氢氧化铁胶体制备实验的改进

王冬梅 郑茹 杨晓燕 王瑞 张晓梅

摘 要：中学化学实验教学是学生深刻认识化学基本知识与原理的重要途径：能帮助学生根据实验现象主动建构科学知识及知识体系。特别是课堂演示实验对于学生化学兴趣的培养尤为重要，这就要求演示实验现象一定要明显，方便学生的观察与理解。高中人教版教材中制备氢氧化铁胶体的丁达尔现象光束亮度不足，不利于学生观察，因此在原实验的基础上，改变试剂用量与试剂加热顺序达到了较好的教学效果。

关键词：学科素养；实验改进；氢氧化铁胶体；丁达尔现象

一、 背景

化学是以实验为基础的一门科学。化学实验教学是学生通过观察物质及其各种变化的现象或自主探究实验过程与结果，使抽象的知识形象化，让学生从化学实验事实感知化学基本概念与原理并主动建构知识系统的过程。化学实验不单单是一种实践项目，而且是一种感性认识方法。实验营造的教学情境能调动学生学习的积极性，激发学习兴趣，培养学习者实事求是、严谨认真的科学精神以及证据推理与实验探究的化学学科素养。

目前，中学化学教材中通常选用的实验较为经典，教师在演示过程中，容易成功，大多数实验现象明显、反应速率适中，便于学生观察。然而由于实验条件或者试剂用量未达到最佳优化，进而导致个别演示实验在教学过程中现象不明显，不利于学生观察，挫伤学生学习的积极性。

因此，改进实验条件、优化实验方案、增加实验的可视化效果亟待解决。实验效果良好的方案不仅可使演示实验更加利于学生观察，便于学生从实验现象推断实验结论、内化知识，学会科学研究的方法与过程，锻炼科学逻辑思维。

高中人教版化学必修一第二章第一节学习物质的分类，为了区分外观相像的溶液和胶体，教材设置了探究实验（氢氧化铁胶体的制备方法是：取一个小烧杯，向其中加入25 mL蒸馏水并加热至沸腾，随之滴加5～6滴FeCl3饱和溶液），用激光笔照射硫酸铜溶液和氢氧化铁胶体，用丁达尔现象区分溶液和胶体。但在实际操作中，由于实验中蒸馏水的用量少，烧杯液面偏低，氢氧化铁胶体呈现暗红色、与激光灯光束颜色接近，采用教材中蒸馏水与氯化铁溶液的用量以及制备方法做出的氢氧化铁胶体呈现的“光亮通路”从烧杯正前方观察不明显。

因此，为了突显实验现象，以便学生观察，本文对教材中实验进行了改良：把原实验方案中蒸馏水的用量全部增加到50 mL，对实验中饱和氯化铁溶液的用量和滴加饱和氯化铁溶液的顺序进行了调整，优化得到两种实验方案，具体过程如下。

二、 实验部分

（一） 实验器材及试剂

仪器：烧杯、酒精灯、铁架台、石棉网、温度计、玻璃棒、量筒、胶头滴管、激光笔（DANGER：Max Output<5mW）

试剂：氯化铁晶体、蒸馏水

（二） 实验步骤

方案一：改变原实验中饱和FeCl3溶液的用量

取六个100 mL的烧杯，各加入50 mL蒸馏水，然后在沸水中分别滴入4滴、6滴、8滴、10滴、12滴、14滴（注：实验中一滴约为0.05 mL）饱和氯化铁溶液，用激光笔照射烧杯中的液体，观察实验现象。饱和氯化铁溶液的制法：取100mL的烧杯，加入蒸馏水20 mL，再加入FeCl3晶体，用玻璃棒搅拌，直至FeCl3晶体不再溶解，取上层清液得到饱和氯化铁溶液。

方案二：改变原实验中加入氯化铁溶液的顺序

取六个100 mL的烧杯，各加入50 mL的蒸馏水，然后分别滴饱和氯化铁溶液4滴、6滴、8滴、10滴、12滴、14滴；在铁架台上放上石棉网，先将加4滴氯化铁溶液的烧杯放于石棉网上，并点燃酒精灯至液体沸腾，在实验过程中观察丁达尔现象；再陆续将6滴、8滴……的烧杯放于石棉网上煮沸，观察现象并用激光笔检验。

（三） 实验现象

方案一：液体颜色都偏红，虽都有丁达尔现象，但光束亮度及宽度都存在差异，具体现象如下，烧杯俯视效果如图1，烧杯正面现象如图2。

方案二：六个加有盐溶液再煮沸的烧杯均在64～68℃的温度区间内开始产生丁达尔现象，但光束不明显；六组液体煮沸时的光束较煮沸前明显，颜色均偏棕，烧杯俯视效果如图5，烧杯正面现象如图6。

三、 实验结论与讨论

由上述实验的丁达尔现象可知。

方案一：在50 mL沸水中加入饱和氯化铁溶液的液体产生的丁达尔现象，整体上比教材制备氢氧化铁胶体方案的实验现象明显，光束更清晰。尤其是滴加10滴和12滴饱和氯化铁溶液的液体，都有较宽的光亮“通路”。

但由于两组液体颜色都接近光束颜色，以致“光亮的”通路并不光亮，所以对实验步骤进行了调整并做了方案二。

方案二：在加入氯化铁溶液的液体后煮沸，整体上较教材实验现象明显。加入10滴和12滴的氯化铁溶液的液体都有较宽的光亮“通路”，且光束颜色通透明亮，便于全班同学观察。加入10滴的液体光束颜色更亮，状态也更像胶体：既不像溶液那么透明，又不像浊液易沉淀；此状态刚好能显示出胶体的介稳态，利于学生从外部事件构建胶体的特点，转化为自己的知识，是可用于上课观察丁达尔现象的较佳制备方案。

如果课堂上出现胶体沉淀的情况，教师可借机提出为什么的问题，让学习者自己思考，激发学生的求知欲，使学生深刻理解聚沉现象并意识到胶体聚沉的一个条件是加热。

四、 总结

中学氢氧化铁胶体制备的实验只需要定性观察，对量的要求不高，因此采用本文的实验方案就可以得到较好的实验观察效果。但实验仅从氯化铁溶液的用量以及与加入顺序与原实验进行了对比，并未考虑实验的其他因素，如：煮沸的时间、激光筆的颜色与型号等。笔者列举了影响实验的因素并设计了多因素多水平的实施方案，采用正交分析软件进行分析，进一步的筛选工作仍在进行中。

参考文献：

[1]张翠华，王晶晶，刘伟.中学化学实验改进与创新研究[J].沧州师范学院学报，2014，1（30）：114-118.

[2]王亚云.中学化学实验常见改进方法[J].实验教学研究，2012（2）：95-97.

[3]杨梅，季春阳.浅谈高中化学实验教学中三维目标的实施策略[J].学理论，2013（3）：242-243.

[4]吕圣晨.对氢氧化铁胶体制备要求的检验[J].技术与应用，2016（7）：142.

[5]熊晓丹，孙丹，等.氧化镁用于制备氢氧化铁胶体的实验设计[J].化学教育，2016，37（17）：66-68.

作者简介：

王冬梅，郑茹，杨晓燕，王瑞，陕西省宝鸡市，宝鸡文理学院化学化工学院；张晓梅，陕西省宝鸡市，宝鸡市金陵中学。