3)激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,細(xì)致觀察、一絲不茍的實驗態(tài)度。提煉實驗現(xiàn)象背后呈現(xiàn)出的知識價值。(情感態(tài)度與價值觀)
四、教學(xué)主要流程與設(shè)計意圖
活動1 喚醒記憶有效銜接
學(xué)生回憶:請依據(jù)混合物中各組分性質(zhì)的差異,選擇恰當(dāng)?shù)姆蛛x方法分離下列混合物:⑴除去氯化鈉固體中混有的少量泥沙 ;⑵從氯化鈉溶液中獲得固體氯化鈉 ;⑶從硝酸鉀熱飽和溶液中獲得硝酸鉀固體 ;⑷從海水中獲得純水 ;⑸從石油中獲得汽油、煤油 。
有效銜接:學(xué)生小組合作交流設(shè)計方案
(1)實驗室中用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?如何洗滌二氧化錳?怎樣證明二氧化錳已經(jīng)洗滌干凈?請簡述實驗方案。
(2)現(xiàn)有混有少量氯化鉀的硝酸鉀粉末,請參照課本圖1-11的溶解度曲線,設(shè)計實驗方案提純硝酸鉀。如何洗滌氯化鉀晶體才能確保其溶解損耗量最???
(3)某些地區(qū)的自來水中含有Fe3+,實驗室可通過蒸餾自來水的方法獲得少量純凈的水(蒸餾水)。實驗過程中應(yīng)該注意哪些操作細(xì)節(jié)?
關(guān)鍵詞:高考備考;化學(xué)實驗題;特點;啟示
隨著新課程的實施,高考化學(xué)試題變化愈來愈明顯,與傳統(tǒng)相比命題越來越靈活,內(nèi)容越來越豐富,考查學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的特點日益突出,尤其是實驗成為考生較難把握、 較易失分的題型,針對這個問題,對2013年及其近幾年的高考化學(xué)實驗題進(jìn)行分析,揭示其試題特點,最終為實驗復(fù)習(xí)教學(xué)提供有效指導(dǎo)?,F(xiàn)總結(jié)如下:
一、高考實驗題的命題特點
從實驗題命題內(nèi)容及角度來看,試題的設(shè)問往往是圍繞實驗基本技能涵蓋內(nèi)容展開, 同時兼顧了對元素化合物性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的認(rèn)識、流程圖的理解、簡單的化學(xué)計算,并融合了相關(guān)化學(xué)反應(yīng)基本原理和理論等內(nèi)容。詳細(xì)情況如下:
1.以化學(xué)實驗的基礎(chǔ)知識和基本技能作為考查基礎(chǔ)
化學(xué)實驗的基礎(chǔ)知識和基本技能是化學(xué)實驗的基礎(chǔ),主要有分液漏斗、 容量瓶、滴定管等儀器的科學(xué)使用,以及關(guān)于萃取、分液、過濾、結(jié)晶等基本操作技能,還有物質(zhì)的量濃度的配制,滴定實驗、晶體制備、物質(zhì)的定量分析等等基本實驗是2013年化學(xué)高考實驗題中考查的重點。
如2013年浙江高考第28題,考查物質(zhì)的分離與提純,物質(zhì)含量的測定,滴定的操作及最基礎(chǔ)的實驗所需的儀器等。考查學(xué)生對實驗操作過程的掌握程度,定性與定量實驗的設(shè)計和實驗數(shù)據(jù)的處理能力等。不難、不偏,考查的都是課程標(biāo)準(zhǔn)要求的學(xué)生最基本的化學(xué)素養(yǎng)應(yīng)該具備的基本的能力??梢姡呖歼@個主要的選拔考試,也從以往的重知識量,重習(xí)題的難度的形式轉(zhuǎn)變成作為普通公民應(yīng)該具有的基本素質(zhì),而這往往是一些教師容易忽略的,甚至在高三復(fù)習(xí)中,總認(rèn)為這些最基本的,最基礎(chǔ)的學(xué)生都會,或者是這些最簡單的高考都不會考,而這些想法恰恰違背了新課程標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生的要求。就今年高考命題所關(guān)注的一個熱點問題——物質(zhì)的分離與提純也是課標(biāo)中對學(xué)生要求的實驗?zāi)芰Φ囊豁椈灸芰Α?/p>
