“纸层析法”教学实践引发的思考

摘要：文章从苏教版高中化学《实验化学》（选修）教材中关于“纸层析法分离混合物”的实验教学实践出发，结合探究性教学实践案例，探讨了在高中化学教学中传统化学分离技术与现代化学分离技术的相关性，提出重视现代技术的教学是符合新课程标准的精神，有利于培养学生科学素养的观点。

关键词：传统化学分离技术；现代化学分离技术；色谱分离技术；纸层析法

文章编号：1008-0546（2013）08-0033-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.08.011

化学分离技术是中学化学教学中非常重要的知识。传统的化学分离技术主要有：结晶法、沉淀法、热分解法、萃取分液法、蒸馏法、渗析法等分离方法，在新课程背景下新教材中引入了一些现代分离技术的内容，如色谱分离技术，而纸层析法（属于经典的液相色谱法，又称为纸上色谱分离法）分离混合物，可用于化学性质相近的混和物的分离，特别适宜于微量物质的分离和鉴别，具有原理易懂、操作简单、分离效能高、所需仪器简单、重现性好、应用范围广等特点，是比较适合中学生学习的一种物质分离方法。

在实际教学中，我们常遇到这样一些情况，一方面，教师普遍对这个课题不是很重视，似乎这个纸层析法课题很“另类”（“菠菜的叶绿体中色素的提取和分离”恰好是生物学科的一个传统实验），如果《实验化学》（选修）教材内容不是高考内容的话，完全可以“忽略不计”；另一方面，有些老师认为这种方法和结晶法、沉淀法、萃取分液法、蒸馏法等传统分离方法相比，不是那么“重要”。 但是传统的化学分离技术与现代化学分离技术在化学本质和原理作用上是一体的，也许对于考试本身来讲，结晶法、沉淀法、萃取分液法、蒸馏法等传统分离技术更重要一些，但是对于化学这门学科来讲，两者各有特点和适用范围，是不可分割的。

一、现代实验技术教学是新课程标准的要求

高中化学新课程在化学分析方法的定量化和实验手段的现代化方面，跟以往的化学课程相比有了很大的改进。《实验化学》教学指导意见中明确指出教材在编写思路上有以下特点：关注现代化学实验技术和化学发展趋势，增强教材的时代感。

随着科技的发展，各种先进的实验装备、设施将会越来越多地在化学实验及其教学中得到应用，这一必然趋势已在新课程标准中得到体现。如精密电子天平、数字测温仪、数字式pH仪、导电仪、红外光谱仪、紫外和可见光谱仪、气象色谱分析仪、质谱分析仪、溶解氧测定仪、COD测定仪等设备的使用已被提及。

二、现代分离技术是化学实验最重要组成部分

鉴定物质的化学成分需要定性分析，测定物质的各组分的含量需要定量分析，确定物质的结构需要结构分析。而化学实验的现代化科学手段的发明与使用，是和人类对物质的组成和结构的探索分不开的。

截止2012年，在CAS数据库中登记的化合物总数达到大约4328万个，而日常所见样品均为混合物，成分复杂，各组分含量迥异。而对于复杂样品定性、定量分析的前提是什么？分离！而混合物的分离技术则是化学中对物质进行定性和定量研究的前提和基础，其重要性不言而喻。 因此，在中学化学教学中渗透现代分离技术知识的学习，有利于培养学生良好的基本实验科学素养。

三、现代分离技术思想已经渗透到高考试题中

在历年高考化学试题中，实验题一直是不可或缺的一部分，开放性、学科内综合性及实验能力的考察是近几年高考化学实验试题的最重要特点。但是对学生基本实验科学素养的考察一直是高考试题命题者没有忽视的问题，这表现在试题答案以及试题本身的设计之中。例如2007年广东高考第23题，作为一道经典实验设计试题，在最近几年的多省市高考试题中都出现了这种类型的试题。原试题如下：

已知某混合金属粉末，除铝外还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5%以上。请设计合理实验探究该混合物金属粉末中铁、铜元素的存在。

仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1mol/L硫酸、2mol/L硝酸、2mol/LNaOH溶液、20%KSCN溶液。

完成以下实验探究过程：

（1）提出假设：

假设1 该混合金属粉末中除铝外还含有

元素；

假设2 该混合金属粉末中除铝外还含有

元素；

假设3 该混合金属粉末中除铝外还含有Fe、Cu元素。

（2）设计实验方案

基于假设3，设计出实验方案。

（3）实验过程

根据（2）的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。（表格略）

本题的核心问题是：①铜和铁的分离：加稀硫酸，在没有分离的情况下，铜、铁离子相互干扰，无法检验。②分离过程中试剂用量的控制：量变引起质变，氢氧化钠、稀硫酸、稀硝酸用量的控制非常重要。

