高中化学_物质的分离方法_过滤_教学实录和点评_江敏

化学教学2014年第12期·51··教学随笔·高中化学“物质的分离方法——过滤”教学实录和点评江敏1，朱慧仪2，吴星2(1.江苏南京金陵中学，江苏南京210005；2.扬州大学化学化工学院，江苏扬州225002)摘要：对高中化学“物质的分离方法——过滤”进行了教学实录，并从知识的价值、思维能力的发展、教学内容的处理、课堂的开放等方面对该节课进行了点评。关键词：物质的分离；过滤；高中化学；教学文章编号：1005–6629(2014)12–0051–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B1 说明在2013年江苏省化学特级教师高级研修班上，南京金陵中学特级教师江敏提供了一节教学交流课。该课以“物质的分离方法之一——过滤”为知识载体，将化学实验原理、化学观念、化学思维方法及化学实验应用等相融合，通过师生交流讨论的课堂授课方式，向大家呈现了一节平实、开放、智慧的化学课。2014年6月，在江苏省中小学教研室举办的“教学新时空·名师课堂”网络平台上播出了这节课的录像，扬州大学化学化工学院吴星教授进行了课堂点评和分析。该课堂教学受到了江苏省化学特级教师高级研修班学员和江苏广大化学教师的一致好评。本文是根据江敏老师课堂教学的录像和吴星教授的点评整理而成的（整理过程中在文字上做了适当的修改和删减），希望能对广大高中化学教师的课堂教学有一些启迪和参考作用。2 课堂教学流程和实录2.1课堂教学流程“物质的分离方法——过滤”这节课采用了“问题链”的教学模式。其教学流程可简洁表示如图1所示。图1 “物质的分离方法——过滤”的教学流程课堂教学中，江敏老师通过问题1让学生了解学习物质分离方法在化学科学研究和生产生活中的应用价值；通过问题2说明过滤是化学为人类创造的高效、质量可控的分离固液混合物的技术；问题3、4、5则是以具有实际应用价值的固液分离的实例说明3种不同类型的固液分离实验方法：以氯酸钾催化分解的固体混合物中二氧化锰的分离为例，说明可溶性和难溶性固体混合物可以通过“溶解-过滤”的方法分离；以食盐中可溶性杂质的除去为例，说明可溶性化合物中的可溶性杂质可以通过“溶解-生成沉淀-过滤”的方法分离；以硝酸钾和氯化钠的分离为例，说明可溶性化合物组成的固体混合物的分离可以通过‘溶解-控温结晶-过滤“的方法分离。该课以“问题链”为主线，教学逻辑结构清晰，问题设计独具匠心。整个教学过程既沿着学生的思路展开，又发展学生的思维能力。2.2课堂教学实录2.2.1 课堂教学导入：为什么要首先研究物质的分离[师]在初中化学学习中，我们对化学知识已经有了一些基本的了解。今天我们学习物质的分离方法。请大家思考：当我们在高中系统学习化学时，为什么首先研究物质的分离？（没有学生能回答），那我们这样考虑，放眼我们周围的物质世界，我们看到的那么多的物质，它们是纯净物多还是混合物多呢？[生]混合物多。[师]但是我们对混合物的认识、理解和研究，是基于对什么物质的认识、理解和研究的啊？[生]纯净物。[师]在周围我们能找到哪些纯净物？能不能举个例子？[生]蒸馏水、无水酒精、金属。[师]很好，蒸馏水、无水酒精等是纯净物，但是，我们见到的金属多数还真的不是纯净物，是合金。我们为什么要进行混合物的分离呢？一是人类认识自然的问题1：为什么人们系统研究化学，首先要系统研究物质的分离方法？问题2：为什么过滤是高效、高质实现固液分离的技术？问题4：如何除去可溶性化合物中的可溶性杂质？