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2010年年会
论文

拨开云雾见晴天
-----------对苏教版必修1一个实验异常现象的分析

崔金生

富阳市新登中学 311404
【摘要】：“异常实验现象”是重要的教学资源。在化学课堂教学中，它也是体现新课程教学理念，整合知识和技能、过程和方法、情感态度与价值观三维教学目标的有效平台之一。重视“异常实验现象”在化学教学中的地位和作用，不仅有利于开发教学资源和培养学生化学科学素养，而且也将有利于化学课程和化学课堂教学模式的改革。本文仅对课堂中出现的一个实验异常现象加以分析。

【关键词】：实验 异常现象

一．问题的提出
在化学教学中,因为实验体系的各种非控制性因素或实验操作的疏漏,教师的演示实验或学生实验均可能会与预期的结果发生一定的偏差,出现不同程度的异常现象,甚至会导致实验的失败。这里姑且将实验中出现的这些现象统称为“异常实验现象”。“异常实验现象”在日常教学中是时有发生的，但值得注意的是，怕实验失败是大多数师生的共同心理，一旦实验出现了异常或失败现象，许多师生的共同做法是弃之重做或暂时放弃，好的教学素材没有加以充分利用，十分可惜。 实验中异常现象的出现，会对学生造成认知冲突的失衡。“异常实验现象”是极好的动态生成教学资源，对实验异常现象的探究是高考实验命题亟待开垦的领域，这里大有文章可做。本文笔者利用在课堂教学中实际情况与同行分享。
二．案例分析
[案例1]：在苏教版化学《必修1》“溴、碘提取”的活动与探究中有如下实验：
实验1： 在一支试管中加入2-3mLKI溶液，加入少量新制氯水，滴加少量CCl4，振荡静置。
实验现象：CCl4层呈现紫红色，水层显黄色。
学生对此现象中水层显黄色，迷惑不解。
提出问题：Cl2将KI氧化成碘单质，碘被CCl4萃取，水层应显无色，为什么显黄色？
知识检索：I2在水中溶解度很小（298K时为0.029克，为配得高浓度的碘，实验中常将碘单质溶于碘化钾以增加其溶解度：I2+I-=I3-，I2和I3-在水中均呈黄色。
提出问题：会不会由于试剂KI的加入造成了碘水在萃取前后的颜色变化不大？当时有老师提出实验室配制的碘水浓度太大，加入的CCl4不足以将碘水中的碘完全萃取。可是，当增大萃取剂用量，并进行多次萃取后，结果仍不能让我满意，似乎萃取效率很低；
1．理论分析
《分析化学》对此进行定量计算：等体积的CCl4从碘水中萃取I2时，全量一次萃取，萃取百分率可达98.8%,若分三次萃取,萃取百分率接近100%,这显然
和上述实验现象不相吻合。
笔者准备了以下几个实验对这个问题进行探究。
2．通过对比实验找出问题所在
1.1实验准备
实验1 用两种不同方法配制饱和碘水
碘水(A)的配制:取少量单质碘加入烧杯,加100mL水溶解,只有极少量碘溶解, 溶液呈浅黄色;再加入数滴1mol/LKI溶液,液体呈棕黄色,烧杯底部残留极少量固体。
碘水(B)的配制:取相同质量的碘加入烧杯,加100mL水溶解,加热40S液体呈棕黄色。
1.2实验现象对比
实验2 用CCl4萃取碘(分2次萃取)
具体操作:分别往分液漏斗A.B中加入碘水(A)和碘水(B)各12mL,再分别入5mL四氯化碳,充分振荡,静置分液,记录现象;有机层转移到小烧杯中,水层仍保留在分液漏斗中,继续向分液漏斗A.B中分别加入5mL四氯化碳,充分振荡,静置,记录现象。
表1 萃取后的颜色对比

第1次萃取
第2次萃取
分液漏斗A
分液漏斗B
分液漏斗A
分液漏斗B
上层颜色
棕黄色
接近无色
浅棕黄色
无色
下层颜色
紫色（浅）
紫红（深）
紫红色
紫红色

