“牙膏中成分含量測定”實驗設計課實錄

文章編號：1005－6629(2007)04－0039－04中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

在高三化學關于實驗設計的教學中，往往僅限于課本中的幾個例子，或者編幾道理論性的習題加以講練，不能最大程度地激發學生的學習熱情和培養實驗探究能力。我們在一次教研活動中受到啟發，設計了一節實驗課，教學效果較好，下面與各位同行分享。以下是整個課堂教學的實錄。

1 實驗器材

藍天六必治等牙膏若干支，稀鹽酸、稀硫酸、碳酸氫鈉溶液、水等，各種常用儀器自選。

其余器材和藥品由學生提出需要時再提供：托盤天平、臺式電子秤、各種量氣裝置等。

2 實驗目的

粗略測定“藍天六必治牙膏”中不溶性物質的含量。

3 教學過程

學以致用，今天同學們來測量一下“藍天六必治牙膏”中不溶性物質的含量。下面分六組進行測量。

3.1 討論并制訂測量方案，選擇所要儀器與藥品

以下為一組同學的對話和實驗：

同學甲：不知道牙膏不溶性主要成分是什么？（雖說高三了，還不了解牙膏的有關成分）。

教師提示：實驗是檢驗物質成分的有效手段。

同學乙：一點不了解從何做起。

同學丙：可查閱牙膏的有關知識，實驗教室有網絡連接，到互聯網上查。

同學們：一起查閱并整理得：

牙膏是復雜的混合物。它通常由磨擦劑、保濕劑（甘油、山梨醇[CH2OH（CHOH）CH2OH]和α-丙二醇（CH3CHOHCH2OH）等）、表面活性劑（發泡劑：十二烷基酸鈉等）、粘合劑（增稠劑：羧甲基纖維素鈉鹽等）、甜味劑（木糖醇等）、防腐劑（山梨酸鉀鹽和苯甲酸鈉等）、活性添加物（如葉綠素、氟化物）。摩擦劑是牙膏的主要成分，有一定的摩擦作用，當刷牙時，摩擦劑懸浮在泡沫之中，充滿了口腔，與牙垢有廣泛的接觸，在牙刷的摩擦作用下使牙垢容易被刷洗下來，隨著漱口水吐出。常用的摩擦劑有：碳酸鈣、二氧化硅、氫氧化鋁，它們占牙膏質量的一半以上。

同學甲：擠一些牙膏到燒杯里，加水，攪拌。

同學們：確實看到有不溶物質。

同學丙：指著手中一支牙膏問道：“三種物質都可作磨擦劑，這種牙膏里含有的是哪種呢？要用什么辦法才能知道呢？”

同學討論后認為：若加入稀鹽酸酸后，雖然氫氧化鋁和碳酸鈣都會溶解，但后者會放出氣泡，SiO2不溶于鹽酸，可以用加酸的辦法來檢驗。

同學丙：在上述裝有牙膏的燒杯里倒入鹽酸時，馬上就有大量氣泡產生。“肯定是碳酸鈣!”同學們興奮地大叫起來。

教師提示：試一試這支“高露潔水晶牙膏”中的摩擦劑是什么？

同學甲：擠一些牙膏到燒杯里，加入稀鹽酸。發現不溶物沒有發生變化。可能是SiO2。

同學丁說：“牙膏是用錢買來的。它里面是不是有很多這樣的石頭粉？”

她的話引得同學們笑了起來。

同學們根據CaCO3的性質展開熱烈討論，設計出不同的方案，根據各自的方案提出所要儀器，最后大家選擇三種方案，并寫在黑板上。

3.1.1同學甲的方案：將一定量的牙膏溶解于水中，過濾，測量不溶物（碳酸鈣）的質量，再計算CaCO3的質量分數。還要托盤天平。

3.1.2同學乙的方案：將一定量的牙膏與足量的鹽酸反應，直到無氣泡產生時，測量CO2氣體的體積。然后根據化學方程式推算出不溶物（碳酸鈣）的質量，再計算CaCO3的質量分數。用圖1所示儀器。

3.1.3同學丁的方案：將一定量的牙膏與足量的鹽酸反應，直到無氣泡產生時，測量放出氣體的質量。然后根據化學方程式推算不溶物（碳酸鈣）的質量，再計算CaCO3的質量分數。用圖2所示儀器。

3.2測量實驗

教師宣布進行測量，并計時，教師巡視。

3.3實驗結果

3.4實驗過程的討論

教師：請每位同學說說操作中遇到的問題，并寫在黑板上。

同學甲：①牙膏不易溶解，溶解后粘性大，不易過濾，我們無法完成。

同學乙：①氣體體積讀數不是標準狀況下的讀數。②牙膏不容易放到試管中去。

同學丁：濃鹽酸易揮發。

教師：請同學們就上述問題討論應對策略。

同學們你一言我一語地爭論起來。

3.4.1甲方案：

①討論一：下面分析為什么溶解后粘性很大，不易過濾？

同學們查了牙膏的成分發現：牙膏中含有甘油、增稠劑等物質，所以不易過濾。

乙同學：初中老師說過一種抽濾的方法，不知是怎么回事？

教師：拿出抽濾用的布氏漏斗，說明用法。

同學甲：將實驗中的混合液倒入布氏漏斗中實驗，效果很好。

丙同學：象這樣粘的沉淀如何從濾紙上取下稱量？

②討論二：如何能準確稱量CaCO3的質量？

丁同學：先稱量濾紙，再連同濾紙一起稱量。

乙同學：做稱量實驗。每張濾紙質量約為1.1g。(我們用的是杭州富陽特種紙業有限公司生產的新星牌濾紙，規格:直徑12.5cm)。

同學甲：過濾后濾紙是潮濕的，肯定不準。

同學乙：將濾紙連同沉淀烘干后稱量。

教師：在稱量時，濾紙的問題還不能排除。有沒有其它方法？

教師提示：展示幾種規格的濾紙和它們的說明書，請同學們閱讀。

同學甲：從灰分中受到啟發，將濾紙連同沉淀一起灼燒，再稱量。因為這種濾紙說明書中指出燒成灰后質量是原質量的0.15%。另外，根據說明書還可選擇定量濾紙。

同學丁：將濾紙在坩堝中灼燒，再比較。殘留質量確實很小。

同學丙：CaCO3受熱后也分解，不行。

同學甲：我來查一查CaCO3的分解溫度就行了。甲上網，查得CaCO3的分解溫度為：600℃到900℃。，酒精燈火焰溫度為400℃到500℃。所以在酒精燈上灼燒時CaCO3不會分解。

