在物質分離提純教學中使用實驗示意圖的四種方法

田長明

摘要： 實驗示意圖是化學常用的表述方式。以“物質的分離與提純”為例，分別從實驗流程圖、實驗現象對比圖、實驗分步操作示意圖、實驗裝置細節放大圖四個視角進行闡述，表明選用合適的化學實驗示意圖輔助教學，有利于提高課堂效益和教學質量。

關鍵詞： 實驗示意圖;分離提純;化學教學

文章編號： 10056629（2018）3005304 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

千言萬語不如一張圖，用圖表述化學過程或呈現背景信息是化學常用的表達方式。化學中的各種圖的運用非常廣泛，如表示物質微觀結構的有原子結構示意圖、原子軌道示意圖、分子比例模型和球棍模型圖;表示實驗過程有操作流程圖、反應裝置圖;表示化學動力學和熱力學的有反應速率圖、化學平衡圖等。

選擇和使用合適的圖進行課堂輔助教學，有利于提高課堂教學的有效性。如何合理使用化學中的各種圖，是每一位化學教師應該研究的問題。筆者以“物質的分離與提純”為例，談談自己的一點做法。

1 選用實驗流程圖，凸顯實驗的過程

化學實驗流程圖以特定的圖形符號加上說明，來表示化學實驗的實驗流程。其優點是： 形象直觀，結構清晰，邏輯性強，各種操作一目了然，容易理解。

在“物質的分離與提純”教學過程中，教師如果能正確使用操作流程圖，一方面可以使操作流程更加直觀，另一方面可以幫助學生理解與記憶，其提高教學效果是顯而易見的。

案例1 KCl和MnO 2的分離

蘇教版普通高中課程標準實驗教科書《化學1》（必修）第18頁有如下“交流與討論” [1]：

請根據要求設計分離和提純下列物質的實驗方案，并將你的方案與同學交流討論。

1 實驗室中用KClO 3在MnO 2催化下受熱分解制取氧氣。從反應后的KCl和MnO 2的混合物中分離、回收這兩種物質，需要使用哪些分離方法？請簡述實驗方案。

實驗方案：

……

如果用文字表述分離的方案，我們可以進行如下表述：

（1） 將反應后的混合物加適量水，并充分攪拌;

（2） 過濾，將濾渣洗滌、干燥，得到MnO 2;

（3） 將過濾后的濾液蒸發結晶，得到KCl。

由此可見，用文字表述的弱勢是不夠直觀。如果用流程圖（圖1）來表示就能直觀簡潔地呈現實驗方案。

圖1 分離氯化鉀和二氧化錳流程圖

案例2 除去NaCl固體中混有少量的Na 2SO 4

氯化鈉固體中混有少量的硫酸鈉固體，如何除去硫酸鈉？一般步驟如下：

（1） 將混有雜質的氯化鈉完全溶解于水;

（2） 在混合溶液中加入稍過量的BaCl 2溶液，然后過濾;

（3） 在濾液中加入稍過量的Na 2CO 3溶液，然后過濾;

（4） 在濾液中滴加適量的稀鹽酸;

（5） 蒸發結晶。

教師在教學過程中可用流程圖（圖2）來表述。

圖2 除去氯化鈉中硫酸鈉流程圖

通過上述流程圖，教師還可以提出下列問題，提高學生分析問題的能力。

問題1： 如何證明BaCl 2溶液已經過量？

問題2： 濾渣2的組成是什么？

問題3： 為什么不選用BaCl 2溶液而選用鹽酸除去過量Na 2CO 3？

2 選用實驗現象對比圖，凸顯現象的差異

認識事物從比較開始，比較是科學研究和化學學習的基本方法之一。在“物質的分離與提純”教學過程中，教師要善于運用對比實驗和對比圖，凸顯化學實驗過程中現象的差異。

案例3 用苯和四氯化碳萃取碘水

實驗1： 在三支試管中各加入2～3mL碘水，再向其中兩支試管中分別加1mL苯或1mL四氯化碳，振蕩靜置（圖3）。觀察并比較試管中的實驗現象。

圖3 用苯和四氯化碳萃取碘水（1）

通過觀察，學生會發現在碘水中加入苯和四氯化碳，溶液都會分層，其中試管中加入苯的，振蕩靜置后上層溶液呈紫色，而試管中加入四氯化碳的，振蕩靜置后下層溶液呈紫色。

現象分析： 碘在苯和四氯化碳中的溶解度比水中大，苯和四氯化碳與水都不互溶，且苯的密度比水小，四氯化碳的密度比水大。

學生會好奇地想象，如果在碘水中依次加苯和四氯化碳，溶液會不會分成三層呢？

實驗2： 在兩支大試管中各加入2mL碘水，再向其中一支大試管中依次加0.5mL苯和0.5mL四氯化碳，另一支大試管中依次加4mL苯和0.5mL四氯化碳，振蕩靜置（圖4）。觀察并比較試管中的實驗現象。

圖4 用苯和四氯化碳萃取碘水（2）

觀察現象，學生會發現，試管中加入2mL碘水，試管中如果依次加0.5mL苯和0.5mL四氯化碳，振蕩靜置后溶液分成兩層，下層溶液呈紫色;試管中如果依次加4mL苯和0.5mL四氯化碳，振蕩靜置后溶液分成兩層，上層溶液呈紫色。