用KI配置得到的碘水(A)用CCl4萃取后上层颜色很难变浅,两次萃取后碘水颜色依然为浅棕黄色;用加热法制得的碘水(B)萃取后颜色很容易变浅,甚至接近无色,而且下层(有机层)的颜色也比分液漏斗A中的深。显然，分液漏斗B中的萃取进行的更加完全。由此可见，配制碘水的过程中KI的加入是导致这种差别的主要原因。
3．对照实验现象分析原因
碘水（A）中的碘较难被萃取
用KI溶液配制碘水（A）时，KI溶液中的I-与I2形成了I3-，I3-在溶液中存在以下平衡：I-+I2 = I3- ，碘水（A）中的液体是由碘单质、I-、I3-离子、水等构成的一个复杂体系，加入CCl4萃取后，只有游离态的碘被萃取到有机相（CCl4）中。先以水相为参考对象：碘水（A）中原先建立的平衡将随着萃取的进行遭到破坏。根据勒夏特列原理，随着水中I2浓度的减小，平衡向左移动，I3-离子不断的向生成I-和I2的方向转化，但是碘被四氯化碳萃取和某些反应生成挥发性物质或沉淀不一样，碘并没有完全转移到萃取剂CCl4中。把水相和有机相作为一个整体来看，随着萃取的进行，水相中I3- 离子转化为I-和I2的同时，I3-离子浓度也在不断减小，I-浓度在增加，到一定程度，I-离子需要夺取有机相中的碘，重新建立一个新的平衡，这也是符合勒夏特列原理的。
实际上，在整个体系中，碘从水相往有机相中的转移（被萃取）和I-离子结合碘生成I3-离子应该是一个同时进行、相互竞争的过程，这个竞争发生在两相之
间。碘水（A）由于配制时加入了KI，水相中I-离子浓度较大，这部分碘离子的
存在确保了平衡不会彻底向左移，从而保证了水相中相当量游离碘和I3-离子的存在；即使增大萃取剂的用量，只要水相中的I-离子维持在一定浓度，碘水中的碘就不会完全移到有机相中，从而水层的颜色很难变为无色。这样就造成了CCl4萃取效率不高的现象。
2．2分析后的猜想
碘水（A）中的I-离子浓度较大，导致了萃取时碘很难完全转移到有机层中，上层依然为棕黄色；碘水（B）被萃取后上层接近无色。猜想：如果往碘水（B）的萃取后的液体中加入KI，增大I-离子的浓度，I-离子会不会夺取部分有机层中的碘：上层液体颜色应该加深，下层液体颜色应该变浅。
4．对分析后的猜想进行验证
实验3：往梨形分液漏斗C中加入实验1中制得的碘水（B）12mL，一次加入10mL CCl4，充分振荡，静置，记录现象；不分液，继续向分液漏斗中滴加数滴1mol/LKI溶液，充分振荡，静置。记录现象。
分层后，上层（水层）由无色又变回棕黄色，下层（有机层）的紫色明显变浅。KI溶液的补充加入使得水层中I-离子浓度迅速增大，I-离子结合I2生成I3-离子，这样的结合趋势与CCl4萃取碘形成了竞争，部分有机相中的碘又移到水相中和I-离子结合，让我们看到了表2中颜色的变化。验证实验的现象与分析结果一致！
表2 加入KI溶液后水层的颜色变化

