化学家园

实验设计的绿色化

                                      

　　进行研究性学习是培养学生多种能力的良好途径，到社会大课堂去实践，发现问题，探究之、解决之，使学生能够用知识解决现实问题，无疑会对学生的学习的兴趣，学习动力产生极大的激励作用，培养他们强烈的社会责任感。但是，老师们教学任务重，学生的升学压力大，在时间上难以承受，老师们惟恐影响学生们的升学目标，不太敢放手搞。其实，我们完全可以两条腿走路，不要只盯住社会这个课堂，课堂教学过程应当是我们开展探究性学习的主战场。在教材中寻找素材，开掘它，利用它，来培养学生敢于质疑的精神、综合利用知识的能力和环保意识，进而由小及大、扩展至社会 。

　　铁与硫反应的产物是硫化亚铁，在课本上写得清清楚楚，从理论上进行分析也应是如此，还有什么可探究的？其实不然。在反应产物中仅仅有硫化亚铁生成吗？怎样证明确实生成了+2价的铁和－2价的硫？在产物中有没有其它价态的微粒存在？怎样确认？怎样克服干扰因素？问题一大堆。我们开展探究性学习的目的，除了让学生更好地掌握知识外，更重要的是让学生在认知过程中接受一种情感的熏陶，接受事物是复杂的这一认识，要获得真知灼见，不付出辛劳是不行的，体会科研，学会科研，立志科研，为国奉献。

　　一 硫化亚铁的制备

　　哪种方法制备硫化亚铁最好？怎样配比才能获得铁与硫反应的最佳效果？怎样处理这个反应才能获得最佳的环境效果？学生们可以提出各种各样的设想：把铁粉和硫粉混合，放在石棉网上点燃，放在试管中加热…讨论后，确认的方法为：把铁与硫均匀混合放入直径为3mm的玻璃管中，并使铁硫混合物密实，尽量不留空隙，然后把玻璃管悬挂在铁架台上，从玻璃管的底部点燃，把蘸有氢氧化钠溶液的棉球放于玻璃管顶部，吸收反应产生的污染物。铁与硫的质量比7：4为反应的理论比值，但实践证明，这个配比使得反应混合物不能在玻璃管中从下往上燃烧完全，常常发生反应中断的问题，质量比若为7：5时，燃烧过程顺利进行，但反应过程中蓝色火焰较大，有污染问题。我们通过多次实验得出铁与硫的质量比7：4.2为好。学生可以摸索这个结果，也可以告诉学生这个结果。

　　二 产物的鉴别

　　1　怎样鉴别S^2-

　　硫化亚铁不溶于水，不便直接检验，加入盐酸后会产生H₂S，H₂S有恶臭，剧毒，绝不能让它外逸，这就要求我们综合利用所学知识，做到既要有明显现象，又不能污染环境。有哪些可以利用的知识贮存呢？

　　（1）2H₂S+SO₂=3S+2H₂O

　　（2）H₂S+Pb(NO₃)₂=PbS↓+2HNO₃等反应，显然，利用反应（1），让它们在密闭容器中相遇，就能达到上述目的。在一个大试管（2.0×20）中放入一只小试管（0,8×5cm）加胶塞，形成密闭环境,反应（2）会造成H₂S气体的外逸。

　　加入试剂的量 H₂S和SO₂中的任何一种气体如果量过多都会造成因试管内压强大而使胶塞迸出，气体外逸的后果，必须控制FeS和Na₂SO₃的用量，浓硫酸与Na₂SO₃反应时有热量放出，要考虑温度对气体体积的影响。

　　加入试剂的顺序和浓度 FeS与盐酸反应产生H₂S的速率较慢，要先向小试管中加入盐酸，以6mol·L^-1为好，然后再向大试管中加入浓硫酸，迅速旋紧胶塞，稍待片刻，大试管内壁出现浅黄色固体，现象非常明显。（小试管内也有少量硫生成，若大试管内壁有少量水附着反应现象更明显）

　　2　Fe²⁺鉴别

　　教材中清楚地告诉我们：向含有Fe²⁺的溶于中加入OH^-，会出现白色沉淀，然后迅速变为灰绿色，再转变为红褐色沉淀。这个方法可以用来鉴别Fe²⁺_,，但是，在加入OH^-后，没有出现预期的现象，而是出现了黑色沉淀，为什么？又是一个需要分析探索的问题。（溶液中含有H₂S，由于加入OH^-，有S^2-生成，所以生成了FeS沉淀，进一步加深学生们对溶解度知识的理解：若要析出沉淀或气体母液必须饱和）

