探究性實(shí)驗(yàn)-NaOH和Na3PO4混合溶液中各組分含量的測定

張葉臻，孫瑞雪，蘇鳳云，楊 妍，邢小靜，張廉奉，包曉玉

(南陽師范學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南 南陽 473061)

探究性實(shí)驗(yàn)-NaOH和Na3PO4混合溶液中各組分含量的測定

張葉臻，孫瑞雪，蘇鳳云，楊 妍，邢小靜，張廉奉，包曉玉

(南陽師范學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南 南陽 473061)

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對分析化學(xué)理論課的理解，同時可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用分析化學(xué)知識的能力。本文介紹探究性實(shí)驗(yàn)-NaOH和Na3PO4混合液中各組分含量測定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程和取得的效果。該嘗試為分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了一定的借鑒與參考。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；探究性實(shí)驗(yàn)

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是化學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、創(chuàng)新性不強(qiáng)等問題，急需對分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革進(jìn)行探索[1-2]。為了鞏固理論教學(xué)中學(xué)生學(xué)到的知識和考察學(xué)生對分析化學(xué)知識掌握的程度，同時給學(xué)生留有充分展示自我的空間，規(guī)避現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程的種種問題，安排學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生自己動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)課堂上感受創(chuàng)造的喜悅、經(jīng)受失敗的磨練和體會成功的喜悅，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造力以及提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力[3-6]。

在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主體，教師的主要任務(wù)是創(chuàng)設(shè)探究性的問題情景，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建共同學(xué)習(xí)、交流的平臺，協(xié)助學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)方案，并在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中給學(xué)生一些輔助性的幫助，最后在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對學(xué)生進(jìn)行全方位的整體評價。整個過程中，教師要定位好自己和學(xué)生的角色，切忌大包大攬，要充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生的主動性。

1 探究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施環(huán)節(jié)和注意事項(xiàng)

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程是對未知事物進(jìn)行探究的科學(xué)活動。首先，提出有針對性并且有研究意義的問題或課題，以現(xiàn)有的知識和資料為依據(jù)，對問題可能的答案進(jìn)行解釋，做出合理假設(shè)，然后設(shè)計(jì)有可行性和可操作性的實(shí)驗(yàn)方案，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出一定的預(yù)期判斷，接著按照設(shè)計(jì)方案實(shí)施實(shí)驗(yàn)，最后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋說明，總結(jié)結(jié)論。

每個環(huán)節(jié)都有要注意的方面，比如：探究性問題的提出階段，問題要有一定的啟發(fā)性，要有利于調(diào)動學(xué)生的探究興趣；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段要發(fā)現(xiàn)學(xué)生發(fā)言中的獨(dú)特見解，允許學(xué)生有不同的思路和想法；實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段遇到學(xué)生操作中的不恰當(dāng)之處要適當(dāng)給予點(diǎn)撥或糾正，并和學(xué)生一起應(yīng)對一些突發(fā)情況；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要對學(xué)生進(jìn)行全方位的整體評價，包括學(xué)生參與程度、創(chuàng)新能力、溝通能力等方面，不能只看實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，評價要全面、客觀。同時引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，充分發(fā)揮探究性教學(xué)的優(yōu)勢。

2 探究性實(shí)驗(yàn)實(shí)例

筆者在分析實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)模式的嘗試，將探究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂。有針對性地選擇一些課題，讓學(xué)生在查閱論文、資料和共同交流討論等基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并在實(shí)驗(yàn)課堂上進(jìn)行實(shí)施和驗(yàn)證。這對培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力、綜合分析能力和解決問題的能力十分有利。在學(xué)習(xí)酸堿滴定這章節(jié)內(nèi)容時，為了強(qiáng)化學(xué)生對酸堿質(zhì)子理論、酸堿溶液中氫離子濃度的計(jì)算、酸堿緩沖溶液、酸堿指示劑和酸堿的滴定等知識的理解和運(yùn)用，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)酸堿滴定法的知識，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)對NaOH和Na3PO4混合物中各組分的分別滴定。通過本實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生進(jìn)一步加深酸堿滴定的理論知識，同時強(qiáng)化學(xué)生文獻(xiàn)檢索、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等能力。學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如下：

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

強(qiáng)化酸堿滴定的理論，掌握由弱酸和強(qiáng)酸組成的混合酸的分析方法；提高文獻(xiàn)資料的檢索能力，掌握設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本方法。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

NaOH和Na3PO4分別為強(qiáng)堿和多元堿。已知：H3PO4的pKa1=2.12、pKa2=7.20、pKa3=12.36，故：Na3PO4的pKb1=1.64、pKb2=6.80、pKb3=11.88，且：Kb1/ Kb2gt;105、Kb2/ Kb3gt;105，所以Na3PO4的第一、二兩級堿可以被強(qiáng)酸分別滴定，但第一元堿和NaOH無法分開，應(yīng)同時被滴定。

2.3 試劑和儀器

NaOH-Na3PO4混合溶液(含NaOH、Na3PO4約為1.0 mol/L和2.5 mol/L)，HCl(密度：1.179 g/cm3)，酚酞指示劑(2 g/L)，甲基紅指示劑(2 g/L)，無水碳酸鈉基準(zhǔn)物質(zhì)，酸式滴定管，錐形瓶，燒杯，容量瓶，量筒，分析天平，稱量瓶，玻璃棒，試劑瓶，洗瓶

2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.4.1 HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定

