基于核心素养下关于“粗盐提纯”化工流程的探究与改进.pdf

第 1 期2024 年 2 月现代盐化工经验与技术No.1Feb.,2024基于核心素养下关于“粗盐提纯”化工流程的探究与改进李文平(绥江县职业高级中学,云南绥江 657700)作者简介:李文平,男,云南绥江人,副校长,本科,研究方向:化学教育。摘要:伴随新课改核心素养的提出,教师不断寻求在课堂教学中实现让学生积极主动学习的方法,彰显学生学习的主体地位,并在这一过程中逐渐发展学生的核心素养,使学生既能熟练应用并掌握教材知识,又能真正提升综合素养。阐明了基于核心素养下化学教学“粗盐提纯”化工流程的探究与改进相关问题及对策建议。关键词:核心素养;粗盐提纯;化工流程;探究改进1 问题的提出1.1 高中化学学科核心素养发展学生核心素养,全面展现学生通过化学课程学习形成的必备能力和品格,主要包括宏观辨识与微观探析、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任等 5 个维度。其中实验探究与创新意识是化学核心素养的实践基础,科学精神与社会责任是化学学科素养的价值立场1。1.2 物质提纯物质提纯是通过适当的方法把混合物中的少量杂质除去,以得到纯净物质,提纯的对象分主体物质和杂质。在核心素养教学背景下,高中化学的教学方式与过去大不相同,许多高中化学教师开始努力搭建高效、快捷的新课堂教学模式。本文笔者就探究与改进“粗盐提纯”化工流程进行实践,积极培养学生的化学思维、化学意识、化学观念以及科学严谨的学习态度。2“粗盐提纯”综述2.1 实验目的熟悉漏斗的使用和过滤操作;熟悉蒸发皿的使用和蒸发、结晶操作;利用离子反应原理,除去粗盐中的可溶性杂质,进行粗盐的提纯,让学生养成科学态度与社会责任等化学学科核心素养。2.2 粗盐提纯化工流程图2.3 实验原理海盐、井盐等在经过一系列的处理后,便可得到含有一定可溶性杂质的粗盐,这些可溶性杂质在溶液中主要有 SO2-4、Mg2+、Ca2+等离子。因此,去除这些杂质离子,才能得到纯净的 NaCl 固体。利用离子反应,将杂质离子生成沉淀、气体或水,通过过滤除去沉淀,通过加热蒸发除去气体或水,最终得到纯净的 NaCl 固体(见表1)。表 1 加入不同试剂后除去的杂质及化学方程式加入试剂杂质化学方程式NaOH 溶液MgCl2MgCl2+2NaOHMg(OH)2+2NaClBaCl2溶液Na2SO4Na2SO4+BaCl2BaSO4+2NaClNa2CO3溶液CaCl2、BaCl2CaCl2+Na2CO3CaCO3+2NaClBaCl2+Na2CO3BaCO3+2NaCl盐酸 HCINaOH、Na2CO3HCl+NaOHNaCl+H2O2HCl+Na2CO32NaCl+CO2+H2O2.4 实验步骤步骤 1:取 4 g 粗盐,用适量蒸馏水溶解;步骤 2:加入 BaCl2溶液至稍过量,利用 Ba2+除去 SO2-4;步骤 3:加入 NaOH 溶液至稍过量,利用 OH-除去 Mg2+;步骤 4:加入 Na2CO3溶液至稍过量,利用 CO2-3除去 Ca2+、Ba2+;步骤 5:过滤,除去以上离子反应生成的沉淀;步骤 6:加入HCl 溶液至 pH 接近但略小于 7,利用 H+除去 CO2-3和OH-;步骤 7:加热蒸发,除去水和过量 HCI,得到纯净NaCl 固体;步骤 8:干燥并冷却后,称重,计算产率2。87第 1 期2024 年 2 月现代盐化工Modern Salt and Chemical IndustryNo.1Feb.,20243“粗盐提纯”化工流程的疑难问题探究3.1 学习“粗盐提纯”时学生遇见诸多问题(1)问题 1:弄清除杂的原则问题?一般加入的新试剂只能与杂质反应,不能与原材料发生反应。反应后不能带入新的杂质,发生反应后应当恢复原料物的状态,操作方法一般要求简单方便,可操作性高。