问题3：如何分离可溶性物质和难溶性物质的固体混合物？问题5：如何分离可溶性化合物组成的固体混合物？·精品课例·聚焦课堂化学教学2014年第12期·52··精品课例·聚焦课堂需求。我们想了解身边的物质世界，怎么去研究它呢？要了解它中间的每一个纯净物的性质，然后再去了解该物质的整体形态。二是化学研究的需要。化学要为人类提供许多纯净物，我们可以通过化学反应把它合成出来，但实验合成出来的都是混合物，因此我们研究物质的组成、结构、性质和应用，首先要将混合物分离。2.2.2 实验探究：过滤——固液分离的实验方法[师]现在的问题是，我们能用哪些方法进行混合物的分离呀？请大家看，上课前我把一点泥土加到水里面，当我走到教室前的时候，它还是浑浊的，过了一段时间之后，你会发现，大量的大颗粒的泥沙已经沉降下来了。静置时间越长，你会发现烧杯中溶液的清晰程度会越来越高。但是，如果我们把它经过一个装置，固体和溶液的分离速度就会加快，这个装置叫什么？它主要包括哪些部分？[生]过滤装置，主要包括漏斗、滤纸。[师]请大家观察，我同时将泥水分别通过两个过滤装置，有什么现象？（实验演示）图2 不同型号滤纸的过滤比较实验[生]一个过滤速度比较快，一个过滤速度比较慢，过滤速度慢的比较澄清，过滤速度快的有点浑浊。[师]大家想一下，为什么过滤速度慢的比较澄清呢，可能原因是什么？[生]过滤速度慢的可能滤纸孔隙比较小。[师]我们肉眼看不出滤纸孔隙大小，但是，该实验现象的确反映出滤纸孔隙的大小。通过上述实验，我们马上就得到了澄清的溶液。所以我们说过滤是提高固、液分离效率的一种方法，原本需要静置很长时间才能分离的固、液混合物，通过过滤将分离效率提高了。与此同时，我们还发现，过滤过程中要对过滤质量进行控制。我们选择孔隙小一点的滤纸，通过过滤能滤除颗粒小一点的固体，选择孔隙大一点的滤纸，通过过滤不能滤除颗粒小一点的固体。所以说，过滤是人类创造出来的一种提高分离固、液物效率的一种方法，过滤操作中需要对分离质量进行控制。2.2.3 交流讨论：设计从KClO3分解制氧气实验得到的固体混合物中分离MnO2的[师]初中已经学过，MnO2是KClO3分解反应的催化剂，可以通过实验确定MnO2反应前后的质量是否发生改变。请大家考虑一下，可以用什么方法分离出反应后混合物中的MnO2？[生]过滤。[师]但是我们不能确定KClO3受热分解反应是否已经完全，固体混合物中可能同时存在KCl、KClO3和MnO2。要从固体混合物中分离出MnO2，应该怎么办？[生]溶解、过滤。[师]对，将固体混合物先加水溶解，KCl、KClO3可以溶解在水中，但MnO2不溶解，通过过滤就分离开来了。但大家不要忘记，探究MnO2是否是KClO3分解反应的催化剂，实验中要称量反应前后MnO2的质量是否发生变化。2.2.4交流讨论：粗盐提纯的实验方案设计[师]工业上海水晒盐过程中，把水分蒸发掉以后剩下的盐里面通常会有Ca2+、Mg2+、SO42-等可溶性杂质。如何除掉这些杂质得到纯净的氯化钠晶体？[生]可以将可溶性的杂质转变为沉淀，然后过滤除掉。[师]对，我们想得到纯净的氯化钠，就希望杂质沉淀的颗粒尽可能大，如果沉淀颗粒比较小，就能穿过滤纸的孔隙进入溶液，对不对？好，但是这个话题，我们放到后面的学习中再去研究。[师]既然要把可溶性杂质转化为沉淀，我们是不是要寻找相应的沉淀试剂啊？那么同学们想想看，在氯化钠的溶液中，我们希望把Ca2+沉淀下来，应加入什么离子？[生] CO32-。