“食鹽中碘元素含量測定的實驗探究”的教學(xué)設(shè)計與反思

孟 靜

“食鹽中碘元素含量測定的實驗探究”的教學(xué)設(shè)計與反思

孟 靜

以碘酸根的氧化性為基礎(chǔ)，結(jié)合氧化還原滴定法的實驗原理，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計測定食鹽中碘元素含量的實驗步驟，使學(xué)生通過自主實驗得出數(shù)據(jù)并進行具體分析。在實驗設(shè)計和探究過程中，學(xué)生能夠認(rèn)識學(xué)科知識發(fā)展邏輯，體驗科學(xué)探究的過程及提升科學(xué)思維能力。

碘含量測定 實驗探究 氧化還原滴定

滴定法以其操作簡便、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點在分析檢測中被普遍應(yīng)用。其中，酸堿滴定原理易懂，操作易掌握，因此，滬科版《化學(xué) 高中二年級第一學(xué)期（試用本）》以酸堿滴定為例來介紹滴定法。但筆者在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)滴定法時往往只局限于酸堿滴定，對其他滴定方法知之甚少，甚至一無所知。而且對于高二學(xué)生來說，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)設(shè)計定量實驗是學(xué)習(xí)的難點。故筆者基于“食鹽中碘元素含量測定的實驗探究”內(nèi)容設(shè)計了這節(jié)拓展課，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)氧化還原滴定的原理和方法，體驗物質(zhì)性質(zhì)與定量測定的內(nèi)在聯(lián)系。

一、教學(xué)思路設(shè)計

本節(jié)課是一節(jié)拓展實驗課。從教學(xué)內(nèi)容層面分析，該節(jié)課涉及碘單質(zhì)、碘離子、碘酸根的化學(xué)性質(zhì)，氧化還原原理和定量測定實驗等知識內(nèi)容，學(xué)科認(rèn)知難度較大；從教學(xué)實踐層面分析，該節(jié)內(nèi)容屬于教材第十章“學(xué)習(xí)幾種定量測定方法”單元［1］。以往教學(xué)中通常較為關(guān)注對定性和定量測定的實驗步驟和實驗裝置的探究，相對弱化了元素化合物性質(zhì)與化學(xué)實驗知識之間的有機聯(lián)系，從而造成部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中將實驗操作與實驗原理割裂，給學(xué)習(xí)帶來困難。

此外，考慮到高二學(xué)生處于將學(xué)習(xí)過的元素化合物基本知識與化學(xué)實驗有效整合的關(guān)鍵時期，雖然知識儲備豐富，但在實驗設(shè)計、探究等方面的能力還有待提高。筆者嘗試以碘及其化合物的性質(zhì)為突破口，逐步深入開展食鹽中碘元素含量的探究。具體設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 食鹽中碘含量測定設(shè)計思路

二、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

高中化學(xué)課程指出要進一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進學(xué)生的個性發(fā)展；提高學(xué)生的科學(xué)探究能力；形成科學(xué)的價值觀和實事求是的科學(xué)態(tài)度；激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，提高學(xué)生的實踐能力［2］。根據(jù)這一要求并結(jié)合教學(xué)實踐，本文從課程標(biāo)準(zhǔn)的三維目標(biāo)出發(fā)設(shè)計了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 三維目標(biāo)設(shè)計

三、教學(xué)過程設(shè)計

（一）圖片展示碘元素的重要作用，引入課題

介紹碘元素對生活和生理的重要作用，指出市售食鹽中加入碘元素的意義，引出教學(xué)主題——食鹽中碘元素的含量測定。

運用PPT展示的方法與學(xué)生一起體會加碘鹽的重要性，啟發(fā)學(xué)生對本課題的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。講解簡短，但內(nèi)容能有效引發(fā)學(xué)生的思考，是課堂能順利開展的良好基礎(chǔ)。

（二）開展系列實驗，檢驗市售食鹽中碘元素的存在形式

要進行物質(zhì)定量測定，須先掌握物質(zhì)的性質(zhì)，從物質(zhì)的性質(zhì)入手選擇合理的實驗試劑和方法，設(shè)計合理的實驗方案。

本節(jié)課通過習(xí)題1，請學(xué)生自主設(shè)計實驗過程，觀察實驗現(xiàn)象，得出正確的結(jié)論：食用鹽中的碘元素以IO3-形式存在。

習(xí)題1：加碘食鹽中碘元素的存在形式主要為（ ）

A．I2

B．I-

C． IO3

實驗設(shè)計如表2所示。

表2 實驗設(shè)計

學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的碘及其化合物的化學(xué)性質(zhì)，通過科學(xué)的實驗操作，觀察實驗現(xiàn)象，獲得實驗結(jié)論。學(xué)生在觀察現(xiàn)象的同時，思考反應(yīng)原理，并在此基礎(chǔ)上了解IO3-的氧化性。

（三）利用物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計定量測定方法

食用鹽中加入一定量的碘酸鉀，是為了滿足人體對碘的需要。但值得注意的是，人體攝入過多的碘也是有害的。因此，相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了食用鹽中碘含量的平均水平（以碘元素計）為20—30mg/kg。