又如,2013年山東高考第11題4個選項全都是有關(guān)基本實驗基本技能的,涉及到的化學(xué)實驗基本操作就有蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾、分液、一定物質(zhì)的量濃度的溶液配制。本題考查實驗儀器及基本操作,旨在考查學(xué)生基本實驗?zāi)芰?。由此可見,化學(xué)實驗的基本技能、基本知識是高考的基礎(chǔ)和重點,在平時的教學(xué)中規(guī)范地進(jìn)行化學(xué)實驗是高考復(fù)習(xí)最有效的基礎(chǔ)。
2.以化學(xué)學(xué)科主干知識為考點
化學(xué)實驗是研究化學(xué)方法的一種,通過化學(xué)實驗可以驗證化學(xué)基本概念、基本理論、元素化合物等知識,因此化學(xué)實驗的命題緊扣化學(xué)學(xué)科核心知識,考查學(xué)生對化學(xué)基本概念 基本理論和基本規(guī)律的理解,實驗所需要的儲備知識,以及通過實驗總結(jié)出的實驗結(jié)論更是命題的關(guān)鍵,并且多知識點、多層面、多角度、多方位地考查學(xué)生的綜合能力。
例如,2013年福建高考第24題,本題以ClO2 為載體,考查了氧化還原反應(yīng)方程式的書寫、配平、根據(jù)得失電子守恒的計算、沉淀溶解平衡、電解原理的應(yīng)用。試題呈現(xiàn)形式新穎、內(nèi)容要求綜合,試題將化學(xué)知識有機(jī)融合在實驗題目中,但解決問題的落腳點全在學(xué)科主干知識上。又如2013年大綱全國卷第29題更是加大力度對元素化合物性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的考查,問題中讓學(xué)生從鋁土礦提煉鋁的流程圖中書寫5個化學(xué)方程式?!叭f變不離其宗”的基礎(chǔ)知識,主干知識永遠(yuǎn)是高考的重點。
3.以與社會生產(chǎn)、生活相關(guān)素材為考查載體
新課程高考化學(xué)實驗題的選材背景都與社會生產(chǎn)、生活相聯(lián)系。目的是讓學(xué)生學(xué)會從化學(xué)角度去分析和解決實際生產(chǎn)、生活問題。對2013年高考化學(xué)實驗題進(jìn)行分析,不難發(fā)現(xiàn),化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)的工藝流程題已成為新課改后高考的熱點和主流題型,在全國各省份高考化學(xué)所使用的 1 5 套試卷中,除重慶、天津、福建高考的實驗題沒有采用工藝流程圖,其余12套試卷均以常見的原料和生產(chǎn)工藝為載體,考查學(xué)生應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理和理論來制備和分離提純產(chǎn)品,并運用綠色化學(xué)、增大產(chǎn)率等觀點分析實際生產(chǎn)中的各種問題。真正落實課程標(biāo)準(zhǔn)中選拔學(xué)生的實際解決問題的能力,使學(xué)生在“知其然,知其所以然”的前提下,做到“學(xué)以致用”。真正考查學(xué)生生存、生產(chǎn)能力。
例如,2013年江蘇高考第16題,氧化鎂在醫(yī)藥、建筑等行業(yè)應(yīng)用廣泛,考題以菱鎂礦為原料制備高純度氧化鎂的工業(yè)流程呈現(xiàn)給學(xué)生,考查學(xué)生對氧化還原反應(yīng)方程式的書寫方法、混合氣體的分離及收集等知識。又如,2013年全國卷Ⅱ第27題,氧化鋅為白色粉末,可用于濕疹、癬等皮膚病的治療,考題以純化工業(yè)級氧化鋅的制備流程呈現(xiàn)給學(xué)生,考查物質(zhì)除雜、化學(xué)實驗基本操作、簡單計算等知識。結(jié)合化學(xué)工藝流程考查化學(xué)實驗比單純考查實驗難度又上升了一個檔次。有關(guān)生產(chǎn)工藝中的技術(shù)所涉及的化學(xué)反應(yīng)與目前學(xué)生所具備的化學(xué)知識雖然還有一定距離,但往往起點高,落點低,萬變不離其宗,考題仍然是以化學(xué)實驗基礎(chǔ)知識和基本技能為考查基礎(chǔ),以化學(xué)學(xué)科主干知識為考點。
二、由高考實驗題引發(fā)的啟示
1.源于教材,注重基礎(chǔ)
求;實驗內(nèi)容
〔中圖分類號〕 G633.8 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 C
〔文章編號〕 1004—0463(2013)07—0040—01