[师]但是我们在现实生活中，能找到出售CO32-的地方吗？（学生讨论）找不到。此时的CO32-需要和一个阳离子结合在一起，大家想想看，什么阳离子比较好啊？[生] Na+。[师]很好，沉淀Ca2+加入Na2CO3，沿着这个思路我们继续下去：用什么离子去沉淀Mg2+和SO42-？[生]沉淀Mg2+用OH-，沉淀SO42-用Ba2+。[师]那么，分别配什么离子？用什么试剂？[生]沉淀Mg2+加入NaOH，沉淀SO42-离子加入BaCl2。[师]请同学们思考一下，我们是不是只要在粗盐当中分别加入Na2CO3、NaOH、BaCl2，然后通过搅拌就可以把氯化钠纯化了？事实是不是像我们想象的那样简单呢？（学生讨论）其实，在这一过程中还有许多问题·精品课例·化学教学2014年第12期·53··精品课例·需要讨论，譬如，为保证杂质离子完全除去，加入的沉淀试剂的量要怎么控制？[生]过量。[师]怎么样检验加入的沉淀剂是否过量呢？请大家以SO42-的除去为例讨论。[生]加BaCl2是为了沉淀，如果继续加BaCl2溶液没有沉淀生成，就过量了。[生]如果BaCl2过量了，溶液中含有Ba2+，再加Na2SO4会出现沉淀。[师]很好，现在就有两种方法可以检验BaCl2是否过量。一是再加BaCl2，看是否还有沉淀生成。二是反过来再加Na2SO4，看是否有沉淀生成。在实际操作中，哪种方法更便捷呢？[生]第一种。[师]对，因为如果我们选择加Na2SO4，溶液中又会带进SO42-，还要再加BaCl2溶液，再检验其是否过量，又要加Na2SO4，这样循环就导致浪费了。因此对于所有沉淀反应，我们检验沉淀试剂是否过量的方法就是：取上层液，继续加入相应的沉淀试剂，看是否有沉淀。[师]好，接下来我们讨论沉淀试剂加入顺序问题。如果在粗盐溶液中首先加入Na2CO3会产生什么沉淀？[生] CaCO3沉淀。[师]对，同学们在以后还会学习到加入Na2CO3，Mg2+也会产生沉淀，这在以后学习中讨论。我们假设每种沉淀试剂都只沉淀一种离子，Na2CO3加入后，Ca2+全部转变为CaCO3，那溶液中还有什么离子？[生] Na+、Cl-、SO42-、Mg2+和过量的CO32-。[师]很好，大家不要忘记了存在过量的CO32-。如果Na2CO3、NaOH、BaCl2三种试剂加入顺序随机排列，一共有几种不同的排列方式？[生]六种。[师]我们逐个来看这6种沉淀试剂的加入顺序，探究最后得到的溶液当中，会留下什么样的物质？现在全班分成六个小组，每个小组探究一种情况。[师生]共同讨论并。粗盐溶液中的离子沉淀剂加入顺序最后溶液中的离子Na+，Mg2+，Ca2+， Cl-，SO42-①Na2CO3 NaOH BaCl2②NaOH Na2CO3 BaCl2③Na2CO3 BaCl2 NaOH ④ NaOH BaCl2 Na2CO3⑤ BaCl2 Na2CO3 NaOH ⑥BaCl2 NaOH Na2CO3 Na+ Cl- Ba2+ OH-Na+ Cl- Ba2+ OH-Na+ Cl- Ba2+ OH-Na+ Cl- CO32－ OH-Na+ Cl- CO32－ OH-Na+ Cl- CO32－ OH-[师]大家看最后的结果可以分为两类。一类是Ba2+在溶液中剩余，还有一类就是CO32-在溶液中剩余。你们认为哪一类结果更好呢？[生] CO32-剩余。[师]很好。如果Ba2+在溶液中有剩余，你把这个盐卖出去，就会产生重大的社会事件，因为Ba2+有剧毒。因此，经过以上的的分析和归纳，我们就得到了三种合理的加入顺序。