案例分析——物质分离与提纯

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案例分析
基于问题解决的“物质的分离与
提纯"教学设计
王书民
物质的分离与提纯
苏教版《化学1(必修)》
Hale Waihona Puke Baidu
基于问题解决的教学是以问题贯穿整个教学过程,以学生为中
心,问题解决在课堂中,这种方法是构建高效课堂的有效途径 之一。问题解决的过程即为研究性学习过程,其核心是把教学
过程看成是化学知识的再创造、再发现的探究过程。它要求教
生:可以用蒸发结晶的方法从溶液中得到晶体。把得到的澄清滤
液倒人蒸发皿中,将蒸发皿放在铁架台的铁圈上,用酒精灯加热, 同时用玻璃棒不断搅拌滤液(晶体析出时,防止固体飞溅)。等到
蒸发皿中出现较多固体时,就停止加热,利用蒸发皿的余热使滤
液蒸干,由此就得到了KCl晶体。
[过渡]:如果2种固体,一种可溶于水,另一种不溶,我们就可 以利用其溶解性的差异,通过过滤的方法实现分离。那如果我们 想分离2种都能溶于水的固体,如氯化钾和硝酸钾粉末,要怎么 办呢?
合物分开吗?
教师引导:学生知道油不溶于水,而且油在水上面,很快能想到 用倾液法或用吸管吸取,但同时学生也认识到这种方法难以分离
完全。开始设计各种各样的仪器,教师在分析缺陷的基础上展示
分液漏斗。
[展示]:分液漏斗的颈部有一个活塞,顶部有一
个活塞,这区别于普通漏斗及长颈漏斗。分液漏 斗在使用前查漏,方法是:关闭分液漏斗的活塞,
生:滤渣上容易附着一些可溶性的杂质,须用蒸馏水洗涤。洗涤 滤渣的时候,一般用胶头滴管或洗瓶直接向漏斗里注入蒸馏水, 使液面没过沉淀物,让杂质随水通过漏斗,千万注意不要用玻璃 棒去搅拌。等液体从漏斗底部流走后,重复2~3次。
[问题4] 教师:根据以上流程分小组探究下列问题: (3)蒸发结晶适用于分离哪一类混合物?如何操作?应该注意什么?
过热液体,这时候,如果有一点微小的杂质或气泡出现,就会使液体
突然沸腾得很剧烈,并伴有爆裂声,加入沸石,就可以防止液体爆沸。
(4)在冷凝时要注意什么呢?大家注意观察橡皮管中冷凝水的流向,反
过来可以吗? 生:冷凝水要下进上出,与蒸气流动的方向相反,使冷凝效果最佳。 同时,冷凝管的放置要头高尾低,使蒸气冷凝后自然下流,利于收集。
来并加以提纯。我们已经学过哪几种分离物质的方法?
生:过滤、结晶等。
[问题3] 教师:实验室中用KCl03在MnO2催化下受热分解制取氧气。
从反应后的KCl和MnO2 的混合物中分离、回收这2种物质,需要使
用哪些分离方法?
学生根据讨论和课本P19页的内容得出:
[问题4] 教师:根据以上流程分小组探究下列问题: (1)过滤适用于分离哪一类混合物?操作时的注意事项有哪些?
师善于挖掘教材,依据学生的思维特点,设计出有价值的问题, 使学生主动参与、互相合作、积极探究,在课堂活动中自主建
构知识结构的同时,发展探究思维能力。在教学设计中如何设
计有价值的问题?怎样引导学生对问题进行探究并解决问题?
1 、过滤和结晶
[问题1] 教师:同学们在家做过米饭吗?做米饭时为什么要淘米?
反 思
(2)基于问题解决的教学设计,关键是设计出有价值的问题,什
么是有价值的问题? 第一,问题的创设必须能激发学生探究的兴趣;
第二,问题应有针对性,是针对教学目标设计的,通过问
题解决,从而达到教学目标的达成; 第三,问题的设计要难易适度,保证学生经过努力都能解
决,即应落在学生的“最近发展区”内;
第四,问题的设计能用于引导迁移应用、激发生成、创新 思维。
向其中加入适量的水,观察活塞处是否漏水,然
后倒置漏斗观察是否漏水,若不漏,将活塞旋转 180度后再倒置观察,若不漏水,则合格。
漏斗内加入的液体量不能超过容积的3/4。
磨口塞上的凹槽与漏斗口颈上的小孔要对准,这 时漏斗内外的空气相通,压强相等,漏斗里的液
体才能顺利流出。分液时根据“下流上倒”的原
理,打开活塞让下层液体全部流出,关闭活塞, 上层液体从上口倒出。
展阅读中纸上层析
法的分离步骤,然 后回答,这种层析
法利用的是物质什
么性质的差异?
