从实验中体验化学操作的乐趣――基础实验化学之离子检验

一、案例背景

以科学合理的教学手段提高课堂教学的质量、有效性，这是课堂教学的最终目标。而在课堂中创设良好的问题情境，则恰恰是目前课堂教学的一项重中之重。曾有著名学者说：“创造始于问题，有了问题才会思考，有了思考，才有解决问题的方法，才有找到独立思路的可能。”由此可见，问题情境对于课堂教学的重要性。现阶段，科学有效的问题情境创建不仅是广大化学教师积极探索的一项课题，同时也是实现学生课堂主体，激发学生探索欲望，引导学生结合所学知识展开探究，继而感受化学知识生成的重要途径。而在传统的课堂中，受到时间、设备、材料等诸多因素的制约，使得学生亲自参与实践的机会少之又少。基于这个现状，本校开设了基础实验化学这门选修课，鼓励学生自行设计、参与实验，并在学生中引起了好评。

在学习了专题2和专题3之后，虽然学生对大多数离子的检验有了初步的了解，但是依然存在着相应的不足和短板。比如：四氯化碳萃取的是碘离子还是碘单质等。因此，笔者在课堂中将全体学生进行了分组，并设计了一道平日常见的问题供他们讨论。之后，再由两组各选代表到讲台上讲解、操作。适度地将课堂交给学生，不仅可以有效培养他们的实验操作技能，同时还可以让学生对化学知识产生进一步的了解。本课致力于考查学生对离子检验知识的同时，也希望能够培养学生之间合作交流的习惯。

二、教学流程

流程1：课前学生根据实验题目以小组为单位确定实验方案

流程2：小组分别选取代表，且每个小组有7分钟的实验时间

流程4：教师一边演示一边进行总评。

三、教学过程

【情境创设】课前讨论：小组设计方案。

已知某溶液中已经存在K+、Na+，还可能存在NH4+、Fe3+、Fe2+、I-、SO42-、CO32-，根据提供的试剂和仪器，设计检验实验，确定溶液中各离子存在与否。

实验试剂：pH试纸，红色石蕊试纸、氯化钡溶液、稀硝酸、稀盐酸、淀粉溶液、稀硫酸、硝酸银溶液、双氧水溶液、浓氢氧化钠溶液、稀氢氧化钠溶液、四氯化碳溶液（150ml）、蒸馏水、硫氰化钾溶液。

实验仪器：酒精灯、试管若干支、试管夹、火柴、洗瓶、胶头滴管、试管架、镊子。

附：待测溶液（学生事先未知）：碘化钾、碳酸钠、硫酸钠、硫酸铵的混和溶液150ml。

要求：在开展实验的过程中，将实验方案以框图的形式表示出来，小组确定方案后，当实验完成后再由小组进行统计，归纳所含离子。每个小组有7分钟的展示时间。

附：待测溶液（学生事先未知）：碘化钾、碳酸钠、硫酸钠、硫酸铵的混合溶液150ml。

由于学生事先并不知道溶液中含有哪些离子，所以本次实验对于学生而言为探究性实验，其中隐含的未知因素可以有效激发学生的探究热情。

【探究点】这里的离子检验存在很多干扰，①若直接滴加硝酸银，产生的硫酸银、碳酸银会干扰碘离子的检验，而亚铁离子的浅绿色在浓度较稀的时候颜色不容易分辨;②若直接滴加氯化钡，则碳酸根离子和硫酸根离子均会产生白色沉淀;③在检验I-的时候，一般会采取先用一种氧化剂氧化，将I-氧化为I2，这个时候可以用四氯化碳和淀粉溶液来检验。可是当离子浓度较小时，萃取途中不易看出颜色变化，而如何排除离子的干扰并得出正确的结论，这无疑对学生提出了较高的要求。

【学生展示及评价】

学生展示方案一：

（2）取少量待测液体，滴加稀盐酸，有气泡产生，继续滴加硝酸银产生白色沉淀，而未见到淡黄色沉淀，则证明存在SO42-、CO32-，而不存在I-。

（3）另取少量待测液体，加入氢氧化钠，加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则证明有NH4+。

最终结论：溶液中含有SO42-、CO32-、NH4+;不含有I-、Fe2+和Fe3+。

学生展示方案二：

（2）取少量待测液，滴加氯化钡溶液，产生白色沉淀，再滴加稀盐酸，无气体产生且沉淀未见溶解，则判断溶液中无CO32-，而存在SO42-。

（3）另取少量待测液体，加入氢氧化钠，加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则证明有NH4+。

（4）另取少量的待测液体，加入稀盐酸和过氧化氢，振荡，滴加淀粉溶液变蓝，则证明有I-。

（2）取少量待测液体，滴加稀盐酸，有气泡产生，则证明原溶液中存在CO32-。再滴加氯化钡溶液，产生白色沉淀，则证明原溶液中存在SO42-.