[师]观察比较这三种顺序就会发现一般性的结论，BaCl2要在Na2CO3的前面加入，而CO32-剩余可以加盐酸把它除掉。那么，有同学讲，加盐酸除去CO32-，但盐酸又会过量，再加氢氧化钠除去盐酸，氢氧化钠又会过量，又要再加盐酸……这样就不断重复了怎么办？[生]过量的盐酸可以在蒸发结晶时挥发掉。[师]是的，蒸发过程中HCl先挥发，所以结晶出来的是氯化钠。但是作为工业生产过程，绝对不会允许盐酸过量太多的。为什么？实验室盐酸过量一点好办，但工业上，如果排出来的尾气中氯化氢含量达到0.6%就对我们人体有巨大的伤害了，环保局就会上门了。[师]现在又发现一个问题，是不是每产生一种沉淀就要过滤一遍？不需要。到最后一种沉淀试剂加完后一起过滤，过滤完了再加盐酸。那能不能不过滤先加盐酸呢？那也不行，这会使沉淀物溶解。所以至此沉淀试剂的加入顺序问题就解决了。[师]再请问一下，粗盐提纯中Na2CO3有哪些作用？[生]使钙离子和钡离子沉淀。[师]对，所以Na2CO3的功能有两点。[师]请大家再思考一下，粗盐提纯过程中既要除掉SO42-，又要除掉Mg2+，那加入Ba(OH)2是不是更好啊？[师]有同学说不好，为什么？[生] Ba(OH)2比较贵。[生] Ba(OH)2的溶解度比较低。[师]价钱确实是要考虑的一个方面，因为在生产Ba(OH)2的步骤当中，比BaCl2要多一个生产环节，因此Ba(OH)2的价格比BaCl2的价格要高；Ba(OH)2的溶解度的确比较小，但粗盐里面所含的这些杂质离子的浓度也不高，因此溶解度没有太大的影响。[师]请大家看这样的一组数据：每1kg海水当中所含Cl-、Na+、SO42-、Mg2+、Ca2+、K+等的物质的量。Mg2+：0.0533mol，SO42-：0.0277mol。请问一下氢氧化钡加进来主要作用于哪些离子？[生] Mg2+和SO42-。[师]除去1kg海水中Mg2+需要加Ba(OH)2多少摩尔？[生] 0.0533mol。[师]但除去1kg海水中的SO42-只需要加Ba(OH)2 ·精品课例·聚焦课堂化学教学2014年第12期·54·0.0277mol。0.0533mol Ba(OH)2加进来保证了把Mg2+沉淀完全，但是对于SO42-，加入的Ba2+就多余了。那么多出来的Ba2+要怎么办？[生]用Na2CO3除掉。[师]且不说Ba(OH)2价格已经高了，后面为了除去多余的Ba2+，要投入的Na2CO3的量也增加了。所以综合来看加Ba(OH)2除杂是不利的。所以工业上除杂基本上采用的方式是一种沉淀试剂除去一种杂质离子。2.2.5 交流讨论：分离KNO3与NaCl混合物的实验方案设计[师]请大家再思考一下：如何分离KNO3和NaCl的混合物？其原理是什么？[生]根据溶解度的差异，采用降温、结晶、过滤的方法。[师]正确。这一方法我们在初中就已经学过了，请大学再复习一下。3 课堂教学的点评分析3.1让学生了解所学知识的价值从事教育工作的人，几乎用毕生的精力追寻着“为什么教、教什么、怎么教、教得如何”的问题。在当前的基础化学教育中，多数化学教师更多的在思考“教什么、怎么教、教得如何”的问题，而忽视了思考并回答“为什么教”的问题。在与一线中学化学教师交流讨论“为什么教”的问题时，更多得到的答案是为考试而教、为分数而教，即使有回答“为学生发展而教”的，当进一步讨论“为学生什么发展而教”的问题时，答案是那么苍白。其实，“为什么教”是教育工作者必须首要回答的问题，因为“为什么教”决定和支配着“教什么、怎么教、教得如何”。