同一情境下“混合物的分离和提纯”的主题式教学设计

高 杰

（北京四中 北京 100034）

一、背景分析和设计意图

人教版第一章第一节的“混合物的分离和提纯”中，通过“粗盐的提纯”实验，复习过滤和蒸发等操作。对于蒸馏，则是在初中简易操作的基础上，引入使用冷凝管这一较正规的操作。在复习拓宽的基础上又介绍一种新的分离和提纯方法——萃取。作为检验分离提纯的效果，本部分还结合实际操作引入物质检验的知识。这样由已知到未知，由简单到复杂，逐步深入［1］。

本主题的教学设计以“海洋资源的利用”为情境主题，以人教版化学1 “混合物的分离和提纯” 为知识内容主题（如图1），整个教学过程在3 课时内完成。通过创设具有鲜明主题的情境氛围，使得教学情境与知识主题一脉贯通，使学生的学习动机与教师的主导作用产生共振，从而有效地实现了教学目标，是主题式教学在创设良好的知识建构学习情境方面的延伸［2］。

图1

二、教学案例描述

1．从海水中获取食盐——蒸发、过滤

教师通过投影片呈现魅力海洋及海水中的化学组成示意图，给出任务主题：如何从海水中获取食盐？ 学生结合初中所学知识想到通过蒸发获得粗盐，通过过滤除去粗盐中的泥沙，并在实验室模拟蒸发和过滤的操作，复习蒸发和过滤的实验操作要点并巩固实验绪言课中的规范实验操作。

核心问题1：为获得粗盐，同学们选择用蒸发的方式；为除去粗盐中的泥沙，同学们选择过滤操作。你为什么选择这些操作，而不是其他的方法呢？ 对于一份需要分离提纯的混合物，我们选择分离提纯方法的原则是什么呢？