實驗在化學(xué)教學(xué)中起著舉足輕重的作用。化學(xué)實驗可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,幫助學(xué)生走出學(xué)習(xí)困境,也可以培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度,有利于學(xué)生全面、和諧發(fā)展。筆者就如何提高初中生化學(xué)實驗?zāi)芰φ務(wù)勛约旱恼J(rèn)識。
一、分析典型實驗,闡明實驗規(guī)律
一般而言,每一類化學(xué)實驗的原理、裝置、操作等方面總有規(guī)律可循。因此,筆者在講每一類實驗中的第一個實驗時,首先向?qū)W生分析這類實驗的設(shè)計原理和內(nèi)容要求,再指導(dǎo)學(xué)生親自動手完成實驗。在此基礎(chǔ)上師生通過分析、對比,共同總結(jié)出此類實驗的規(guī)律,以期達(dá)到融會貫通、舉一反三的目的。如,通過做“粗鹽的提純”的實驗,我引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出制作純凈的晶體物的實驗原理和所需要的基礎(chǔ)知識以及實驗操作方法。
在實驗原理和基礎(chǔ)知識方面,讓學(xué)生著重掌握:組成混合物的各種物質(zhì)的溶解度;混合物中各類物質(zhì)的性質(zhì)和它們之間能否相互發(fā)生反應(yīng),弄清反應(yīng)條件。在實驗技能方面讓學(xué)生掌握:各種玻璃器皿的性能和使用方法;有關(guān)物質(zhì)的溶解、過濾、結(jié)晶、再結(jié)晶的操作方法。
二、根據(jù)實驗要求,正確選用儀器
1. 根據(jù)反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件等選擇儀器。化學(xué)教材里提到化學(xué)反應(yīng)的條件有:常溫、加熱、加壓、催化劑、光和電等。根據(jù)不同的反應(yīng)條件、反應(yīng)物的性質(zhì)來制取新物質(zhì)時,所需要的儀器也就不完全相同。因此,在初中化學(xué)講氧氣的實驗室制法時,著重向?qū)W生闡明兩點:凡是對固體物質(zhì)進(jìn)行加熱制取氣體時,均可采取制取氧氣的這套反應(yīng)裝置;集氣的方法和操作,應(yīng)根據(jù)氣體的溶解度、對空氣的相對密度、常溫能否與水或空氣中任一成分反應(yīng)等因素而定。在講氨氣、甲烷等氣態(tài)物質(zhì)時,就可以啟發(fā)學(xué)生通過對反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件等因素的分析,找準(zhǔn)實驗所需要的儀器、裝置,來完成制取上述物質(zhì)的實驗。
2. 根據(jù)控制化學(xué)反應(yīng)速度的要求來選擇儀器。在實驗室里,為了達(dá)到安全而又迅速地制取某種物質(zhì)的目的,有些反應(yīng)需使反應(yīng)速度加快,有些要控制生成物的量等。因此,在實驗中,要采用適應(yīng)這些要求的裝置。如,在講實驗室里制取氯氣時,就著重向?qū)W生講明教材中選用分液漏斗而不用長頸漏斗的理由。這樣分析、講解,讓學(xué)生在進(jìn)行實驗設(shè)計時就能正確地選好儀器。
三、分析典型實驗,培養(yǎng)操作技能
正確的實驗操作,不僅是保證安全和獲得實驗效果的先決條件,也是培養(yǎng)學(xué)生實驗技能的重要途徑。
1. 剖析一個典型實驗,可講清一類實驗的操作規(guī)范。如通過實驗室里制取氧氣的實驗,可歸納總結(jié)出下述操作規(guī)范:儀器的選擇、連接和固定;裝置氣密性的檢查;藥品的取用;加熱方法;氣體的凈化和干燥;氣體的收集和放置;裝置的拆卸。
2. 通過對某些實驗操作的分析,向?qū)W生闡明實驗操作的要點。筆者在分析某些實驗操作時,為了讓學(xué)生學(xué)得會,記得牢,總是把操作要點總結(jié)成幾個字或幾句話,以便學(xué)生記憶。如,在配制一定體積的摩爾濃度溶液時,在分析演示的基礎(chǔ)上總結(jié)出:稱(對固態(tài)溶質(zhì)要稱,對液態(tài)溶質(zhì)要量)、溶(溶解)、洗(洗滌容器的內(nèi)壁)、?。ㄏ♂屩寥萘科康目潭龋┧淖峙渲品?。
四、根據(jù)實驗內(nèi)容,做好演示實驗