教師提問：按照這一方法，一次實驗中至少要稱量多少次？

丙同學：第一次稱燒杯，第二次稱燒杯與牙膏，第三次稱坩堝，第四次稱灼燒后坩堝與不溶物，第五次再稱二次灼燒后的坩堝與不溶物，使四、五二次稱量質量相差小于0.1g。

甲同學：我們課后再用討論后的方法測一次。

小結：平時的練習題中“將沉淀洗滌、烘干、稱量”，一句很簡單的話，在實際操作中卻不是很容易的。要將濾紙與沉淀一并灼燒，干燥后稱量。所以實驗要來真家伙。

3.4.2乙方案：

①討論一：氣體體積讀數不是標準狀況下的讀數。

同學丙：在由氣體體積轉化為氣體質量時，我用22．4mol/L作為氣體摩爾體積，但這是標準狀況下的氣體摩爾體積。

同學丁：實驗室的條件是不是標準狀況？我們來測量溫度與壓強。查看實驗室的溫度計和壓強計。顯示溫度：23.5℃，顯示壓強:76.54cmHg。

丙同學：今天實驗環境不是標準狀況，如何轉化呢？

同學甲：好像有一個轉化公式P1V1/T1=P2V2/T2。

教師小結：對于測量氣體體積的實驗，體積要轉化為標準狀況下的體積。

同學乙：實驗室的溫度和壓強與瓶中的氣體的溫度壓強是否一致呢？如何保證兩者一致呢？

同學丁：對，我來摸一摸。試管發燙。那應等到恢復到室溫后才能讀體積數。

同學丙：我們來看一下氣體的壓強情況。同學們一致認為瓶內氣體壓強高于室內壓強，應將量筒向下移，恰好使兩容器內液面相平后才能讀數。

②討論二：牙膏不易放入試管中如何應對？

有的說用紙槽，有的說用玻璃棒搗下去，但實驗時都失敗了。

同學甲：用廣口瓶代替試管就行，實驗，獲得成功。

3.4.3丙方案：反應慢如何處理呢？

同學甲：用稀鹽酸。再用玻璃棒攪拌，使固體分散，與溶液充分接觸，加快反應速率。實驗，獲得成功。

同學丁：但玻璃棒上沾有溶液，也影響氣體質量。

同學丙：把玻璃棒也一同稱量。

教師：以上是從操作層面上進行的分析，那么設計原理上有沒有什么漏洞呢？

同學們討論熱烈，最后歸結為：

甲方案中：牙膏中除了CaCO3外，有沒有其它不溶物呢？

丙、丁兩方案中：牙膏中除了CaCO3外，有沒有其它成分與鹽酸反應放出氣體呢？

教師：這些問題非常好，為了解決這些疑問，請各位同學再去查閱相關資料，進行分析。

4小結

現在請同學們就這一實驗設計為例，討論實驗設計的方法（知識層面上）。同學們討論后由化學課代表作如下總結：

實驗方案的設計思路是：可直接測量某物質的質量，也可將該物質與某些物質發生化學反應，測量生成的氣體、沉淀等，間接求算。測量氣體體積時，要保證氣體的溫度、壓強與實驗環境的溫度、壓強一致。實驗設計的基本原則是：要實事求是，考慮科學性；要操作簡明，考慮簡約性；要注意實驗細節，考慮周密性；要防止空想實驗，考慮可操作性。

現在請同學們就這一實驗設計課中非知識性方面的體會作總結。同學交流，由學習委員小結：

本節課通過對不同的實驗方案的實驗和評價，體會了各種方案的優缺點，體會了“實戰”式實驗比“紙上談兵”式實驗更能活躍課氣氛，更能學到理論中學不到的內容，更能激發人的創造性，更能發揮個性特長，更能全方位地提升人的各種能力。同時讓我們體驗到實驗室教師、化學教師的艱辛（實驗室有異味）；體驗了成功的喜悅，鼓舞了我們的斗志。使我們學會了面對困難時，要積極思考，與同學、教師交流，查閱相關資料，尋找方法。并利用實驗去探討，體驗到理論與實踐還有差距；體驗到“實踐出真知”的真正意境。我們希望這樣的課多上幾節。

5教師感言

在這樣的課堂上，“成績好”與“成績差”的學生沒有多大區別，恰恰相反，平時不起眼的學生很有創造性，思維相當活躍，有動手能力。而平時分數高的學生卻不善于動手，有點懶惰。使我充分認識到評價學生的方式不能“唯分數論”，應綜合評價，否則要扼殺有創意的人才，不利于學生的個性發展。同時也感到我們現在的教學方式還有許多不足之處，課程改革勢在必行。

參考文獻：

[1]《人民教育》編輯部. 新課程優秀教學設計與案例[M]. 海南出版社.2003.

[2]袁振國.教育新理念叢書《教育評價與測量》《教育新理念》《教會學生思維》等[M]. 教育科學出版社.2000

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