郭科 胡源龍 曾艷 汪靈嬌

摘要：針對常規(guī)鹽溶液蒸發(fā)實驗存在加熱時間過長的問題，結(jié)合相關(guān)教學(xué)需求，設(shè)計以具支試管作為加熱蒸發(fā)主體部分的一套裝置。該裝置在具支試管底部放置一大藥匙的白色硅藻土以吸附鹽溶液，在試管的支管口放置pH試紙以檢驗是否有易揮發(fā)酸的產(chǎn)生。改進后的實驗裝置在1分鐘內(nèi)即可觀察到相關(guān)的實驗現(xiàn)象，藥品用量少，污染也少，具有較好的教學(xué)適用性。

關(guān)鍵詞：鹽類水解；鹽溶液蒸干；實驗改進；實驗探究

文章編號：10056629（2023）06006004中圖分類號：G633.8文獻標(biāo)識碼：B

1 問題的提出

鹽類水解原理在鹽類物質(zhì)的實際工業(yè)生產(chǎn)中具有重要價值，而“鹽溶液蒸干產(chǎn)物的判斷”實驗便是其在中學(xué)教學(xué)中的重要銜接點。針對該部分內(nèi)容，普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提示我們：需要關(guān)注水溶液體系的特點，結(jié)合實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等證據(jù)素材，引導(dǎo)學(xué)生形成認(rèn)識水溶液中離子反應(yīng)與平衡的基本思路^［1］。在實際教學(xué)過程中，我們常常引導(dǎo)學(xué)生進行理論推導(dǎo)和分析，卻很少進行該實驗。究其原因，可能是因為：（1）教材上未給出該實驗相應(yīng)的具體操作；（2）采用常規(guī)的蒸發(fā)裝置（見圖1）進行實驗存在操作繁瑣、耗時過長等缺點。

基于反應(yīng)原理的微觀視角進行分析推理，固然能夠幫助學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)及其變化，但化學(xué)學(xué)科思維并不局限于微觀視角，“宏觀微觀符號”三者之間應(yīng)形成閉環(huán)；此外，教師一味地說教，無實驗證據(jù)支撐，學(xué)生理解起來也比較困難。因此，本研究在梳理已有研究的基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)鹽溶液蒸干裝置的不足之處進行改進，并設(shè)計相應(yīng)的實驗教學(xué)活動，以期能給實際的教學(xué)工作提供相應(yīng)的參考。

2 文獻綜述

針對該實驗所存在的操作繁瑣、耗時過長且生成大量HCl污染教室的問題，薛貴鳳老師^［2］將浸泡過氯化鐵溶液的粉筆置于酒精燈上灼燒，在1分鐘內(nèi)便觀察到粉筆的顏色從黃色變?yōu)榧t褐色再變?yōu)殍F銹色。但也發(fā)現(xiàn)由于酒精會熱還原氧化鐵，使粉筆變成黑色而干擾實驗。由此，高海軍老師^［3］利用電爐灼燒浸有鹽溶液粉筆的方法研究氯化鐵及碳酸鈉溶液蒸干后的產(chǎn)物，現(xiàn)象明顯且操作簡單。陸海燕老師^［4］在傳統(tǒng)蒸發(fā)裝置的基礎(chǔ)上添加了一個倒扣漏斗，并于漏斗口放置pH試紙，以幫助學(xué)生認(rèn)識氯化鐵溶液水解會生成氫氧化鐵及氯化氫，如圖2所示。但實驗過程只觀察到紅棕色固體的生成，并未能如期觀察到pH試紙逐漸變紅的現(xiàn)象。

綜上所述，已有研究均只探討了氯化鐵溶液的蒸干方法，且主要側(cè)重于如何在實驗過程中快速地觀察到紅褐色氫氧化鐵的生成。有的老師還設(shè)計了對產(chǎn)物氯化氫的檢驗，但未得到預(yù)期的實驗現(xiàn)象。因此，該系列實驗仍需要就產(chǎn)物的顯性化問題作進一步改進。

3 實驗研究

實驗活動的設(shè)計和學(xué)生對知識的理解是相輔相成的。學(xué)生在應(yīng)用鹽類水解的影響因素分析解決鹽溶液蒸干問題時，反應(yīng)物的性質(zhì)（如鹽是否會水解、水解是否會生成易揮發(fā)性物質(zhì)、是否易被氧化、是否易分解等）和反應(yīng)條件（如溫度、濃度等）是兩個非常重要的視角。所以，這理應(yīng)是相關(guān)實驗研究和教學(xué)設(shè)計的著力點。

鐵鹽和亞鐵鹽溶液的蒸干是建構(gòu)鹽溶液蒸干產(chǎn)物判斷模型的典型事實材料。如聚焦對比氯化鐵和氯化鈉，可以讓學(xué)生認(rèn)識到鹽溶液蒸干產(chǎn)物的判斷需要考慮鹽類是否會水解；聚焦對比氯化鐵和硫酸鐵，可以讓學(xué)生認(rèn)識到鹽溶液蒸干產(chǎn)物的判斷需要考慮水解產(chǎn)物是否受熱易揮發(fā)；而聚焦對比硫酸鐵和硫酸亞鐵，則可以讓學(xué)生進一步認(rèn)識到鹽溶液蒸干產(chǎn)物判斷還需考慮物質(zhì)本身是否易被氧化等。

