鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)案例

韓曉光

摘 要：指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，組內(nèi)交流討論，拓展思路，獲取創(chuàng)新靈感。通過反復(fù)實(shí)踐論證，尊重事實(shí)證據(jù)，設(shè)計(jì)出符合學(xué)生認(rèn)知水平且簡便的實(shí)驗(yàn)方案和裝置，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和探究意識(shí)，讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門學(xué)科。

關(guān)鍵詞：氫氧化亞鐵;采血管;探究與創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一。現(xiàn)以氫氧化亞鐵的制備案例談一下我們的做法。

一、指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出有探究價(jià)值的化學(xué)問題

氫氧化亞鐵制備歷來是我們課堂演示實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，我們學(xué)科組之前也做過改進(jìn)，但氫氧化亞鐵白色沉淀極容易氧化而保持時(shí)間短暫，而且課前對(duì)硫酸亞鐵溶液和氫氧化鈉溶液的處理費(fèi)時(shí)。筆者當(dāng)堂提出：“同學(xué)們是否能想出某種方法，解決這一難題呢？”

二、依據(jù)探究目的提出理論設(shè)計(jì)

我們和學(xué)生共同制定了以下探究目標(biāo)并展開研究：

1.配制不含鐵離子的硫酸亞鐵溶液。

2.得到不含或含有微量氧氣的氫氧化鈉溶液。

3.如何避免反應(yīng)過程中氧氣的介入。

由于學(xué)生知識(shí)有限，所以我指導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，組內(nèi)交流討論，拓展思路，獲取創(chuàng)新靈感;要求學(xué)生設(shè)計(jì)出簡便的實(shí)驗(yàn)裝置，不能超越學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知水平，尤其是能微型化最好。

三、制定實(shí)驗(yàn)方案

1.探究如何配制硫酸亞鐵溶液

通過學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)硫酸亞鐵溶液的配制大致有兩種思路：一種方法是用稀硫酸和還原鐵粉反應(yīng)制取;另一種方法是直接用硫酸亞鐵晶體和還原鐵粉、蒸餾水直接配制，再滴加少量稀硫酸充分振蕩，防止溶液變渾濁。

在實(shí)驗(yàn)室里我指導(dǎo)學(xué)生對(duì)這兩種方法做了比較，首先都用KSCN溶液檢驗(yàn)，證明方案可行。考慮到第一種方案有大量硫酸殘留，將來所用氫氧化鈉溶液濃度大，而第二種明顯更便于操作，學(xué)生都建議采用后者。可是放置一天時(shí)間后，我們發(fā)現(xiàn)溶液表面出現(xiàn)了一層紅棕色的膜狀物，說明是表面的硫酸亞鐵被空氣氧化了。這就給我們提出了一個(gè)新問題：如何長時(shí)間保存硫酸亞鐵溶液？

有學(xué)生提出用油膜法隔絕硫酸亞鐵溶液與空氣的方法，于是我們用煤油和苯做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，放置一天后用KSCN溶液檢驗(yàn)，還是有被氧化的跡象。經(jīng)過討論，我們決定從盛裝溶液的試劑瓶入手，避免空氣進(jìn)入瓶子。有一位學(xué)生提出，他知道醫(yī)院用的采血管是負(fù)壓的，而且有塞子，說明密封性很好。我和學(xué)生的思路一下子被這個(gè)建議激活了，給后續(xù)的創(chuàng)新帶來了預(yù)想不到的良好效果。后來，我們準(zhǔn)備了采血管和各種規(guī)格的注射器，大家動(dòng)手在采血管中配制硫酸亞鐵溶液，之后又用注射器抽空管內(nèi)剩余空間的空氣。放置一天后，溶液表面無明顯變化，用注射器吸取溶液，再次用KSCN溶液檢驗(yàn)，果然無氧化現(xiàn)象。