分液漏斗C
加KI前
加KI后
上层颜色
无色
棕黄色
下层颜色
紫色（深）
紫色（浅）
5．结论
碘水是一个复杂的分散系，分散质粒子除了碘分子外还有少量I-离子和I3-离子等，特别是用KI溶液配制碘水时，I-离子的存在更加不可以忽略，它并不是简单的起了增大溶解度的作用，I-离子、I3-离子和I2三者建立的平衡可以与有机溶剂萃取碘形成竞争。从而导致了不同方法配制的碘水在用相同方法萃取时产生的现象有所差异。
通过长期的化学教学实践，在一定的意义上讲，一个失败的实验有时比一个成功的实验更具教学价值。
三．设计考题
实验2： 在一支试管中加入2-3mLKI溶液，加入少量新制氯水，滴加过量CCl4，振荡静置。现象：CCl4层呈紫红色，水层显黄色。
实验3 在一支试管中加入2-3mL饱和碘水，滴加少量CCl4，振荡静置。
现象：CCl4层呈紫红色，水层几近无色。
实验4 在一支试管中加入2-3mLKI溶液，加入过量新制氯水，滴加少量CCl4，振荡静置。
现象：水层和CCl4都呈无色。
实验5：通过讨论计算，学生在试管中加入2mL0.2mol/LKI溶液和等体积新制的饱和氯水，滴加少量CCl4，振荡静止。
现象：水层无色，CCl4紫红色。
问题1： 与实验1比较，实验2加入过量的CCl4，结论 。
问题2：与实验1比较，实验3是直接用CCl4萃取碘水中的碘，结论 。
问题3：与实验1比较，实验4加入过量的氯水，结果无碘生成（CCl4呈无色），总的离子方程式为： 。
实验5“限定KI和饱和氯水的量”，出现正常现象。限定KI和饱和氯水量的目的是 。实验1“水层显黄色”的原因是： 。
解析：本实验涉及到卤素间的置换反应和萃取实验，知识点常见，但对异常现象的探究却很有新意，值得认真揣摩。问题简析如下：
与实验1比较，实验2加入过量的CCl4，结论：水层显黄色与加入CCl4的量无关。
与实验1比较，实验3是直接用CCl4萃取碘水中的碘，结论：CCl4能充分萃取碘水中的碘（水层无色），水层显黄色与KI有关。
与实验1比较，实验4加入过量的氯水，结果无碘生成（CCl4呈无色），说明碘被过量的氯水氧化成了碘酸，总离子方程式：I-+3Cl2+3H2O=IO3-+6H++6Cl-
实验5“限定KI和饱和氯水的量”，出现正常现象。那实验1“水层显黄色”的原因究竟是什么？归纳上述现象，我们得出如下观点：Cl2将I-氧化成I2，若KI过量，I2与I-生成I3-而使水层显黄色（此时CCl4不能将I2完全萃取）；若氯水过量，I2被氧化成碘酸 （水层和CCl4层都是无色），所以，限定KI和饱和氯水量的目的是保证氯水与KI恰好完全反应生成碘单质，水中碘单质被CCl4萃取，水层无色CCl4显红色。
四．实验异常现象的作用
（1）利用“异常实验现象”培养问题意识
问题意识的培养有利于学生个性和创造能力的发展。问题的提出需要一定的心理刺激，问题意识的产生也离不开主体思维与问题情境的有机整合。“异常实验现象”的引入，使学生在真实的问题情境面前自由地思考，它的作用远不是几个习题或几次书面考试所能代替的。这也往往有助于在教学中提出有效问题。所谓有效问题，是指学生能够积极组织回答并因此而积极参与学习过程的问题。
（2）利用“异常实验现象”发展学科能力
中学化学教学要立足培养学生的观察能力、实验能力、思维能力、自学能力和创新能力。通过运用实验手段的探究教学，可以使这些能力融成一体，起到事半功倍的效果。在强化实验的教学功能，让学生体验实验方法的真正价值方面，“异常实验现象”也扮演着重要的角色。
（3）利用“异常实验现象”强化心理素质
正视失败和挫折是创新能力的一个重要基础。“只许成功，不许失败”的教学将会束缚学生的思维，扼杀学生的创造性。“异常实验现象”在培养学生的正确实验动机和意志品质方面可以起到很好的促进作用。良好的心理品质的养成离不开亲自实践活动对过程的亲身体验。应该让学生明白，在科学上，“异常实验现象”是一件很正常的事情，关键在于是否能找到导致异常或失败的因素。“异常实验现象”可以使科学研究功败垂成，也可能导致重大的科学发现。教师在平时的教学中，可以有意识地给学生介绍一些这方面的事例。在进行学生实验的时候，恰是利用“异常实验现象”进行心理素质培养的好时机。
学生在实验习题的设计时，常会将一些不合理的实验方案付诸实施，还往往自以为取得了成功。这时，老师要注意因势利导，提醒学生：“想一想你的方案是否合理”、“请你换个角度再思考一下”、“为什么说你实际上没有获得正确的实验结果？想一想是哪儿出了问题”等提示语，这十分有利于培养学生细致的钻研精神和坚韧的意志品质。
“异常实验现象”是重要的教学资源。在化学课堂教学中，它也是体现新课程教学理念，整合知识和技能、过程和方法、情感态度与价值观三维教学目标的有效平台之一。重视“异常实验现象”在化学教学中的地位和作用，不仅有利于开发教学资源和培养学生化学科学素养，而且也将有利于化学课程和化学课堂教学模式的改革。

参考文献：
[1] 顾晔. 对实验“四氯化碳萃取碘水中碘”的探究. 化学教学[J]2007 ,(3).7:8
[2] 华中师范大学 分析化学[M] 北京：高等教育出版社，1999：538
[3]武汉大学 无机化学（下册）[M] 北京：高等教育出版社
教育[J]2010

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