綜上，結(jié)合相關(guān)研究現(xiàn)狀，開展了如下問題研究。

3.1 問題1：如何觀察到氯化鐵溶液蒸干后的產(chǎn)物

在加熱蒸干氯化鐵溶液的實驗中，如何讓學(xué)生觀察到紅褐色氫氧化鐵以及氯化氫氣體的產(chǎn)生是學(xué)生理解反應(yīng)原理的兩個重要宏觀現(xiàn)象。

借助傳統(tǒng)的蒸發(fā)裝置對飽和氯化鐵溶液進行加熱蒸干，我們不難看到蒸發(fā)皿中的物質(zhì)從黃棕色溶液緩慢地變成紅褐色固體。由于蒸發(fā)皿是一個敞口容器，且水解產(chǎn)生的氯化氫氣體量較少，故而借鑒圖2裝置，用倒扣在蒸發(fā)皿上的三角漏斗收集并檢驗氯化氫氣體的生成。同時將pH試紙由“放置在漏斗口”改為“塞進漏斗中”，使之離蒸發(fā)皿的距離變近（如圖3所示）。這樣除了能觀察到紅褐色氫氧化鐵的生成外，還能觀察到在蒸干過程中pH試紙先出現(xiàn)小紅點，然后紅色范圍擴大，接著紅色加深的現(xiàn)象，從而幫助學(xué)生認(rèn)識氯化氫氣體的產(chǎn)生及其受熱易揮發(fā)的性質(zhì)。

3.2 問題2：如何快速地得到預(yù)期的實驗現(xiàn)象

在加熱蒸發(fā)皿進行鹽溶液蒸干實驗時，出現(xiàn)預(yù)期的實驗現(xiàn)象所需要的時間較長，其原因可能是蒸發(fā)皿為敞口容器散熱快，且加入的鹽溶液體積也較大。因此，提高溫度、減少鹽溶液的用量、采取密閉措施等都是縮短加熱時間的合理方法。

3.2.1 改進實驗裝置

為此最終設(shè)計了如下的實驗裝置，見圖4。

整套裝置將具支試管作為加熱蒸發(fā)的主體部分，在具支試管底部放置一大藥匙的白色硅藻土，在試管的支管口放置pH試紙。

3.2.2 具體實驗操作

取一大藥匙白色硅藻土置于具支試管底部，然后用膠頭滴管向硅藻土滴加1～2mL飽和鹽溶液。接著，按照圖4所示裝置組裝好相應(yīng)的實驗儀器，然后加熱硅藻土直至蒸干其中的鹽溶液，觀察實驗現(xiàn)象。

3.2.3 相關(guān)注意事項及說明

（1） 采用白色硅藻土（即純度較高的硅藻土），以避免底物顏色對產(chǎn)物顏色的觀察產(chǎn)生干擾。

（2） 采用硅藻土而不采用濕棉花的原因：實驗過程中，需要將浸有鹽溶液的棉花塞到試管底部，這不可避免地會使得棉花被壓成一團。研究發(fā)現(xiàn)，后續(xù)加熱過程中，產(chǎn)生的熱氣流會推動棉花從試管底部向試管中間滑動，不易控制加熱點。而硅藻土則能很好地避免這一問題，但同樣需要注意的是，硅藻土也不宜取得過多，一大藥匙的用量便能夠取得較好的實驗效果。

（3） 實驗開始前需要用橡膠塞堵住具支試管口。一方面是為了讓后續(xù)產(chǎn)生的氯化氫氣流集中通過支管口，另一方面則是為了便于收集處理冷凝后的液體。

（4） 在研究過程中，使用的都是飽和鹽溶液，以增加其水解程度。

3.2.4 相關(guān)實驗現(xiàn)象及解釋

結(jié)合圖4裝置，按3.2.2所述操作步驟展開實驗，以檢驗該裝置在教學(xué)過程中的適用性。相關(guān)實驗現(xiàn)象記錄及解釋見圖5。

4 實驗教學(xué)活動設(shè)計

實驗教學(xué)活動設(shè)計如圖6所示。

5 總結(jié)與反思

改進后的實驗裝置具有加熱時間短（一般1分鐘不到即可觀察到實驗現(xiàn)象）、實驗現(xiàn)象明顯的優(yōu)點，且藥品用量少，產(chǎn)生的氯化氫氣體量也少，故而造成的污染較小。但結(jié)合實際教學(xué)情況來看，該實驗缺少對蒸干產(chǎn)物作進一步灼燒的考慮以及鹽類水解后所得產(chǎn)物的深層次分析，后續(xù)研究可進一步對其進行完善。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社，2020： 66～67.

［2］薛桂鳳. 探究氯化鐵溶液灼燒的變化——探究實驗課的教學(xué)設(shè)計［J］. 化學(xué)教學(xué)，2018，（2）： 50～53.

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［4］陸燕海，林肅浩. 對氯化鐵溶液蒸干及灼燒后產(chǎn)物的探析［J］. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2010，（5）： 47～48.