学生活动：独立思考。

学生1：这些操作都是初中学过的，初中用的方法就是这样的。

学生2： 是根据我们要获得的物质跟要去除的物质比较，根据它们性质上有什么差异，再去选择方法。

师生总结：选择分离提纯方法的原则是根据混合物中各组分物质性质（物理性质或化学性质）上的差异，如沸点、溶解度等，选择合适的操作以除去杂质。

核心问题2：通过以上蒸发和过滤操作，我们获得的是纯净的NaCl 吗？ 如何检验？ 如果要获得纯净的NaCl还需要哪些操作？ 请设计方案。

学生活动：分组讨论。

学生1：根据“海水中的化学组成示意图”，得到的NaCl 不纯净，还含有SO42－、Ca2＋、Mg2＋。可以检验三种离子中的任意一种。

学生2：我们小组选择用适量的BaCl2、NaCO3、NaOH来除掉SO42－、Ca2＋、Mg2＋。

学生3：在实际加试剂时，很难控制适量，要加过量试剂然后再除去。我们设计的方案中，只要保证NaCO3在BaCl2之后加入就可以了。（学生实物投影展示流程图）

师生总结：SO42－的检验。用化学方法除杂，除了考虑所加试剂外，还要考虑加入试剂的先后顺序、试剂用量及过量后除去的问题。

演示实验：SO42－的检验

2．从海水中获取淡水——蒸馏

素材：魅力海洋图片、沙特淡水工厂和北京四中毕业学生捐建的母亲水窖图片。

核心问题1：为了更高效地制取蒸馏水，请同学们讨论简易蒸馏装置中的哪些部分还可以再改进？ 如何改进？

学生活动：分组讨论。

学生1： 我们组讨论主要是水蒸气从圆底烧瓶中出来后，冷凝部分的效果不好。可以考虑用冰之类的降温效果更好的物质包裹出来的水蒸气，或者吹风降温。

学生2：我们组讨论也是改进冷凝部分，在实验室的条件下，可以向冷凝部分不断浇水的方式降温。还有如果冷凝部分效果好了，接收部分就改用大一些的容器来接收。

师生总结：将冷凝部分改进为冷凝管，并讨论冷凝管的进出水问题。

核心问题2： 通过将海水蒸馏获得的蒸馏水是纯净的H2O 吗？ 如何检验呢？

学生活动：独立思考。

学生1：检验还有没有NaCl 存在，可以加入AgNO3检验Cl－。

学生2：检验Cl－是不是也要像SO42－的检验一样酸化防止其他离子干扰，可以加HNO3。

师生总结：Cl－的检验。

演示实验：Cl－的检验。

核心问题3：如果分离对象是酒精和水，那么这套冷凝装置还可以怎样改进呢？ （因授课对象为北京四中实验班的学生，可以进行必要的延伸和拓展）

资料：酒精和蒸馏水的沸点。

学生活动：分组讨论。

学生1：要考虑先出来的是酒精，酒精不能和后出来的水混合了，所以要注意控制好加热温度。可以考虑用水浴加热之类的，把加热温度控制在酒精的沸点处。

学生2：可以在蒸汽出口处加一个温度计，只收集达到酒精沸点的液体。

师生总结：增加温度计以及对原有的圆底烧瓶改进为蒸馏烧瓶。

3．从海洋中的海藻类植物中获取碘——萃取

资料：魅力海洋、海藻、海带图片及从海带中提取碘的工艺流程图（图2）、I2、H2O 的沸点、I2在H2O、C2H5OH、CCl4中的溶解度

图2 从海带中提取碘的工艺流程图

核心问题1：根据老师提供的资料和数据信息，如何从含I2水溶液中获得I2呢？

学生活动：分组讨论

学生1：可以考虑蒸馏，因为两者的沸点相差很大。

学生2：我觉得不合适，因为这样获得的碘水溶液应该是很稀的，I2的浓度很小，而且碘容易升华。可以先用C2H5OH 和CCl4将碘水浓缩一些，加大I2的浓度，然后再想办法处理。

学生3： 用C2H5OH 不能达到浓缩的目的，因为C2H5OH 与H2O 是互溶的，应该用CCl4。

学生实验：I2的提取初体验（用试管进行实验）。

师生总结：萃取及萃取剂的选择。

核心问题2：回顾刚才的萃取过程，有哪些环节或者装置需要改进？

学生1：液体分层后怎么取出来呢？ 用试管很费劲。

学生2：试管的体积太小了，碘水中的I2与CCl4不能充分接触，换一个容积大一些的。

学生3：找一个容积大一些上下都开口的仪器，这样就解决了两位同学所说的问题。

师生总结：萃取所用仪器——分液漏斗的特点及使用要点。

分组实验：I2萃取的再体验（用容量瓶）。

三、教学反思

化学新课程追求的主旨和根本性目标是促进学生的发展，使学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等各方面都得到不断提高。要达成这三个维度的目标，必须通过一定的载体或活动来体现，同一情境下的主题式教学设计就是一种非常有效的教学设计方式。

本教学设计的亮点是将三课时的教学内容以主题的形式在同一情境素材下完整呈现出来。这种设计是在充分分析“混合物的分离和提纯” 的操作——蒸发、过滤、蒸馏、萃取本身的逻辑性及对于学生已有知识储备来说的陌生程度，按照由简单到复杂的顺序呈现的。情境素材与每一项分离提纯操作的融合是自然的，不是为了统一在一起而强拉硬拽的组合。在完成四项分离提纯操作的教学任务的同时，教师还引导学生将分离提纯方法的选择原则、离子检验等问题在恰当的时机自然引入，实现了主干知识与相关知识点的完整统一。

另外，以海洋资源的利用为情境素材，也不是纯粹为了讲解知识而设计的美丽外衣，而是将知识直接指向了应用。更为化学2 第四章第一节海水资源的开发和利用做了铺垫并留下了空间。

［1］ 王晶等主编．普通高中课程标准实验教科书：化学1 教师教学用书（第3 版）［M］．北京：人民教育出版社，2007．1

［2］ 由佳．主题式情境教学在化学教学中的应用 ［J］．化学教育，2009，（5）：18－19