如果引进新的杂质必定要在后续实验操作中去除,这些对于高中阶段的学生在进行实验操作过程中都是难点问题。(2)问题 2:使用何种试剂去除杂质?学生首先需要知道什么物质能够经过过滤后去除杂质物质,例如硫酸盐等,那么这些可溶解性杂质应当怎样清除,该用哪些试剂,这些都必须要求学生熟知,对于高中阶段学生来讲也是难点问题。(3)问题 3:新杂质物质如何清除?在高中阶段学生的思维中,除去杂质应当加入适当的试剂就可以做到,但这些仅仅只是理论上的操作,没有考虑实践过程中可能会突发的其他情况。为了将杂质完全清除掉必须加入超量的试剂,但这样又产生了一些新问题,比如新杂质又会出现。那么这些杂质怎么处理?这又是抛给学生的一大难题。(4)问题 4:除去杂质的正确顺序?这一问题应该是困扰许多学生的一大难点,因为要考虑的因素很多,需要学生具有较强的化学基础支撑,化学学科思维要严谨才能少出错、不出错。多种不同的试剂要怎么加才能是正确顺序呢?学生可能茫然不知,教师须指引学生先行设计方案,然后再分小组探讨,最终得出讨论结果3。3.2 部分教师吝啬多媒体信息技术教师在使用多媒体为学生讲课时,改进与创新的“粗盐提纯”流程实验环节,如果只是想着将内容以 3维动画的形式传授给学生,甚至幻想能利用信息技术手段让课堂内容达到“全员熟知”的地步,那是不可能的事情。这样只会给学生带来不必要的烦恼,让学生找不到学习重点及难点,最终打乱学生的学习思维,无法达到应有的教学成效。4“粗盐提纯”工业流程改进的优点4.1“粗盐提纯”改进后的过滤装置(1)仪器药品:铁架台、烧杯、漏斗、广口瓶、新型表面皿、粗盐、水等。(2)改进说明:新型表面皿是在原来表面皿的基础上改进的,在原来表面皿周围开启 57 个小孔,大大提高了过滤效率,降低了操作要求。放置时,新型表面皿的边缘必须低于滤纸边缘。(3)实验操作:将粗盐溶解在少量水中。使用新的装置进行过滤实验。(4)改进优点:滤纸不易被冲破,液体不易飞溅。降低了过滤的操作要求,无需玻璃棒引流,操作更加简便。提高了过滤效率。4.2“粗盐提纯”改进后的蒸发装置(1)仪器药品:铁架台、铁圈、玻璃棒、防风带孔玻璃罩、蒸发皿、酒精灯。(2)实验操作:将滤液倒入蒸发皿中,点燃酒精灯,并套上防风带孔玻璃罩,加热蒸发皿,并用玻璃棒搅拌。当有大量晶体析出时,停止加热,利用余热完成剩余液体蒸发。(3)改进优点:玻璃罩上打有小孔,方便空气流动,不影响酒精灯的燃烧效果。大幅度提高了加热效率,减少了热量散失,减少了资源浪费。改进后的酒精灯加热时不易受外在因素影响4。4.3“粗盐提纯”化工流程改进的深远意义高中化学“粗盐提纯”化工流程的改进,以多层次、多样性、多角度和灵活合理的方法将基础性的化学知识与实操充分展现出来,有利于激发学生的学习积极性,帮助学生调动研究好奇心,有利于因材施教,架构学生的科学化学观。从知识结构的组织层面来看,“粗盐提纯”化工流程将基础性的化学知识采用循序渐进式的方法展示,让其既能充分掌握“粗盐提纯”化工流程知识,指引学生拥有正确良好的学习方式,丰富学生的化学情感、学习心态和化学观念。5“粗盐提纯”化工流程改进的对策5.1 理论联系实际,培养学生学习动力在过去较为传统的高中化学“粗盐提纯”实验教学课堂上,教师经常会采用对学生“灌输知识”的教学模式,学生不能成为学习主体,逐渐造成他们学习效率得不到提升,学习成绩每况愈下。针对上述问题,高中化学教师应当创新教学方法,将理论知识与实际问题联系起来,将“粗盐提纯”化工流程的探究与改进运用于实验教学中,培养学生兴趣爱好,逐渐养成良好的化学学科思维。5.2 利用问题导向功能,开启学生化学思维教师可以在课前、课中精心设计探究性问题,利用问题导向功能,有效激发学生的化学思维。(1)在粗盐提纯实验中,在溶解、过滤、蒸发各步骤均使用了玻璃棒,其作用分别是什么?提示:搅97第 1 期2024 年 2 月现代盐化工经验与技术No.1Feb.,2024拌,加快粗盐的溶解速度;引流,防止液体溅出;搅拌,防止液体暴沸。