淺談苯甲酸的分離提純?cè)诟咧谢瘜W(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

莊露

一、研究背景簡(jiǎn)介

1.對(duì)教學(xué)要求的解讀

高中化學(xué)教學(xué)中選用人教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的教材，以有機(jī)物苯甲酸為例讓學(xué)生掌握重結(jié)晶這一分離提純的實(shí)驗(yàn)方法。在實(shí)施教學(xué)中以發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，基于科學(xué)和基于對(duì)學(xué)生的理解為指導(dǎo)思想。以培養(yǎng)人，培養(yǎng)科學(xué)精神為目標(biāo)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。通過(guò)領(lǐng)會(huì)核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，立足育人，培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中解決或解答實(shí)際問(wèn)題的能力。

科學(xué)特點(diǎn)要求關(guān)注規(guī)律的普遍性與特殊性，但是不要將規(guī)律固化，不要將規(guī)律形成思維定勢(shì)，要具體問(wèn)題具體分析。根據(jù)物質(zhì)自身性質(zhì)，根據(jù)客觀環(huán)境選擇合適的方法與手段。在此過(guò)程中讓學(xué)生體會(huì)到物質(zhì)的變化是有條件的，變化條件是可以控制的。

2.實(shí)踐過(guò)程中的反思

為了讓學(xué)生理解重結(jié)晶這一分離提純的方法，教材中以苯甲酸中混有泥沙為例進(jìn)行講解。而真實(shí)的生產(chǎn)過(guò)程中，苯甲酸混有的雜質(zhì)并非泥沙，而是混有氯化鉀等雜質(zhì)。且教材中對(duì)重結(jié)晶的方法這樣定義：選擇適當(dāng)溶劑，雜質(zhì)在此溶劑中的溶解度或大或小，被提純的物質(zhì)溶解度隨溫度變化較大，這樣使固體混合物分離的方法叫重結(jié)晶。若僅以苯甲酸中混有泥沙為例講解重結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生容易忽視“選擇適當(dāng)溶劑”這一項(xiàng)要求，學(xué)生會(huì)習(xí)慣性認(rèn)為溶劑就是水。此外，學(xué)生對(duì)雜質(zhì)在該溶劑中溶解度或大或小理解不清，因?yàn)槟嗌吃谒须y溶，屬于雜質(zhì)在該溶劑中溶解度或小的情況。基于上述考慮，筆者認(rèn)為不妨在完成教材中給出的苯甲酸中混有泥沙的實(shí)驗(yàn)外，再增加兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別為苯甲酸中混有氯化鈉、苯甲酸中混有氯化鉀。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用

1.苯甲酸中混有泥沙

由于苯甲酸溶解度受溫度影響較大且隨溫度升高而升高，泥沙在水中難溶且溶解度隨溫度變化不大，所以先加熱溶解混合物，然后趁熱過(guò)濾，使雜質(zhì)泥沙留在濾紙上，將獲得的濾液進(jìn)行冷卻，待有大量晶體析出后，過(guò)濾、洗滌、烘干即可獲得較為純凈的苯甲酸。

在此分析過(guò)程中，引入溶解度曲線圖2-1，學(xué)生通過(guò)分析數(shù)據(jù)變化規(guī)律，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)選擇合適的分離提純方法。學(xué)生初步了解重結(jié)晶這一分離提純的方法。

2.苯甲酸中混有氯化鈉

氯化鈉易溶于水但溶解度隨溫度變化不大，所以加熱溶解混合物，此時(shí)苯甲酸和氯化鈉均溶解在水中。然后冷卻溶液，當(dāng)有大量固體析出時(shí)過(guò)濾，此時(shí)濾紙上獲得苯甲酸，而氯化鈉殘留在濾液中。將獲得的苯甲酸再洗滌、烘干即可獲得較為純凈的產(chǎn)品。

向?qū)W生提供溶解度曲線如圖2-2所示，學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行驗(yàn)證。此過(guò)程幫助學(xué)生理解雜質(zhì)在該溶劑中的溶解度或大或小，其具體的操作步驟略有差異。操作方法是根據(jù)客觀情況，根據(jù)需要而決定的，并不是永遠(yuǎn)不變的。

3.苯甲酸中混有氯化鉀

氯化鉀易溶于水且溶解度隨溫度升高而略有變化，如圖2-3所示。作為雜質(zhì)，氯化鉀在水中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于苯甲酸，且在水中的溶解度隨溫度變化趨勢(shì)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于苯甲酸在水中的變化趨勢(shì)，此時(shí)加熱溶解再冷卻結(jié)晶分離效果不好。

因此，需要引導(dǎo)學(xué)生思考能否將氯化鉀變得像泥沙那樣難溶？從物質(zhì)分類(lèi)的角度可以聯(lián)想到苯甲酸屬于有機(jī)物，更易溶于有機(jī)溶劑。由此啟發(fā)學(xué)生可以通過(guò)更換溶劑，挑選一種讓苯甲酸易容而氯化鉀難溶的溶劑，再利用重結(jié)晶的方法進(jìn)行分離提純。

通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，選擇用乙醇作為溶劑。分別尋找苯甲酸和氯化鉀在不同溫度下的乙醇溶劑中的溶解度，繪制出曲線變化圖，供學(xué)生參考。如圖2-4所示。

學(xué)生根據(jù)提供的信息，進(jìn)行分析判斷。將混合物溶解在乙醇中，加熱，此時(shí)苯甲酸全溶，而氯化鉀幾乎不溶沉在底部。趁熱將混合液過(guò)濾，向獲得的澄清濾液中加入一定量冷水，有大量固體析出，此固體即為苯甲酸。實(shí)驗(yàn)效果如圖2-5和2-6所示。

三、反思與總結(jié)

完成上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)重結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)方法有較為全面的認(rèn)識(shí)。通過(guò)改變溫度或通過(guò)更換溶劑，進(jìn)而改變物質(zhì)的溶解性，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)混合物的分離提純。對(duì)于不同混合物，我們根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)選擇合適的分離方法。物質(zhì)變化是有條件的，變化條件是可以控制的，要在情境中具體問(wèn)題具體分析。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，受客觀條件的限制，還有很多可以改進(jìn)的地方。比如在進(jìn)行苯甲酸中混有氯化鉀的實(shí)驗(yàn)中，趁熱過(guò)濾時(shí)可以將盛放濾液的燒杯置于水浴鍋中，防止冷凝結(jié)晶。