（3）另取少量待测液体，滴加NaOH，无明显现象，则确定溶液中不存在Fe2+和Fe3+，加热，产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体，则证明有NH4+。

（4）另取少量待测液体，滴加稀盐酸和过氧化氢，再加入CCl4，振荡，下层显浅紫色，则证明存在I-。

最终结论：溶液中存在SO42-、CO32-、I-;不存在其他离子。

教师总评：这个离子检验题本身就具有很强的干扰性，三组同学在设计实验方案的时候都经过了认真思考，虽然在操作过程中出现了一些小问题，但总体来看还算达标。实际的操作和理论设计在一定程度上会出现偏差，这是很正常的。因此，我们不仅要把理论知识掌握扎实，更需要在实验中运用起来。例如，Fe2+在浓度较小的时候浅绿色并不明显，不容易被看出来，因此不能简单地通过颜色来判断，因此，在滴加NaOH的过程中需要额外强调。

检验试剂的选择也需要注意灵敏度。例如在I-检验过程中，当第三组同学完成萃取时，由于振荡不充分，发现浅红色不是很明显。而且由于I-浓度本身较低，氧化后得到的碘单质不多，本身萃取的时候就不容易观察，因此萃取过程一定要振荡充分，否则分层现象将不明显。

若得到含碘单质的水溶液后，换用淀粉溶液来检验，则蓝色非常明显，淀粉溶液在检验灵敏度上比四氯化碳要强，因此在选择试剂的时候要注意灵敏度的把握。例如，如果你想再次确认Fe3+不存在，就可以用灵敏度更高的KSCN溶液来检验，如果溶液没有呈血红色，则Fe3+就可以确认不存在。

演示：取待测液加入KSCN溶液，无明显现象。

另外，在设计过程中，看到部分同学直接用CCl4来萃取I-、检验I-的存在，这里需要强调一下，CCl4萃取的是碘单质，只有将I-氧化为碘单质后才能被萃取，这也是很多同学的误区。

演示：向碘化钾溶液中直接加入CCl4，无明显现象。

四、案例反思

本节课以某道离子检验题作为案例，让学生自行设计演示实验，并鼓励学生自行参与、自行操作，这是对学生动手能力与思维能力的一次考验。而有趣的是，在本次课堂教学过程中，在学生的操作环节中还设有“同学互评”这一环节，可以有效引导学生展开互评，继而加深学生对离子检验的理解和认知，同时还能间接培养他们的动手能力，让他们进一步掌握实验步骤。

化学需要实践，只有良好的实践与体会，学生才能更加深刻地把握知识。所以在课堂教学中，教师要严格避免“纸上谈兵”，必须做好理论与实践的有机结合。不过，有些实验在理论中可以轻松完成，但挪到现实中时却存在许多的限制因素，从而发生预想之外的情况。这时，必须指导学生及时对实验方案进行改良。这样，便间接培养了学生的随机应变能力。此外，学生天性对未知事物充满好奇，而对未知溶液的探究恰恰可以最大限度地激发学生的探究欲望，从而让他们产生“这里会出现什么？生成什么？产生什么？”的疑问心理。而正如某位英国学者所言：“一无所知的人不会怀疑任何事情。”在这种好奇心和疑问的驱使下，试问学生又怎么会学不好化学呢？

此外，选修课的评价方式不能仅仅停留在笔试上，还可以适当地考查学生的动手能力，观察他们的操作熟练度以及个体存在的某些问题。从而让教学实现理论与实践的相结合。而正如上述所言，这堂课不仅仅考查了学生对离子检验知识的掌握情况，同时还间接培养了学生的动手能力和操作能力，从而为最终选修课考核提供了宝贵依据。