生:溶于溶剂中的溶质会随着溶剂的上升随之上升,但是不同的溶质 向上爬的速度是不一样的,所以它们在这个过程中就会分离开来。从
而在层析纸上形成不同的色带。利用的是各物质吸附性能的不同。纸
层析主要应用于微量的物质分离。
[小结]通过这节课的学习,我们知道了几种物质分离、提纯的方法,
生:淘米是为了把夹杂在米粒中间的泥沙杂屑等淘洗干净。
教师:用什么方法可将除去沙粒等杂质的米和水分开?
生:倾倒(有部分学生说是用漏勺等)。
教师:回答不错。当我们用化学的眼光去看待这些事情时,除去
大米中的沙子是提纯,而用倾倒的方法把水和米分开则是分离。
[问题2] 教师:请同学们思考并用自己的语言组织,什么是分离 和提纯?
[问题5] 教
师:现有混
有少量氯化 钾的硝酸钾
粉末,请参
阅教材P18图 1-llKCl和
KN03的溶解度
曲线),设计 实验方案提
纯硝酸钾。
生:先在较高温度下将混合物溶于水中形成浓溶液,然后冷却到 一定温度。从图中我们可以看出,随着温度降低硝酸钾溶解度急 剧下降,因此在降温过程中有大量的硝酸钾晶体析出,而氯化钾 溶解度随温度变化不大,因而不会有结晶析出。再过滤,即可得 到纯净的硝酸钾晶体。 教师:蒸发结晶和降温结晶有什么不同?
有利用物质溶解性差异实现物质分离的过滤、结晶和萃取,也有利用 物质挥发性差异实现的蒸发和蒸馏,此外还有根据物质吸附性能不同
而实现分离的层析法等。随着分离、提纯技术的不断发展,新的分离、
提纯方法不断涌现,在实验研究和化工生产中,经常需要结合各种不 同的方法来实现物质的分离和提纯。
反 思
(1)实验是化学的核心,化学与生活息息相关。本节课通过生活中 淘米导入新课,引起学习兴趣,并由学生自己发现分离和提纯概念 上的区别。然后用分离KCl和MnO2的混合物的方案探究,回顾了过 滤与结晶,以含MgCl2的粗盐提纯对所学知识进行升华和应用。再 用日常生活中将植物油和水分离方法的讨论,引出分液漏斗的使用 方法,通过分液和萃取的分组实验,领会2种方法的适用范围。又 通过初中所知蒸馏水的制取,介绍蒸馏方法,依据蒸馏实验和装置 图深入浅出分析了仪器的作用和注意事项。整个过程如行云流水较 好地完成了教学目标
反 思
(3)设计侧重于让学生从“研究物质的实验方法”这个角度来重 新审视和梳理已有的化学基础知识,从中体会化学研究的方法, 体验化学家研究物质的基本思路。教学中要让学生大胆进行各 种活动,要让学生自己在活动中获得体验。教师只能做引导者, 不能包办学生的活动,更不要只告诉学生问题的答案。只有这 样,才能真正落实“问题解决”在教学中的功能。
[实验探究] 教师演示:取一支试管,加入约2 mI的CCl4和约2mL
的水,振荡静置,观察。 生:液体分层。
教师:哪一层是水层?你能设计实验方案证明吗?
生:继续加水,看哪一层液体升高,哪一层就是水层。
学生分组实验:用分液漏斗分离CCI4和水,学会分液漏斗的使用。 学生小结:分液用于分离2种互不相溶、密度也不相同的液体。 四氯化碳(CCl4)是一种难溶于水、密度比水大的无色油状液体。
3、蒸馏
[过渡]在初中我们就知道蒸馏水,什么是蒸馏水?实验室中少量蒸馏
水是怎样制取的?
师:将含有杂质的水加热,达到沸点时液态水转化为水蒸气,将水蒸 气冷凝收集至另一容器中,即得蒸馏水。像这种将液态物质加热至沸
点,使之汽化,然后将蒸气重新冷凝为液体的操作过程称为蒸馏。
[观察与思考]在蒸馏烧瓶中
加入几粒沸石 (或碎瓷片),
水中的溶解度大,所以溴主要是在下层的CCl4溶液层中,而上层 则是水层。
[问题8] 教师:根据实验现象,结合教材回答: (1)什么是萃取? 为什么要萃取? 生:萃取是利用物质在互不相溶的溶剂中溶解度的不同,将物质从一 种溶剂中转移到另一种溶剂中,从而实现分离的方法。萃取可将某些
物质浓缩,有利于进一步分离。
生:蒸发结晶用于分离可溶性固体与水的混合物;降温结晶用于 分离溶解度随温度变化明显不同的可溶性固体。
[问题6] 教师:如何提纯含有氯化镁和泥沙等杂质的粗盐?
