在物质分离提纯教学中使用实验示意图的四种方法

田长明

摘要： 实验示意图是化学常用的表述方式。以“物质的分离与提纯”为例，分别从实验流程图、实验现象对比图、实验分步操作示意图、实验装置细节放大图四个视角进行阐述，表明选用合适的化学实验示意图辅助教学，有利于提高课堂效益和教学质量。

关键词： 实验示意图;分离提纯;化学教学

文章编号： 10056629（2018）3005304 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

千言万语不如一张图，用图表述化学过程或呈现背景信息是化学常用的表达方式。化学中的各种图的运用非常广泛，如表示物质微观结构的有原子结构示意图、原子轨道示意图、分子比例模型和球棍模型图;表示实验过程有操作流程图、反应装置图;表示化学动力学和热力学的有反应速率图、化学平衡图等。

选择和使用合适的图进行课堂辅助教学，有利于提高课堂教学的有效性。如何合理使用化学中的各种图，是每一位化学教师应该研究的问题。笔者以“物质的分离与提纯”为例，谈谈自己的一点做法。

1 选用实验流程图，凸显实验的过程

化学实验流程图以特定的图形符号加上说明，来表示化学实验的实验流程。其优点是： 形象直观，结构清晰，逻辑性强，各种操作一目了然，容易理解。

在“物质的分离与提纯”教学过程中，教师如果能正确使用操作流程图，一方面可以使操作流程更加直观，另一方面可以帮助学生理解与记忆，其提高教学效果是显而易见的。

案例1 KCl和MnO 2的分离

苏教版普通高中课程标准实验教科书《化学1》（必修）第18页有如下“交流与讨论” [1]：

请根据要求设计分离和提纯下列物质的实验方案，并将你的方案与同学交流讨论。

1 实验室中用KClO 3在MnO 2催化下受热分解制取氧气。从反应后的KCl和MnO 2的混合物中分离、回收这两种物质，需要使用哪些分离方法？请简述实验方案。

实验方案：

……

如果用文字表述分离的方案，我们可以进行如下表述：

（1） 将反应后的混合物加适量水，并充分搅拌;

（2） 过滤，将滤渣洗涤、干燥，得到MnO 2;

（3） 将过滤后的滤液蒸发结晶，得到KCl。

由此可见，用文字表述的弱势是不够直观。如果用流程图（图1）来表示就能直观简洁地呈现实验方案。

图1 分离氯化钾和二氧化锰流程图

案例2 除去NaCl固体中混有少量的Na 2SO 4

氯化钠固体中混有少量的硫酸钠固体，如何除去硫酸钠？一般步骤如下：

（1） 将混有杂质的氯化钠完全溶解于水;

（2） 在混合溶液中加入稍过量的BaCl 2溶液，然后过滤;

（3） 在滤液中加入稍过量的Na 2CO 3溶液，然后过滤;

（4） 在滤液中滴加适量的稀盐酸;

（5） 蒸发结晶。

教师在教学过程中可用流程图（图2）来表述。

图2 除去氯化钠中硫酸钠流程图

通过上述流程图，教师还可以提出下列问题，提高学生分析问题的能力。

问题1： 如何证明BaCl 2溶液已经过量？

问题2： 滤渣2的组成是什么？

问题3： 为什么不选用BaCl 2溶液而选用盐酸除去过量Na 2CO 3？

2 选用实验现象对比图，凸显现象的差异

认识事物从比较开始，比较是科学研究和化学学习的基本方法之一。在“物质的分离与提纯”教学过程中，教师要善于运用对比实验和对比图，凸显化学实验过程中现象的差异。

案例3 用苯和四氯化碳萃取碘水

实验1： 在三支试管中各加入2～3mL碘水，再向其中两支试管中分别加1mL苯或1mL四氯化碳，振荡静置（图3）。观察并比较试管中的实验现象。

图3 用苯和四氯化碳萃取碘水（1）

通过观察，学生会发现在碘水中加入苯和四氯化碳，溶液都会分层，其中试管中加入苯的，振荡静置后上层溶液呈紫色，而试管中加入四氯化碳的，振荡静置后下层溶液呈紫色。

现象分析： 碘在苯和四氯化碳中的溶解度比水中大，苯和四氯化碳与水都不互溶，且苯的密度比水小，四氯化碳的密度比水大。

學生会好奇地想象，如果在碘水中依次加苯和四氯化碳，溶液会不会分成三层呢？

实验2： 在两支大试管中各加入2mL碘水，再向其中一支大试管中依次加0.5mL苯和0.5mL四氯化碳，另一支大试管中依次加4mL苯和0.5mL四氯化碳，振荡静置（图4）。观察并比较试管中的实验现象。

图4 用苯和四氯化碳萃取碘水（2）

观察现象，学生会发现，试管中加入2mL碘水，试管中如果依次加0.5mL苯和0.5mL四氯化碳，振荡静置后溶液分成两层，下层溶液呈紫色;试管中如果依次加4mL苯和0.5mL四氯化碳，振荡静置后溶液分成两层，上层溶液呈紫色。