(2)除去粗盐中的可溶性杂质时,对 3 种除杂试剂(BaCl2、Na2CO3、NaOH)的加入量有什么要求?其加入顺序如何?提示:为了使杂质尽可能除去,加入的除杂试剂必须过量。加入顺序一般为 NaOHBaCl2Na2CO3或BaCl2NaOHNa2CO3或BaCl2Na2CO3NaOH。(3)在加入 BaCl2除去 SO2-4时,如何操作证明SO2-4已除尽?提示:静置,取上层清液于试管中,向其中加入 BaCl2溶液,若无沉淀则证明 SO2-4已除尽。(4)除去粗盐中的可溶性杂质时,加入稀盐酸的目的是什么?应何时加入稀盐酸?提示:除去粗盐中的可溶性杂质时,使用了过量的碳酸钠和氢氧化钠,加入稀盐酸是为了除去过量的碳酸钠和氢氧化钠;因为Mg(OH)2、CaCO3、BaCO3均可与稀盐酸反应,所以应在过滤除去沉淀之后加入稀盐酸5。5.3 大胆探究改进实验,提升学生核心素养基于核心素养导向下积极倡导探究性改进实验教学。高中化学课程标准要求学生掌握化学实验与基本方法和技能,通过充分运用化学实验仪器、改进实验装置等手段培养和提升学生的核心素养。本文笔者就“粗盐提纯”化工流程加以改进,让学生体验改进的过滤和蒸发装置。改进的实验装置优点较多,效果明显,不仅美观大方,操作简便,而且提高了效率,从而激发了学生探究化学实验的浓厚兴趣和创新灵感,提高了学生学科核心素养。参考文献:1 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017 年版 2020 年修订)M.北京:人民教育出版社,2020.2 徐立堂,张贤金,郑婷婷.基于模型认知的初中化学项目式学习 以“从粗盐到餐桌上食用盐”的教学为例J.化学教与学,2022(12):22 23.3 刘建华,曹小华,占昌朝,等.粗盐的提纯实验线上线下混合式教学探索J.化工时刊,2022(4):33 34.4 曹葵,李燕,杨晓玲.去除粗盐可溶性杂质必须第一步去除硫酸根离子 从盐效应角度分析实验步骤J.化学教育(中英文),2021(7):39 40.5 肖中荣,周萍.粗盐提纯实验的新改进J.中学化学教学参考,2021(5):55 56.(上接第 62 页)数结果指出,添加庆大霉素的复合材料对金黄色葡萄球菌表现出显著杀菌作用。含 4%庆大霉素的 45S5 复合材料在 24 h 抗菌效率为 35.26.7%,48 h 为 42.16.4%。含 8%庆大霉素的复合材料抗菌活性更强,显示出更优的抗菌效果,特别是对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌。2.4 体内抗菌实验结果图 3(A)45S5、45S5+4%庆大霉素和 45S5+8%庆大霉素复合材料植入股骨髁后表面及周围收集液细菌培养结果;(B)45S5、45S5+4%庆大霉素和 45S5+8%庆大霉素复合材料植入股骨髁吉姆萨染色结果图 3(A)显示了 45S5+8%庆大霉素复合材料体外表现出良好的抗菌活性,但关键的体内抗菌效果也通过实验得到验证。研究针对医院常见病原菌金黄色葡萄球菌,30 天体内培养后,取样分析显示 45S5 对照组细菌密集,而含庆大霉素的组织表面细菌少。平板计数结果支持庆大霉素复合材料的抗菌效果。图 3(B)显示进一步的吉姆萨染色揭示,与 45S5 相比,含药复合材料引起轻微炎症但促进骨形成。3 结语制备的生物玻璃 壳聚糖复合材料具备类似人骨的强度,适用于承重骨缺损修复。材料能长期缓释抗生素,满足骨髓炎治疗需求,释放期可达 34 周。复合材料还具有良好的药物缓释性、生物相容性及促进骨再生能力,可根据缺损定制修复,是治疗骨髓炎的理想选择。参考文献:1 章峰火,胡玉祥,张文正,等.抗生素盐水冲洗治疗手部骨关节感染J.实用手外科杂志,2017,31(1):3.2 刘飞、崔宇韬、刘贺.局部抗生素递送系统治疗骨髓炎的优势与问题J.中国组织工程研究,2021,25(4):7.08