案例分析——物质分离与提纯

1、基于问题解决的“物质的分离与提纯教学设计,王书民,案例分析,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?,物质的分离与提纯,苏教版化学1(必修),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?,生：淘

2、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。,1、过滤和结晶,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?,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：

3、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?,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

4、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：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23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?,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

5、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?,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

6、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?,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+2NaOHMg(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

7、量；过量的试剂必须除尽；除杂途径必须选最佳。,设计的实验方案是：将粗盐溶解于水；加入稍过量的Na0H溶液；过滤除去沉淀物；向滤液中加入盐酸中和过量氢氧化钠溶液；加热，蒸发结晶。,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。,2、分液和萃取,展示：分液漏斗的颈部有一个活塞，顶部有一个活

8、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，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34。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。,实验探究教师演示：取一支试管，加入约2mI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?,学生分组实验：用分

9、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。,生：继续加水，看哪一层液体升高，哪一层就是水层。,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23mL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中的溶解度比在水中的溶解度大，所以溴主要是在下层的CCl4溶液层

10、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。,(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：和原溶液中的溶剂互不柏溶；和原溶液中的物质互不反应；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

11、中进行。,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)，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。,3、蒸馏,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

12、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?,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

13、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。,(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。,过渡除了上述

14、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?,4、层析法,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，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

15、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。,(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,(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