基于上述標(biāo)準(zhǔn)，教師可以接著提出問題：“如何測定市售食鹽中碘元素的含量？”并且，在教材第十章“學(xué)習(xí)幾種定量測定的方法”中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過酸堿滴定是通過測定溶液完全反應(yīng)時消耗的體積從而得到定量結(jié)果的方法，被稱為“滴定法”?；诖私處熆梢赃M一步追問“滴定法只適用于酸堿中和反應(yīng)嗎？”促使學(xué)生運用IO3-的氧化性和離子反應(yīng)相關(guān)知識，思考用滴定法定量測定碘元素含量的方法。

1.實驗原理

先在一定量食鹽樣品中加入略過量硫酸酸化的碘化鉀溶液，把碘酸鉀中的碘元素還原為碘分子，再用硫代硫酸鈉溶液滴定生成的碘分子即可。

滴定實驗的關(guān)鍵，一是正確判斷滴定的終點；二是準(zhǔn)確測定液體的體積［3］。本實驗是用標(biāo)準(zhǔn)液硫代硫酸鈉溶液滴定待測液中的碘單質(zhì)，選擇淀粉溶液為指示劑，當(dāng)待測液恰好由藍色變?yōu)闊o色，且充分振蕩溶液不變藍時即到達滴定終點，此時準(zhǔn)確記錄消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積。

本實驗利用IO3-的氧化性和I2的顯色反應(yīng)，在鞏固滴定法原理和操作的基礎(chǔ)上，進一步培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，使其更深入地思考和分析物質(zhì)的定量測定，學(xué)科知識的認(rèn)知得到升華。

2.實驗步驟

①稱量：稱量約10g食鹽于250mL錐形瓶中，并記錄準(zhǔn)確的質(zhì)量數(shù)值。

②溶解：加入約50mL蒸餾水使其完全溶解。

③還原：用2mL稀硫酸酸化上述溶液，并加入5mL碘化鉀溶液，使其與KIO3充分反應(yīng)。

④滴定：以1mL淀粉溶液為指示劑，用5.4×10-4mol/L的Na2S2O3溶液滴定，當(dāng)溶液恰好由藍色變?yōu)闊o色，且充分振蕩不變藍時，記錄所用Na2S2O3溶液的體積。

⑤重復(fù)上述操作進行第二次實驗。

⑥實驗結(jié)果：兩次實驗平均值為________。

⑦實驗誤差：本實驗所用食用鹽中碘元素含量的理論值為15mg/kg，則實驗誤差________。

依據(jù)滴定實驗的基本操作方法，利用實驗原理設(shè)計碘元素的定量測定實驗活動，培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計實驗的意識和能力。

表3 實驗記錄

3.誤差分析

任何定量測定的方法，得到的數(shù)據(jù)都有一定的精確范圍，或者說存在一定誤差。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生針對實驗結(jié)果，思考誤差的產(chǎn)生原因，并與同學(xué)討論采取什么方法能盡量減小實驗誤差，體會在定量測定中，正確操作、準(zhǔn)確讀數(shù)和記錄的意義。在此過程中，學(xué)生感受到定量實驗的“準(zhǔn)確性”，理性思維品質(zhì)得到提升。

（四） 課堂總結(jié)，突出核心內(nèi)容

滴定法定量測定實驗的一般設(shè)計思路為：明確測定物質(zhì)的性質(zhì)→根據(jù)已有知識，結(jié)合查閱的資料，確定有關(guān)反應(yīng)所需測定的物理量以及計算方法→選擇標(biāo)準(zhǔn)液和指示劑→預(yù)計實驗操作可能產(chǎn)生的問題，設(shè)想采取的措施→討論實驗結(jié)果，進行誤差分析。

（五） 作業(yè)布置，突出探究思想

筆者設(shè)計了兩個不同性質(zhì)、不同要求的作業(yè)：①完成本實驗的實驗報告，并做出符合實際情況的誤差分析；②查閱資料，結(jié)合所學(xué)知識，設(shè)計實驗測定空氣（內(nèi)含N2、O2、CO2、SO2）中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)。

作業(yè)充分挖掘教材資源，來源于教材，又高于教材。通過資料查閱，拓展學(xué)生視野，進一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，加強探究方法的實踐應(yīng)用。

四、教學(xué)反思

本課設(shè)計源于教材，又是對教材內(nèi)容的拓展應(yīng)用。這節(jié)課密切結(jié)合學(xué)生已有的知識經(jīng)驗，讓學(xué)生基于熟悉的化學(xué)性質(zhì)思考實驗原理，在已有的實驗操作基礎(chǔ)上設(shè)計實驗步驟，獲得實驗結(jié)果，并做出合理的誤差分析。本節(jié)課利用3個定性實驗逐步展開，到氧化還原滴定達到高潮，歸納出滴定法實驗設(shè)計的一般思路，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和思維能力。

本課設(shè)計緊扣實驗中碘元素含量測定這一主線，層層遞進，為學(xué)生思維品質(zhì)的提升和問題解決能力發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

［1］ 姚子鵬. 化學(xué) 高中二年級第一學(xué)期（試用本）［M］. 5版. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2011.

［2］ 中華人民共和國教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）［M］. 北京：人民教育出版社,2003.

［3］ 姚子鵬. 化學(xué) 拓展型課程（試用本）［M］. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2013：209.

孟 靜 華東師范大學(xué)第二附屬中學(xué) 201203