分析現象： 溶液為什么沒有分成三層，最終還是兩層呢？原因是苯和四氯化碳都是有機溶劑，振蕩后苯和四氯化碳互溶，溶液分成兩層。當苯的體積和四氯化碳的體積相當時，兩者互溶后的密度比水的密度大，萃取后有機層在下層;當苯的體積遠大于四氯化碳的體積時，兩者互溶后的密度比水的密度小，萃取后有機層在上層。

案例4 酒精能否萃取碘水中的碘

實驗3： 在二支試管中各加入2～3mL碘水，再向其中一支試管中加1mL酒精，振蕩靜置（圖5）。觀察并比較試管中的實驗現象。

圖5 酒精能否萃取碘水中碘的實驗

在碘水中加酒精，溶液并沒有分層，也沒有發生萃取現象。原因是酒精和水互溶。如果在碘水中加酒精，再加四氯化碳，振蕩后會出現什么現象呢？

學生猜想： 酒精和水互溶，四氯化碳又和酒精互溶，振蕩后溶液應該不會分層，事實是不是如此呢？

實驗4： 在一支大試管中加入2mL碘水，向試管中加1mL酒精，振蕩，再向試管中加入1mL碘水四氯化碳，振蕩靜置（圖6）。觀察試管中的實驗現象。

從實驗可以看出，振蕩后的溶液沒有出現不

圖6 四氯化碳、酒精和碘水的混合實驗

分層的現象，溶液分成兩層，酒精和碘水的混合液在上層，四氯化碳在下層。四氯化碳也沒有萃取出含酒精的碘水中的碘。教師可以提出以下問題讓學生課后思考：

問題4： 四氯化碳為什么不能萃取出含酒精的碘水中的碘？

問題5： 酒精為什么沒有溶解在四氯化碳里，而是溶解在水中？

問題6： 酒精分別溶解在水和四氯化碳中，哪個溶解度大？碘分別溶解在酒精和四氯化碳中，哪個溶解度大？

3 選用實驗分步操作示意圖，凸顯操作的要領

實驗分步操作示意圖（以下簡稱實驗分步圖）就是將實驗過程中的主要操作步驟按順序排列，其優點是能突出實驗的主要過程和每步操作的要領。因此教學中如果采用演示實驗和實驗分步圖相結合的方式，會使教學效果更佳。

案例5 除去KNO 3晶體中少量的KCl

主要操作過程： 在提純混有少量KCl的KNO 3時，先將混合物溶于溫度較高的熱水中并不斷攪拌，形成濃的KNO 3熱飽和溶液，然后冷卻到一定溫度，此時會有大量的KNO 3晶體析出，然后過濾，并用冰水洗滌沉淀2～3次。實驗分步圖如圖7。

圖7 除去硝酸鉀晶體中少量氯化鉀的實驗過程圖

上述分步圖呈現了除去KNO 3晶體中少量KCl的主要步驟，并注明相關操作的關鍵點，加深學生的學習印象。

案例6 用CCl 4萃取碘水中的I 2并分液

主要操作過程： 先檢查分液漏斗是否漏水，然后在分液漏斗中依次加入碘水和CCl 4，塞上活塞，將分液漏斗下端朝上進行充分振蕩（振蕩過程中要打開旋塞放氣2～3次），然后將分液漏斗放于鐵架臺上靜置分層。當分液漏斗的液體分成兩層后，打開旋塞，將下層液體放出，然后關閉旋塞，將上層液體從上口倒出。實驗分步圖如圖8。

可見實驗分步圖不僅可以體現操作的具體過程，更重要的是能凸顯每一步操作需要的儀器用品、實驗目的、操作要領，使分離和提純的過程更加直觀。

圖8 萃取分液實驗分步圖

4 選用實驗裝置細節放大圖，凸顯局部的細節

局部放大圖是將大于原圖形所采用的比例畫出的圖形。化學教學中利用局部放大圖可以呈現裝置的細節，再以“物質的分離和提純”一節中的蒸餾裝置為例。

常用的蒸餾裝置由蒸餾燒瓶、溫度計、冷凝管、接收管、錐形瓶、鐵架臺（帶鐵圈和鐵夾）和石棉網等組成，各玻璃儀器間用膠塞連接。裝置的

圖9 蒸餾裝置局部放大圖

要點有兩個： 其一是溫度計的水銀球應放在蒸餾燒瓶的支口處，因為此處是物質由氣體變成液體的分口，在此處的溫度就是物質蒸餾的溫度。其二就是冷凝水的進口與出口，冷凝水進水在冷凝管的低處，出水在冷凝管的高處，這樣的話，水就可以充滿整個冷凝管，且水充滿冷凝管到達高處后才可流出去。水流的方向和蒸氣流動的方向相反，能使蒸氣充分冷卻。

教師在教學過程中可采用局部放大圖（圖9），能充分呈現這兩個細節，有利于學生的觀察和理解。

化學中的各種圖是對教材內容的形象化解釋和直觀概括，是教材內容的補充和延伸，利用這些圖進行輔助教學是課堂教學的重要環節，充分發揮各種圖的作用，對于提高課堂教學效率及教學質量具有重要意義。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].南京： 江蘇教育出版社，2009： 18.