2.探究如何配制沒有或溶有少量氧氣的氫氧化鈉溶液

學(xué)生對(duì)氫氧化鈉溶液的配制大致有以下四種思路：

方案一：用碳酸氫鈉溶液代替氫氧化鈉[1]。

方案二：先用蒸餾水溶解氫氧化鈉再煮沸[2]。

方案三：用氨水代替氫氧化鈉。

方案四：用金屬鈉和水反應(yīng)制取氫氧化鈉溶液。

經(jīng)過討論，我們舍棄了用碳酸氫鈉溶液代替氫氧化鈉的方案，因?yàn)檫@是雙水解反應(yīng)，超出了現(xiàn)有學(xué)習(xí)水平。其次，新制氫氧化亞鐵能溶解在氨水中。方案一就是我們課堂演示的做法，所以也舍棄。最后采用方案四制取氫氧化鈉溶液。這是一個(gè)有創(chuàng)意的想法，但鈉與水反應(yīng)時(shí)，鈉會(huì)漂浮在水面上，必須除去所得溶液中的氧氣，否則和直接溶解氫氧化鈉就沒有差別。我對(duì)學(xué)生說，這是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，如果有人想辦法實(shí)現(xiàn)了就是一次了不起的創(chuàng)新。

有四組學(xué)生根據(jù)所查閱的資料說可以把鈉用鋁箔包起來，再扎些小孔，鈉就可以在水下反應(yīng)，生成的氫氣還可以把水中的氧氣趕出去。我知道這是舊版教材中收集鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣的一種做法，可是生成的氫氧化鈉還能和水繼續(xù)反應(yīng)，產(chǎn)生偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉也能和硫酸亞鐵反應(yīng)，生成的氫氧化鋁白色沉淀就會(huì)影響氫氧化亞鐵的觀察。很快就有學(xué)生建議用透明膠帶，這又是個(gè)好主意，透明膠帶是學(xué)生常用的，我鼓勵(lì)他們立即試一下，有的小組包得厚，有的包得薄，結(jié)果包裹起來的鈉都浮在水面上了。看來還需要把包裹起來的鈉固定在水下，大家都明白，如果在試管中是肯定不好實(shí)現(xiàn)的。突然，有一個(gè)學(xué)生興奮地說，用注射器，把鈉包起來釘在注射器的推柄上。學(xué)生立即活躍起來，我去找了些圖釘給他們。學(xué)生通過試驗(yàn)取得了滿意的效果，反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣泡從注射器底部涌出。這不僅解決了上述難題，有小組還發(fā)現(xiàn)可以借助注射器的針頭點(diǎn)燃產(chǎn)生的氫氣，說明容器中氧氣含量很少，反應(yīng)完成后還推動(dòng)活塞，使生成的氫氧化鈉溶液充滿整個(gè)空間，這就大大減少了氧氣的溶解量。具體操作如下：

從煤油中取出一小塊鈉，用濾紙吸取表面煤油，切下綠豆大小一粒鈉，用透明膠帶包裹起來，壓扁后用針頭扎幾個(gè)小孔并穿在圖釘上，再將圖釘釘在20毫升一次性注射器活塞前段黑色部位固定，然后把活塞完全推入注射器筒內(nèi)。

用準(zhǔn)備好的注射器從燒杯中吸取約15至20毫升蒸餾水，將注射器拿在手中直立向上，等待鈉與水反應(yīng)，在反應(yīng)最劇烈時(shí)有大量氣泡產(chǎn)生，在針頭處點(diǎn)燃?xì)錃鈺?huì)有明亮的火焰，證明氫氣純凈。在反應(yīng)完全后，向里推動(dòng)注射器活塞排凈筒內(nèi)氣體至充滿液體留用。

四、探究完成實(shí)驗(yàn)操作

取一只事先撕去標(biāo)簽并將外表清洗干凈的采血管，再將制備好的NaOH溶液直接注入采血管中約5毫升，用皮試用注射器吸取已經(jīng)配置好的FeSO4溶液注入盛有NaOH溶液的采血管中，明顯觀察到白色沉淀;讓學(xué)生近距離觀察，白色沉淀能保留大約十分鐘;再將采血管塞上塞子振蕩，讓學(xué)生觀察沉淀顏色的一系列變化。

參考文獻(xiàn)：

[1]張婧，趙萌，李明雪.氫氧化亞鐵制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新[J].廣州化工，2018（16）：145-160.

[2]徐建飛，張平.制備氫氧化亞鐵實(shí)驗(yàn)方案再探究[J].化學(xué)教學(xué)，2015（7）：54-57.

注：課題名稱：鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學(xué)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與探究能力的培養(yǎng)，課題類別：2018年度甘肅省“十三五”教育科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)課題，課題立項(xiàng)號(hào)：GS[2018]GHBZ0100。