化学教师能正确回答“为什么教”的问题，在化学课堂教学中就能更好地让学生明白“为什么学”。江敏老师的这一节课就很好地解决了学生为什么要学物质分离的问题：我们生活的世界绝大多数都是以混合物呈现的，混合物的分离是为了满足人类认识自然世界的需求，也是人类开发研究新物质的需要。让学生知道所学知识的价值，是激发学生化学学习兴趣和动机的重要方法。20世纪的6大技术发明（信息技术、生物技术、纳米技术、激光技术、核科学技术、航天和导弹技术）都离不开化学合成与分离技术。化学是创造和识别物质的科学，无论是自然界存在的，还是人工合成的，我们所接触的绝大多数是混合物，研究物质的组成、结构、性能和应用，首先就必须进行物质的分离。因此，让学生知道混合物分离的价值，就能使学生知道所学知识对化学研究和人类认识自然是有用的，就能更好地激发学生探究新知的欲望。3.2发展学生的思维能力化学课堂不能仅满足于讲了多少知识，更重要的是在知识的传授过程中发展学生的思维，打开学生的思路。在“KClO3分解制氧气所得固体混合物中分离MnO2方案设计”交流讨论中，教师从以下几个方面开展教学活动：（1）说明分离的作用。MnO2是KClO3分解反应的催化剂，可以通过实验确定MnO2反应前后的质量是否发生改变。（2）分析混合物的组成。混合物中除了存在MnO2、分解产物KCl外还可能有未反应的KClO3。（3）呈现实验操作流程：溶解→过滤→洗涤→干燥→称重。该教学充分利用学生已有的知识和经验，没有局限在固液分离操作的讲解，而是从分离的作用、混合物的组成以及实验操作流程多个方面，对这个实验进行了全面而细致的剖析，在教学中关注了学生思维方法和实验方案设计能力的培养。在“粗盐的提纯实验方案设计”交流讨论中，关于沉淀剂的选择，教师给了学生很大的发挥空间。当学生说沉淀Ca2+需要CO32-时，教师提出“在生活中我们能买到叫CO32-的试剂吗”的问题，来引导学生发现自己的错误，教给了学生用日常生活的眼光来解决化学问题的思路。当明确了除去Ca2+需要加Na2CO3后，学生沿着这种从阳离子和阴离子配合的角度来考虑选择合适沉淀剂的思路，正确地思考出沉淀Mg2+需要加NaOH，沉淀SO42-需要加BaCl2。通过解决沉淀剂的选择这一问题，培养了学生分析类比的思维能力。同时，教师明确地指引学生从沉淀剂加入的量和加入的顺序这两个方面思考问题，为学生解决“选择沉淀剂除杂”相关问题提供了正确的思路。3.3艺术处理教学内容江敏老师在这节课上，很智慧地处理了课堂教学内容。在过滤泥水时，教师智慧地处理了实验操作：信手取来一些泥土，加少量水混合，静置和过滤进行比较。没有“一贴二低三靠”，没有“规范操作”，有的是不同型号滤纸的过滤效果的比较：一个速率快，不是很澄清；一个速率慢，比较澄清。进而得到结论“过滤是固-液分离的一种实验方法，是人们为了提高固-液分离的工作效率而创造出来的一种独特的实验方法”。过滤过程中存在质量和分离效率的控制。这样的处理，将过滤的目的、过滤的原理、过滤操作的关键和过滤的应用非常清晰地展现在我们面前，而不让学生将注意力集中在过滤的规范操作上（这一内容初中已经学过），为学生后续学习中进实验室进行过滤操作的实践，很好地·精品课例·聚焦课堂·案例研究·化学教学2014年第12期·55·理清了操作的实验原理，也让学生充分认识到了化学实验分离技术的价值。课堂中对于沉淀剂不同的加入顺序，教师让学生分组合作，用排列组合的方法将六种顺序最后溶液中的离子清晰地展示给学生，一目了然。