氫氧化鐵膠體制備實驗的改進

王冬梅 鄭茹 楊曉燕 王瑞 張曉梅

摘 要：中學化學實驗教學是學生深刻認識化學基本知識與原理的重要途徑：能幫助學生根據實驗現象主動建構科學知識及知識體系。特別是課堂演示實驗對于學生化學興趣的培養尤為重要，這就要求演示實驗現象一定要明顯，方便學生的觀察與理解。高中人教版教材中制備氫氧化鐵膠體的丁達爾現象光束亮度不足，不利于學生觀察，因此在原實驗的基礎上，改變試劑用量與試劑加熱順序達到了較好的教學效果。

關鍵詞：學科素養；實驗改進；氫氧化鐵膠體；丁達爾現象

一、 背景

化學是以實驗為基礎的一門科學。化學實驗教學是學生通過觀察物質及其各種變化的現象或自主探究實驗過程與結果，使抽象的知識形象化，讓學生從化學實驗事實感知化學基本概念與原理并主動建構知識系統的過程。化學實驗不單單是一種實踐項目，而且是一種感性認識方法。實驗營造的教學情境能調動學生學習的積極性，激發學習興趣，培養學習者實事求是、嚴謹認真的科學精神以及證據推理與實驗探究的化學學科素養。

目前，中學化學教材中通常選用的實驗較為經典，教師在演示過程中，容易成功，大多數實驗現象明顯、反應速率適中，便于學生觀察。然而由于實驗條件或者試劑用量未達到最佳優化，進而導致個別演示實驗在教學過程中現象不明顯，不利于學生觀察，挫傷學生學習的積極性。

因此，改進實驗條件、優化實驗方案、增加實驗的可視化效果亟待解決。實驗效果良好的方案不僅可使演示實驗更加利于學生觀察，便于學生從實驗現象推斷實驗結論、內化知識，學會科學研究的方法與過程，鍛煉科學邏輯思維。

高中人教版化學必修一第二章第一節學習物質的分類，為了區分外觀相像的溶液和膠體，教材設置了探究實驗（氫氧化鐵膠體的制備方法是：取一個小燒杯，向其中加入25 mL蒸餾水并加熱至沸騰，隨之滴加5～6滴FeCl3飽和溶液），用激光筆照射硫酸銅溶液和氫氧化鐵膠體，用丁達爾現象區分溶液和膠體。但在實際操作中，由于實驗中蒸餾水的用量少，燒杯液面偏低，氫氧化鐵膠體呈現暗紅色、與激光燈光束顏色接近，采用教材中蒸餾水與氯化鐵溶液的用量以及制備方法做出的氫氧化鐵膠體呈現的“光亮通路”從燒杯正前方觀察不明顯。

因此，為了突顯實驗現象，以便學生觀察，本文對教材中實驗進行了改良：把原實驗方案中蒸餾水的用量全部增加到50 mL，對實驗中飽和氯化鐵溶液的用量和滴加飽和氯化鐵溶液的順序進行了調整，優化得到兩種實驗方案，具體過程如下。

二、 實驗部分

（一） 實驗器材及試劑

儀器：燒杯、酒精燈、鐵架臺、石棉網、溫度計、玻璃棒、量筒、膠頭滴管、激光筆（DANGER：Max Output<5mW）

試劑：氯化鐵晶體、蒸餾水

（二） 實驗步驟

方案一：改變原實驗中飽和FeCl3溶液的用量

取六個100 mL的燒杯，各加入50 mL蒸餾水，然后在沸水中分別滴入4滴、6滴、8滴、10滴、12滴、14滴（注：實驗中一滴約為0.05 mL）飽和氯化鐵溶液，用激光筆照射燒杯中的液體，觀察實驗現象。飽和氯化鐵溶液的制法：取100mL的燒杯，加入蒸餾水20 mL，再加入FeCl3晶體，用玻璃棒攪拌，直至FeCl3晶體不再溶解，取上層清液得到飽和氯化鐵溶液。

方案二：改變原實驗中加入氯化鐵溶液的順序

取六個100 mL的燒杯，各加入50 mL的蒸餾水，然后分別滴飽和氯化鐵溶液4滴、6滴、8滴、10滴、12滴、14滴；在鐵架臺上放上石棉網，先將加4滴氯化鐵溶液的燒杯放于石棉網上，并點燃酒精燈至液體沸騰，在實驗過程中觀察丁達爾現象；再陸續將6滴、8滴……的燒杯放于石棉網上煮沸，觀察現象并用激光筆檢驗。

（三） 實驗現象

方案一：液體顏色都偏紅，雖都有丁達爾現象，但光束亮度及寬度都存在差異，具體現象如下，燒杯俯視效果如圖1，燒杯正面現象如圖2。

方案二：六個加有鹽溶液再煮沸的燒杯均在64～68℃的溫度區間內開始產生丁達爾現象，但光束不明顯；六組液體煮沸時的光束較煮沸前明顯，顏色均偏棕，燒杯俯視效果如圖5，燒杯正面現象如圖6。

三、 實驗結論與討論

由上述實驗的丁達爾現象可知。

方案一：在50 mL沸水中加入飽和氯化鐵溶液的液體產生的丁達爾現象，整體上比教材制備氫氧化鐵膠體方案的實驗現象明顯，光束更清晰。尤其是滴加10滴和12滴飽和氯化鐵溶液的液體，都有較寬的光亮“通路”。

但由于兩組液體顏色都接近光束顏色，以致“光亮的”通路并不光亮，所以對實驗步驟進行了調整并做了方案二。

方案二：在加入氯化鐵溶液的液體后煮沸，整體上較教材實驗現象明顯。加入10滴和12滴的氯化鐵溶液的液體都有較寬的光亮“通路”，且光束顏色通透明亮，便于全班同學觀察。加入10滴的液體光束顏色更亮，狀態也更像膠體：既不像溶液那么透明，又不像濁液易沉淀；此狀態剛好能顯示出膠體的介穩態，利于學生從外部事件構建膠體的特點，轉化為自己的知識，是可用于上課觀察丁達爾現象的較佳制備方案。

如果課堂上出現膠體沉淀的情況，教師可借機提出為什么的問題，讓學習者自己思考，激發學生的求知欲，使學生深刻理解聚沉現象并意識到膠體聚沉的一個條件是加熱。

四、 總結

中學氫氧化鐵膠體制備的實驗只需要定性觀察，對量的要求不高，因此采用本文的實驗方案就可以得到較好的實驗觀察效果。但實驗僅從氯化鐵溶液的用量以及與加入順序與原實驗進行了對比，并未考慮實驗的其他因素，如：煮沸的時間、激光筆的顏色與型號等。筆者列舉了影響實驗的因素并設計了多因素多水平的實施方案，采用正交分析軟件進行分析，進一步的篩選工作仍在進行中。

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作者簡介：

王冬梅，鄭茹，楊曉燕，王瑞，陜西省寶雞市，寶雞文理學院化學化工學院；張曉梅，陜西省寶雞市，寶雞市金陵中學。