　　既然不能用上述方法鉴别Fe²⁺，还有没有其它方法？学生们自然会想到用KSCN溶液鉴别Fe³⁺的方法，那么是先加KSCN溶液，再氧化Fe²⁺,还是反向操作？学生讨论结果自然是先加KSCN溶液，再氧化Fe²⁺,以确认原溶液中没有Fe³⁺。

　　迅速用长滴管吸取少量小试管内的液体，放入10mL蒸馏水中稀释，备用。取稀释液3mL，并滴加KSCN，溶液中却出现了红色。说明溶液中含有Fe³⁺，它从哪里来？合理的解释有哪些？（引导学生来完成：铁粉因放置已被氧化，因铁与硫的混合物中有空隙，被空气占据，燃烧时有+3价铁生成，也有人认为可以生成Fe₂S₃,若真的生成Fe₂S₃，如何证明？）

　　在含有Fe³⁺的情况下，如何检验Fe²⁺?可以让学生去查找资料，去请教。当然，也可以告诉他们：F^-离子是Fe³⁺的良好掩蔽剂，生成色的FeF₆^3-离子。

　　在把Fe³⁺掩蔽之后，用哪种氧化剂来氧化Fe²⁺?

　　可以氧化Fe²⁺的氧化剂很多：氯水、双氧水、酸性高锰酸钾溶液、酸性重铬酸钾溶液…

　　种类不少，但哪类氧化剂对环境最友善？氯水自身有毒，酸性高锰酸钾溶液可以把Cl^-氧化生成Cl₂（溶解FeS时盐酸过量）…显然只有双氧水是真正的绿色氧化剂：2Fe²⁺ +H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，让学生学会选择最优。

　　在实际操作中学生的设计很有创意，请看以下较有代表性的实际反应装置的照片：

　　　

　　　　　　　　　　图1　　　　　　　　　　　　　　图2

　　 　

　　　　　　　　　图3 　　　　　　　　　　　　　　图4

　　图1，为了节省药品，保护仪器，学生用很细的试管做反应器，把细铁伸入铁和硫的混合粉末中，待反应完成后用铁丝把生成物拉出，他们达到了实验目的，在检验S^2-时，他们不用胶塞堵试管口，而是用蘸有NaOH溶液的湿棉花吸收可能过量的H₂S或SO₂，这样就防止了胶塞崩出的可能。

　　图2，烧杯中盛有NaOH溶液，用来吸收铁与硫反应时可能产生的SO₂防止污染。

　　图3，反应结束时，从分液漏斗注入自来水把大试管中的H₂S挤压出来，用烧杯中的CuSO₄溶液吸收，然后再从大试管中吸取试液，用于检验Fe²⁺，防止了H₂S的污染，

　　图4，为了保证铁与硫在没有氧气干扰的情况下进行反应，第一个锥形瓶中加入适量的CaCO₃和盐酸，用产生的CO₂排净大试管中的空气，这时分液漏斗是空的，阀门是打开的，第二个锥形瓶中盛有CuSO₄溶液，锥形瓶左侧的长导管插入溶液中，起到液封的作用；排净空气后，关闭分液漏斗阀门，多余的CO₂可以从右侧导管排出；点燃酒精灯，使铁与硫反应（铁与硫的量要少些，以免试管炸裂），反应完成后，冷却，向分液漏斗中加入盐酸，检验S^2-，后续操作如图3。

　　在整个教学过程中，随着实验的不断进行，问题就不断产生？解决问题的过程既是已有知识的复习应用，又是学习新知识的过程，既有老师的引导，又有学生的相互质疑；既有学生的独立探究，又有老师的适时点拨。学生们很兴奋，积极性很高，下课了还意犹未尽，恋恋不舍。

　　国家鼓励探究式教学，学生们欢迎探究式学习，只要我们作教师的认真钻研教材，认真备课，相互切磋就能挖掘出更好的素材，完成我们的教育教学任务。　

【作者: 长空星雨】【访问统计:】【2007年07月22日 星期日 23:09】【注册】【打印】