＼ 、 ≯ ２探究性学习与素质教育《 、 ＼Ｐ 暖宝宝化学成分的鉴别初探 ——一个贴近日常生活的探究活动 口 翟志勇 王一峰 吴 楷 张思蔚 王 玉 上海市上南中学 ２００１２６ 化学新课程标准中明确指出：“鼓励学生和 角度来评价，三者不可或缺，并且他们的重要性是 教师充分利用生活中的常见用品和废弃物，设计 依次递减的。在学习或研究化学问题时，选用什 富有特色的实验和实践活动…‘帮助学生认识化 么化学体系是由学习或探究的目标决定的（若研 学与人类生活的密切关系”“激发学生学习化学 究目标在于探究化学变化的过程，也可以称作化 的兴趣，促进学生科学素养的全面提高” 。暖 学体系） 。在本实验中，暖宝宝的化学成分的 宝宝是目前市场上或超市里常见的一种冬季取暖 鉴别是我们探究的主要目标。在此基础上，我们 产品。以化学实验为主线，辅助ＤＩＳ实验手段，引 拟定了暖宝宝的实验探究方案（即学案）。共计 导学生对暖宝宝的化学成分进行鉴别，成为我们 １５周（４０ ｍｉｎ／次周）完成。 开展研究性课程，培养学生科学素养的重要载体 （１）取样观察（颜色、状态、气味等）：黄色、黑 和途径之一。通过实践探索，取得了一定效果。 色、固体、无味。 １主要原理 （２）称量（精确到小数点后两位）：一份样品 通过上网查找资料，翻阅近年来有关化学期 质量３８．６０ｇ。 刊，初步了解了目前暖宝宝成分和发热的主要原 （３）用适量的蒸馏水进行溶解（搅拌、静置、过滤 理 Ｊ：暖宝宝的主要成分是由还原铁粉（Ｆｅ）、活性 后保留滤质和滤液、观察）测ｐＨ值：ｐＨ值为５～６。 碳（Ｃ）、无机盐（ＮａＣ１）、水（Ｈ ０）、氧气（０ ）、蛭石 （４）用试管对滤液分别进行鉴别：看是否含有 （Ｍｇ （Ｈ：０） Ｍｇ，［Ａ１Ｓｉ，０ 。］（ＯＨ）：）等物质构成 Ｃ１一、Ｎａ 、Ｍｇ“Ａ１”Ｆｅ“Ｆｅ“、、、，记录各环节实验现 的一种固体状混合物。利用铁与空气中氧气、水蒸 象。①取试液，加入少量的ＡｇＮＯ ，出现白色沉淀， 气接触后发生了化学吸氧腐蚀，在这个过程中，铁 说明含有ｃ１一。②取试液，加入少量ＫＳＣＮ，无明显 被氧化放出热量，导致暖宝宝发出热量。蛭石主要 现象，说明不含Ｆｅ”。③取试液，加入少量ＮａＯＨ， 起到蓄热保温作用。具体化学反应如下： 无明显现象，说明蛭石很难溶解于水。④取试液，进 负极：Ｆｅ一２ｅ＿÷Ｆｅ“ 行焰色反应，呈黄色火焰，说明含有Ｎａ 。 正极：０，＋２Ｈ，０＋４ｅ ４０Ｈ一 （５）对过滤后的杂质进行鉴别：用１：４盐酸适 总反应：２Ｆｅ＋０２＋２Ｈ２０ ２Ｆｅ（ＯＨ）２ ４－Ｑ 量溶解、搅拌、过滤、观察记录实验现象。①有少 ４Ｆｅ（ＯＨ）２＋２Ｈ２０＋０２—４ Ｆｅ（ＯＨ）３ 量固体溶解并产生气泡，说明有少量的Ｆｅ存在， ２Ｆｅ（ＯＨ）３＿＋Ｆｅ２０３＋３Ｈ２０ 过滤得到金黄色溶液。②取其中少量溶液，加入 ２ 仪器药品 ＫＳＣＮ，试液变为血红色，说明溶液中含Ｆｅ“。 ＤＩＳ实验设备（电脑、威尼尔软件、采集器、导 （６）在上一步所得滤液中逐滴加入１０％的 电率探头）、磁力搅拌器、酒精喷灯、电子天平、 ＮａＯＨ，直到检测溶液ｐＨ值显碱性为止。检验是 １００ｍＬ烧杯、玻棒、漏斗、滤纸、广泛ｐＨ试纸、镍 否含Ｆｅ“、Ｆｅ 、Ｍｇ¨、Ａｌ¨，记录各现象。①逐 铬丝棒、蒸馏水、１：４ ＨＣ１、１０％ＮａＯＨ、５％ＫＳＣＮ、 滴加入１０％的ＮａＯＨ，出现黑褐色沉淀，此时ｐＨ ５％澄清ｃａ（ＯＨ） 、１％ＡｇＮＯ 。 值小于７，振荡后沉淀消失。②继续滴加ＮａＯＨ， ３ 实验过程 沉淀不溶解，溶液呈碱性。 一个化学实验，不论是演示实验还是教学实 （７）对样品作进一步鉴 验，都可以由三个部分构成。即：作为研究对象的 定。如图１。取少量样品，放 物质体系；适当的仪器装置和必要的安全措施；合 入ｗ管中，在ｗ管一端加入 理的实验步骤和规范的操作技术。从学科教育的 《教学仪器与实验》第２８卷２０１２年第７期 ・ １７ ・ 样品，另一端加入澄清石灰水。用酒精喷灯灼烧 些科学探究的含义和科学探究的一般方法。十分 有益”。王玉同学说：“在做实验时，我发现有些 实验在理论上是可以的，而在实际操作中是行不 ｗ管装有样品端的底部，发现ｗ管另一装有澄清 石灰水的一端变浑浊。说明样品中含有活性炭。 （８）实验结论：经实验初步探究，暖宝宝中确 实含有铁、铁（三价）离子、活性炭、食盐等物质。 