教师提示:由于粗盐中含有氯化镁,氯化镁和氯化钠一样是溶于 水的,所以要把氯化镁除去就要选择合适的化学试剂来实现,将 其转化为沉淀: MgCl2+2NaOH—Mg(OH)2 ↓+2NaCl 这里根据学生的具体回答,教师进行补充,并说明这样做的理由 及目的。同时在讲解的过程中.注意除杂的3个必须:除杂试剂 必须过量;过量的试剂必须除尽;除杂途径必须选最佳。
生:可以用过滤的方法实现固体物质与液体物质的分离。
操作时要注意“一贴、二低、三靠”:
一贴指的是滤纸与漏斗紧贴无气泡; 二低是指滤纸边缘低于漏斗边缘、漏斗内液面低于滤纸边缘;
三靠是指烧杯尖嘴紧靠玻璃棒,玻璃棒靠在三层滤纸上,漏
斗颈紧靠烧杯内壁。
[问题4] 教师:根据以上流程分小组探究下列问题: (2)滤渣为何要洗涤? 如何洗涤?
生:分离是将两种物质分开,而提纯是除去其中的杂质。 教师:很好,分离是把混合物中各物质通过物理或化学的方法一
一分开,获得纯净组分的过程,而提纯是将混合物中的杂质(不 需要或有害的物质) 通过物理或化学的方法除掉而得到所需物质
的过程,其中杂质是不用恢复为原来的物质的。
[过渡]:无论是自然界中存在的,还是人工制备的物质,大多都 是混合物。要从中获得某种纯净物就需要将它从混合物中分离出
再加入少量含有Fe3+的水, 按图2组装实验仪器,加热
烧瓶,观察实验现象。
[问题9]根据图2和实验过程,回答下列问题:
(1)蒸馏实验需要哪些仪器?分为哪几个部分? 生:从下到上,从左往右看,有酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、 接收器、锥形瓶。整套装置明显有3个部分组成:蒸馏、冷凝和收集装 置。
(2)为什么要使用温度计?温度计的水银球在什么位置?
[过渡]查阅材料可知:CCl4是一种常用溶剂,Br2在CCl4中的溶解
度比在水中的溶解度大.
学生分组实验:取2支试管,各加入2~3 mL溴水,再向其中一支 试管中滴加lmLCCI4,振荡,静置。观察并比较2支试管中的实验 现象。
学生小结:加入四氯化碳的试管出现分层,上层是透明的略带黄
色液体,下层是橙红色液体。这是因为溴在CCl4中的溶解度比在
生:因为要测蒸发出来的气体的温度,所以需要使用温度计,且必须 将温度计的水银球与蒸馏烧瓶支管口的卜沿对齐。
师:如果不用温度计,就会不知道蒸出来的物质是什么,不知道什么 时候蒸完。比如,我们要分离沸点分别为80℃和150℃的2种物质的混 合物时,当沸点为80℃的组分蒸发完的时候,温度计的温度会突然上 升或者突然下降,这个时候就说明其中一个组分已经蒸发完毕。而且 我们可以通过温度计显示的温度,判断出这是一种什么物质,所以只 有精确地控制温度才能达到分离的目的。 (3)蒸馏烧瓶中为什么要加入沸石? 生:学生往往只能回答防止液体爆沸,而不知原因,教师可做分析: 由于加热时不能搅拌,往往温度到达沸点时,液体还不能沸腾而形成
(5)蒸馏在混合物的分离中有哪些作用? 生:运用蒸馏的方法,可以分离沸点相差较大的液体混合物,也可以 除去水等液体中难挥发或不挥发的杂质。还可以分离多种组分的混合 物,只要它们的沸点有一定的差异。
4、层析法
[过渡]除了上述分离方法外,我们还可以通过“层析法”来实现物
质的分离。
[问题10]请同学们 阅读教材第21页拓
(2)什么是萃取剂?萃取剂的选择原则是什么?能用酒精作萃取剂萃取溴 水中的溴吗? 生:萃取剂是在液态混合物中加入的溶剂。萃取剂的选择要符合下列 条件:①和原溶液中的溶剂互不柏溶;②和原溶液中的物质互不反应;
③对溶质的溶解度要远大于原溶剂。不能,酒精与水互溶。
(3)萃取和分液的关系? 生:萃取后一般要分液,分液不一定要先萃取. 化学实验中的萃取和 分液一般在分液漏斗中进行。
设计的实验方案是:
①将粗盐溶解于水; ②加入稍过量的Na0H溶液; ③过滤除去沉淀物; ④向滤液中加入盐酸中和过量氢氧化钠溶液; ⑤加热,蒸发结晶。
2、分液和萃取
[问题7] 教师:同学们帮我,老师在家中将菜油倒进碗里时,没
想到里面还有很多水,碗里成了油水混合物。如何将水和油分离 开来呢?你能设计一种仪器,尽可能地将这2种互不相溶的液体混
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