然而题干中“所含金属的量都在5%以上”这句话却让一些细心的学生甚至老师产生“困惑”：什么意思？为解决本题提供了怎样的信息？参考答案也似乎让我们都认为这是一句可有可无的话。但是我认为这句话恰恰体现了命题者严谨的科学态度。可以设想，如果试题中分离的不是有颜色或易发生颜色变化的无机金属铜、铁离子，而是无色、不易产生颜色变化的有机物质；这样的分离问题该如何解决？如果分析对象含量不是大于5%，而是降低成百上千倍，那么这样的分离问题又该如何解决呢？显然，再使用传统的沉淀法等分离方法是无法解决上述问题的，这就需要使用色谱分离技术等现代化学分离技术才能解决以上问题，因此，在教学中要充分重视纸层析法等内容的教学，并可以适当延伸到色谱分离技术，了解分析化学的一些基本知识，不仅能有利于培养学生对实验试题的正确理解，还能培养学生严谨的科学态度，为学生在将来的进一步深造打下扎实的基础。

四、现代分离技术是探究性学习需要掌握的知识

从纸层析法课题教学实践来看，这个课题很好地体现了新课程中的理念之一：关注生活中的化学现象，能够运用化学知识分析解决有关问题。

在苏教版高中化学《实验化学》（选修）教材中分别选取了以下几个关于“纸层析法分离混合物”的实验：课题2：“用纸层析法分离铁离子和铜离子” 拓展课题1-2：“菠菜的叶绿体中色素的提取和分离” 拓展课题1-3：“用粉笔进行层析分离”其中选取“用纸层析法分离铁离子和铜离子”作为基础课题。

教材中纸层析法这个课题及两个拓展课题一方面有助于学生对纸层析法的实用价值有更进一步了解，另一方面也可以让学生认识到化学分离技术的应用之广泛，使学生对于化学分离技术有更深刻的体会和认识。我理解，学生掌握了纸层析法的原理和操作方法，其目的和作用并不仅仅局限于能对离子、叶绿素等进行分离，更重要的是有利于开展以探究为核心的研究型学习。

以探究为核心的多样化教学，是现在中学新课程改革中改变课堂教学方式环节中极为受关注的内容。基于课题的综合与开放教学，是改变传统课堂教学方式的重要组成部分之一。然而，适合中学课堂实际的课题的选择，不可避免地要涉及到色谱分析技术等现代化学分离技术的应用。在实际教学中，我尝试指导学生对现在人们越来越关注的食品安全问题，以三鹿牛奶三聚氰胺事件为代表，进行了探究式学习。

我在教学中提出以下问题作为学生探究性学习的课题：牛奶中有没有三聚氰胺？（定性分析），有！有多少？（定量分析）。引导学生对牛奶中是否有三聚氰胺以及含量进行探究学习，在探究学习过程中，学生必然会查询到有关使用到传统的化学分离技术的知识。因为牛奶中蛋白质含量测定方法，我国长期以来一直采用“国标方法：GB 5009.5-1985（凯氏定氮法）”，凯氏定氮法（Kjeldahl determination）作为测定化合物或混合物中总氮量的一种方法。是在有催化剂的条件下，用浓硫酸消化样品从而将有机氮都转变成无机铵盐，然后在碱性条件下将铵盐转化为氨，随水蒸气馏出并为过量的硼酸溶液吸收，用已知浓度的H2SO4（或HCl）标准溶液滴定，根据HCl消耗的量计算出氮的含量，然后乘以相应的换算因子，即可得蛋白质的含量。由于蛋白质含氮量比较恒定，可由其含氮量计算蛋白质含量，故此法是经典的蛋白质定量方法。其中用到的化学分离技术主要是蒸馏法。 凯氏定氮法的化学原理是：

然而，问题是蛋白质中含氮量大约为15%～17%，不法分子为了提高牛奶中含氮量，会向牛奶中添加三聚氰胺，其结构简式为■，其含氮量为66%（俗称“蛋白粉”），添加了三聚氰胺的牛奶，用常规定性方法、凯氏定氮法无法解决！

而三聚氰胺的定性、定量分析实际上并不复杂，“国标方法：GB/T 22400-2008原料乳中三聚氰胺快速检测液相色谱法”（原理略），学生可以通过各种途径查阅，各种资料不难获得相关检测方法。教学实践证明，如果学生具备了基本的纸层析法知识，是不难理解这种方法的原理和操作方法的。

通过这次探究性学习过程，我更深一步理解了新课程“关注现代化学实验技术和化学发展趋势，增强教材的时代感”这一指导思想的精髓所在，也更进一步理解了教材编写者安排“纸层析法分离混合物”的实验课题的意图。

综上，在教学中要充分认识到现代化学分离技术的重要性，做到在重视结晶法、沉淀法、萃取分液法、蒸馏法等传统分离方法教学基础上，也要充分重视现代分离技术的的教与学，将两者有机地结合起来，从较高的层面去理解色谱分析技术、精密电子天平、质谱分析仪等现代化学实验技术，看到现代化学的发展趋势，做到传统与现代技术有效结合，体现模块的教育教学价值，全面发展学生的科学素养。

参考文献

[1] 胡小刚.分析化学与现代色谱分析.“国培计划”（2010）中小学骨干教师研修项目华南师范大学“高中化学子项目”专家讲座

[2] 王磊.化学核心知识的高质有效教学概论.“国培计划”（2010）中小学骨干教师研修项目华南师范大学“高中化学子项目”专家讲座

[3] 浙江省普通高中新课程实验化学学科教学指导意见

[4] 王祖浩，王磊.化学课程标准（实验）解读[M].武汉：湖北教育出版社，2004