在化学探究中巧妙地运用了方法，使问题的解决更加全面，让学生感受到学科之间的共同性，欣赏到科学的美。3.4重视课堂的开放和内容的开放江敏老师在本节课上提出了多个开放性的问题。比如：问题1：沉淀颗粒要大，过滤分离才完全。问题2：粗盐的溶液中加入碳酸钠，不仅能生成碳酸钙，还能生成……，以后学习吧。问题3：粗盐提纯后含有钡离子，就出大事了。问题4：不能用Ba(OH)2代替BaCl2和NaOH。问题5：工业上粗盐提纯生产中是不允许盐酸过量多的，应控制溶液pH。这些问题源于课堂内容，但都具有一定的挑战性。教师没有一下子给出正确的答案，而是先让学生根据已有的知识经验自由思考，然后加以引导，最终得出一个正确的结论。比如问题5讨论控制盐酸的过量程度，引导学生认识到可用调节pH的方法控制盐酸稍过量。通过这个问题的分析，让学生充分认识到实验室实验与实际操作的异同，树立了环保意识，开阔了学生的眼界。参考文献：[1]吴俊明.化学新课程课堂教学的发展走向[J].化学教学，2012，（4）：7~9.·精品课例··案例研究·聚焦课堂从学的视角反观课堂教学：分析框架与案例何彩霞(北京教育学院，北京100044)摘要：教必须依据学、通过学才能实现其目的，课堂教学的效果必须从学生学习的实际情况来考察。基于学生学习情况的观察与了解，从学的视角对初三化学“燃烧的条件”教学案例进行了分析，提出了相应的教学改进建议：聚焦学科本质，确立促进学生认识发展的教学目标；基于学生经验和发展需要，设计促进学生思维发展的学习活动。关键词：化学教学；学生研究；分析框架；燃烧条件；个案分析文章编号：1005–6629(2014)12–0055–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B课堂教学的目的是为了学生的发展，其中一个重要的方面是增进学生对所学内容的理解，包括学生的知识、观察及认识、组织事务的方式产生变化[1]。经过教师的教学后，学生在知识及其认识方式等方面是否发生了某种变化、发生了什么性质的变化[2]等就成为探讨课堂学习效果的重要指标。尽管学生的学习过程是复杂的、内隐的，但学生在课堂上是如何学习的、学生学后有哪些进步和变化，可以通过学生的行为表现如学习的内容与活动方式、提出的问题、对教师问题的回答、学生学习作品（练习、作业完成的情况）等体现出来。学生学习中的这些外在行为表现是伴随学生学习经历的外部证据，教师的教学是否引起了学生的知识及其认识方式的变化，可通过学生的这些学习行为表现加以透视。为此，本文将围绕从学的视角反观课堂教学的基本框架、个案研究等来展开探讨。1 从学的视角反观课堂教学的基本思路与框架将课堂上学生的学习比作一次旅行的话，课堂教学涉及4个基本问题：希望学生去哪里（学习目标）、学生目前在哪里（学习起点）、怎么让学生到那里去（学习过程）；学生是否到了那里（学习结果）。其中，“学生是否到了那里”反映了学生的学习结果，是对学习目标达成情况的评估。学习起点、学习过程、学习目标、学习结果是关乎课堂学习质量的关键要素，由此将这些关键要素作为探讨课堂教学、分析学生学习情况的基本维度（见表1所示）。教师确定的“学习目标”，即“要教什么”，从学生的角度看就是“要学什么”。一节课或一个单元的教学希望达成什么目标，取决于教师对教学内容及其教学价值的理解、对学生学习和发展需要的分析。理想的学习目标应切合学生的实际发展需要，体现学科本质与内容的特点，有利于促进学生对化学知识本质的理解，有利于学生从化学的视角认识事物和解决问题等。