但不能确定是否含有镁、铝、硅等元素构成的蛭石 的成分。 （９）为了进一步探究滤液中镁、铝、硅等元素 的存在，重复第⑤、⑥步操作。使用ＤＩＳ实验的电 导率探头作进一步分析，以确定溶液中离子浓度 变化。实验发现：随着逐滴１０％ＮａＯＨ量的增加， 溶液的电导率呈现出先变小后变大，“Ｖ”字型变 化趋势。如图２所示。 ， ２００００ 通的或者现象不明显”。 （２）通过化学与社会、生活、科技的结合，让 我们感受到化学学科的魅力所在。张思蔚同学 说：“通过对日常生活中的小课题的探究活动，使 我对身边生活中事件开始产生浓厚兴趣。暖宝宝 的成分在以往，我是不曾注意，只是使用而已，如 今打开暖宝宝鉴定的大门之后，我的感受十分奇 特，原来是化学知识让我们的生活充满了无限乐 趣。这次实验收获了许多新的知识和能力”。 （３）让学生接触到了一些化学实验最新的测 量手段。吴楷同学说：“平时只有老师给我们演 示ＤＩＳ实验中一些探头的使用，这次实验，我们在 老师指导下亲自动手做实验，让我学到了许多课 外知识和一些实验操作的规范要求，对我十分有 ５０ ｌ００ 篓１０￣００ 砷 ０ ０ 用，提升了课题的探究效果”。 ５ 思考建议 （５３ ４，２８６１０） 时间（秒） 图２ 样本酸化后用碱滴定过程中电导率的变化趋势 由于参与探究的时间相对比较少，加之我们 测量的手段还只限于现有的中学常规的仪器和药 品，因此很难将暖宝宝的化学成分一一甄别清楚。 比如：溶液中Ｓｉ 离子是否存在？Ｍｇ“、Ａｌ 、 （１０）实验分析与推论。①实验分析：从图２ 中可以比较清晰看出，样本（暖宝宝）经酸化后， 用碱滴定过程中，由于Ｆｅ“、Ａ１”、Ｍｇ“先后生成 沉淀，溶液的导电率呈直线下降趋势，达到最低 点。后随着碱的量进一步增加，氢氧化铝沉淀开 Ｆｅ 、Ｆｅ“等离子只知道其存在于滤液中，却无法 排除相互的干扰。这也许正是“科学实验或理论 定包含着不确定性” 的道理。对于蛭石的成 份，经百度搜索“蛭石”关键词，我们发现，有关蛭 一始溶解，直到全部溶解为止，溶液中的离子数量又 有了明显的“反弹”，导致溶液导电率又开始上 升。在碱滴定过程中，坐标系中时间轴上，时间在 前ｌＯｓ与２０ｓ以后的电导率的变化相比较，后者、 的电导率线明显低于前者，说明溶液中部分沉淀 物溶解的过程。具体涉及到化学反应如下： Ｆｅ“＋３０Ｈ一一Ｆｅ（ＯＨ） （红褐色沉淀） Ｍｇ“＋２０Ｈ一一Ｍｇ（ＯＨ）： （白色沉淀） Ａｌ“＋３ＯＨ一一Ａｌ（ＯＨ） （白色沉淀） Ａ１（ＯＨ）３＋ＯＨ一—｝Ａｌ０ ＋２Ｈ２０ 石的信息多达７１６０００条。蛭石因水化程度不同， 氧化的作用不一，即使同为蛭石的化学成分也很 难相同，通常其化学成分、含量大致如表１。 表１ 坌 名称！ ！ ！ ！ —旦 Ｕ＿ 水 二氧化硅氧化镁三氧化二铝三氧化二铁氧化钙含量（％）３７～４２ １１—２３ ９—１７ ３．５—１５ １～１１ ５～１１ 以暖宝宝化学成分鉴别作为我们的研究对 象，接下来我们还想用正交实验的原理和ＤＩＳ实 验中温度探头的图像变化规律，对暖宝宝构成的 ②推论：样本（暖宝宝）经酸化后，滤液中“肯 定”含有Ｆｅ 、Ａ１”、Ｍｇ“离子。但还不确定是否 还有Ｓｉ“。 ４主要收获 最佳比例再作进一步分析和处理。 参考文献 １ 中华人民共和国教育部制订．普通高中化学课程标准［Ｓ］．北 京：人民教育出版社，２００３ ２熊宗齐，徐泓．暖宝宝反应原理和产物组成的探究［Ｊ］．化学教 学，２００７（１０）：２５ 通过本实践探索，学生运用学科知识和手段， 从实验问题人手，设计实验探究方案，由浅人深， 在实验探究过程中取得了一定收获。 （１）对学生科学素养的培养、提高对科学探 究中问题意识和批判精神的理解和认知都起到了 一３宋心琦．化学实验教学问题［Ｊ］．中学化学教学参考，２０１１（１１） ４ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｘｕｙａｎｇｋｙ．ｃｏｍ／Ｐｒｏｄｕｃｔｓ．ａｓｐｘ？ＰＩＤ＝１００ （收稿日期：２０１２－０１－１６） 定的促进作用。王一峰同学说：“我理解了一 ・１８。 Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．７，２０１２