分析现象： 溶液为什么没有分成三层，最终还是两层呢？原因是苯和四氯化碳都是有机溶剂，振荡后苯和四氯化碳互溶，溶液分成两层。当苯的体积和四氯化碳的体积相当时，两者互溶后的密度比水的密度大，萃取后有机层在下层;当苯的体积远大于四氯化碳的体积时，两者互溶后的密度比水的密度小，萃取后有机层在上层。

案例4 酒精能否萃取碘水中的碘

实验3： 在二支试管中各加入2～3mL碘水，再向其中一支试管中加1mL酒精，振荡静置（图5）。观察并比较试管中的实验现象。

图5 酒精能否萃取碘水中碘的实验

在碘水中加酒精，溶液并没有分层，也没有发生萃取现象。原因是酒精和水互溶。如果在碘水中加酒精，再加四氯化碳，振荡后会出现什么现象呢？

学生猜想： 酒精和水互溶，四氯化碳又和酒精互溶，振荡后溶液应该不会分层，事实是不是如此呢？

实验4： 在一支大试管中加入2mL碘水，向试管中加1mL酒精，振荡，再向试管中加入1mL碘水四氯化碳，振荡静置（图6）。观察试管中的实验现象。

从实验可以看出，振荡后的溶液没有出现不

图6 四氯化碳、酒精和碘水的混合实验

分层的现象，溶液分成两层，酒精和碘水的混合液在上层，四氯化碳在下层。四氯化碳也没有萃取出含酒精的碘水中的碘。教师可以提出以下问题让学生课后思考：

问题4： 四氯化碳为什么不能萃取出含酒精的碘水中的碘？

问题5： 酒精为什么没有溶解在四氯化碳里，而是溶解在水中？

问题6： 酒精分别溶解在水和四氯化碳中，哪个溶解度大？碘分别溶解在酒精和四氯化碳中，哪个溶解度大？

3 选用实验分步操作示意图，凸显操作的要领

实验分步操作示意图（以下简称实验分步图）就是将实验过程中的主要操作步骤按顺序排列，其优点是能突出实验的主要过程和每步操作的要领。因此教学中如果采用演示实验和实验分步图相结合的方式，会使教学效果更佳。

案例5 除去KNO 3晶体中少量的KCl

主要操作过程： 在提纯混有少量KCl的KNO 3时，先将混合物溶于温度较高的热水中并不断搅拌，形成浓的KNO 3热饱和溶液，然后冷却到一定温度，此时会有大量的KNO 3晶体析出，然后过滤，并用冰水洗涤沉淀2～3次。实验分步图如图7。

图7 除去硝酸钾晶体中少量氯化钾的实验过程图

上述分步图呈现了除去KNO 3晶体中少量KCl的主要步骤，并注明相关操作的关键点，加深学生的学习印象。

案例6 用CCl 4萃取碘水中的I 2并分液

主要操作过程： 先检查分液漏斗是否漏水，然后在分液漏斗中依次加入碘水和CCl 4，塞上活塞，将分液漏斗下端朝上进行充分振荡（振荡过程中要打开旋塞放气2～3次），然后将分液漏斗放于铁架台上静置分层。当分液漏斗的液体分成两层后，打开旋塞，将下层液体放出，然后关闭旋塞，将上层液体从上口倒出。实验分步图如图8。

可见实验分步图不仅可以体现操作的具体过程，更重要的是能凸显每一步操作需要的仪器用品、实验目的、操作要领，使分离和提纯的过程更加直观。

图8 萃取分液实验分步图

4 选用实验装置细节放大图，凸显局部的细节

局部放大图是将大于原图形所采用的比例画出的图形。化学教学中利用局部放大图可以呈现装置的细节，再以“物质的分离和提纯”一节中的蒸馏装置为例。

常用的蒸馏装置由蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、接收管、锥形瓶、铁架台（带铁圈和铁夹）和石棉网等组成，各玻璃仪器间用胶塞连接。裝置的

图9 蒸馏装置局部放大图

要点有两个： 其一是温度计的水银球应放在蒸馏烧瓶的支口处，因为此处是物质由气体变成液体的分口，在此处的温度就是物质蒸馏的温度。其二就是冷凝水的进口与出口，冷凝水进水在冷凝管的低处，出水在冷凝管的高处，这样的话，水就可以充满整个冷凝管，且水充满冷凝管到达高处后才可流出去。水流的方向和蒸气流动的方向相反，能使蒸气充分冷却。

教师在教学过程中可采用局部放大图（图9），能充分呈现这两个细节，有利于学生的观察和理解。

化学中的各种图是对教材内容的形象化解释和直观概括，是教材内容的补充和延伸，利用这些图进行辅助教学是课堂教学的重要环节，充分发挥各种图的作用，对于提高课堂教学效率及教学质量具有重要意义。

参考文献：

[1]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1[M].南京： 江苏教育出版社，2009： 18.