(1) 500 mL 0.1 mol/L HCl 溶液的配制：在通風(fēng)櫥中用潔凈的小量筒量取濃鹽酸4.2 mL，倒入燒杯中(預(yù)先裝入一定體積的水)，水洗量筒2～3次，洗滌液均轉(zhuǎn)入燒杯中，最后加水稀釋至500 mL左右，攪拌均勻，轉(zhuǎn)入試劑瓶，蓋好玻璃塞，貼上標(biāo)簽。

(2) HCl溶液的標(biāo)定：準(zhǔn)確稱取1.0～1.2 g無水Na2CO3于小燒杯中溶解，定量轉(zhuǎn)移入250 mL容量瓶中，定容。用25.00 mL移液管移取三份，分別置于三個錐形瓶中，加入1～2滴甲基橙，用HCl溶液滴至由黃色變?yōu)槌壬?jì)算HCl溶液的濃度，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)不大于0.2%。

2.4.2 NaOH-Na3PO4混合溶液中各組分的含量測定

(1)混合堿稀釋：用吸量管移取混合堿樣10.00 mL于250.0 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻備用。

(2)測定：移取25.00 mL稀釋后的試樣于250 mL錐形瓶中，加入2滴酚酞指示劑，用HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紅色變無色為終點(diǎn)。記下滴下消耗HCl體積為V1，繼加入甲基橙指示劑1～2滴，再用HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由黃色變橙色為終點(diǎn)。記下第二次消耗HCl體積為V2。平行測定三次。分別計(jì)算出NaOH和Na3PO4的含量，用物質(zhì)的量濃度(mol/L)表示。

3 教學(xué)效果總結(jié)

本文介紹了一個學(xué)生設(shè)計(jì)的探究性實(shí)驗(yàn)-NaOH和Na3PO4混合溶液中各組分的含量測定。

整個實(shí)驗(yàn)從討論、設(shè)計(jì)到實(shí)施，充分感受到學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。有一些學(xué)生在理論課沒有弄懂的知識點(diǎn)，由于在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中要用到，積極主動的請教老師和同學(xué)，把這些知識點(diǎn)一一攻破。實(shí)驗(yàn)方案討論過程中，同學(xué)們各抒己見，本文中利用的是酸堿滴定的方法實(shí)現(xiàn)對NaOH和Na3PO4的分別滴定，部分同學(xué)突破這個限制框架，設(shè)計(jì)出吸光光度法和沉淀法進(jìn)行測定的方案，學(xué)生思維之開闊、想法之新穎，讓人為之驚喜與欣慰。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生一掃以往的消極被動、無精打采的狀態(tài)，有些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有達(dá)到預(yù)期值，除了小組討論找原因外，還申請重做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的求知欲徹底被調(diào)動起來。在實(shí)驗(yàn)總結(jié)的討論會上，學(xué)生對自己的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，覺得不僅對理論知識理解的更透徹了，還學(xué)到了很多課本上沒有的東西。

總之，通過探究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度，提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，取得了很好的教學(xué)效果。探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣泛推廣是進(jìn)行教學(xué)改革和探索、提升教學(xué)質(zhì)量的有效手段之一，相信通過教師和學(xué)生的共同努力，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生由知識到能力的轉(zhuǎn)變，大幅度提高學(xué)生在社會上的競爭力。

[1] 崔鳳靈,謝建平,靳建華,等.分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與改革的初步探討[J].周口師范學(xué)院學(xué)報(bào).2007,24(2),69-72.

[2] 許 晶,徐寶榮.分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué).2010,13(1),33-35.

[3] 盛 麗,趙志惠,米瑩,等.催化熒光法測定痕量銅的探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].大學(xué)化學(xué),2017, 32 (1): 58-61.

[4] 王芙蓉,劉寶安,張 震,等.物理化學(xué)研究性教學(xué)改革與探索[J].廣州化工,2017,45(5):141-142.

[5] 周祖新,王愛民,肖秀珍,等.無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中探究性教學(xué)的探索[J].大學(xué)化學(xué),2016,31(6):40- 43.

[6] 吳晗清,韓 蓉,趙冬青.化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境與突破[J].教學(xué)與管理,2016,12,74-76.

(本文文獻(xiàn)格式：張葉臻，孫瑞雪，蘇鳳云，等.探究性實(shí)驗(yàn)-NaOH和Na3PO4混合溶液中各組分含量的測定[J].山東化工，2017，46(20)：73-74.)

ExploratoryExperiment-determinationoftheContentofEachComponentintheNaOHandNa3PO4MixtureSolution*

ZhangYezhen,SunRuixue,YangYan,XingXiaojing,ZhangLianfeng,BaoXiaoyu

(College of Chemistry and Pharmacy Engineering, Nanyang Normal University, Nanyang 473061，China)

Analytical chemistry experiment can deepen the understanding of analytical chemistry theory and cultivate students' comprehensive ability of utilizing the learned knowledge on analytical chemistry. This paper introduces the experimental teaching process and the teaching effect of the exploratory experiment-determination of the content of each component in the NaOH and Na3PO4mixture solution. It provides some reference for the analysis of the teaching reform of chemical experiment.

analytical chemistry experiment; teaching reform; exploratory experiment

2017-08-04

南陽師范學(xué)院項(xiàng)目(No:2016-KTJX-16，2016-JXYJYB-02，2016-KTJX-17，SYKF2016014，QN2016021)；分析化學(xué)2015年度河南省高等學(xué)校精品資源共享課；分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)2016年南陽師范學(xué)院實(shí)踐教學(xué)精品課程；河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(No:15A150022)；河南省科技廳項(xiàng)目(No:162102310115)。

張葉臻(1984—)，女，主要從事微生物燃料電池和電分析化學(xué)方面的研究。

O651

B

1008-021X(2017)20-0073-02