8.1.1“海带提碘”实验条件优化 教学设计 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

“海带提碘”实验条件优化教学设计 一、教材分析 人教版普通高中教科书化学必修第二册第八章第一节的课后习题中提供了海带提碘的实验流程，这是高一学生在学习完元素化合物知识之后，以海水资源的开发利用为真实情景，在海水制盐、海水提溴基础上对元素化合物认识的再拓展，也是学生在高一阶段接触的第一个较为完整的实验工艺流程习题。基于本素材，引领学生积极开展海带提碘实验条件的项目探究，既有利于学生对元素化合物知识的结构化整合，又有利于学生结构化认识工艺流程的设计思路和分析方法。本节课的学习中，学生针对进行海带提碘实验的过程中出现的问题，通过查询文献、交流讨论、小组合作、实验探究等方式，结合数字化手持技术对造成这些问题的原因进行了研究，并最终提出了对海带提碘实验条件的优化方案。本节课源于复杂真实问题，学生通过对任务的讨论、探究与评价中习得知识和技能，有效地培养了学生解决问题的能力，提升了学生的化学学科核心素养。 二、实验器材 实验试剂：海带灰浸取液（5 g海带灰溶于30 mL蒸馏水）、稀硫酸、0.005 mol/L高锰酸钾溶液、新制氯水、10%过氧化氢溶液、淀粉溶液。 仪器用品：氧化还原传感器（朗威）、数据采集器（朗威）、pH计、磁力加热搅拌器、酸式滴定管、烧杯、胶头滴管。 三、实验教学目标 （1）通过参与真实完整的实验探究过程，提升学生观察并利用所学知识解释实验现象的能力，加深学生对过滤、萃取、分液等各种物质分离方法的理解，帮助学生建立真实复杂系统中物质富集、分离、提取的认知模型，发展学生的化学核心素养。 （2）通过对海带提碘实验条件的逐步优化，实现学生对氧化还原规律的思维进阶，提升学生解决真实问题的能力，让学生感受实验条件控制的思路与方法，进一步帮助学生理解在实际工业生产中条件调控的必要性。 （3）通过数字化手持技术的使用，开拓了学生的视野，拓展了学生的知识范围，使学生感受到化学“求真惟实”的学科魅力。 四、实验设计思路 本节课源自于我所执教的一节“海带提碘”项目式教学实践。基于课本提供的“海带提碘”流程，学生借助文献查询等方式，自主设计了海带提碘的实验方案（图1）并总结得到了物质富集、分离、提取的认知模型（图2）。 图1：学生设计的海带提碘方案 图2：学生总结得到的认知模型 实验记录如图3所示： 图3：实验记录 然而在实际操作中，部分小组学生发现按照方案进行海带提碘，却出现了如下未预设的现象（图4）： 图4：未预设现象记录 小组1（左侧）：在盛有酸化的海带灰浸取液的试管分别滴加过氧化氢溶液（左侧），氯水（右侧），滴加过氧化氢溶液的试管（左侧）黄色更深。 小组2（中间）：以氯水为氧化剂，按照方案正确操作后，加入四氯化碳，有机层未变紫，水层滴加淀粉，溶液不变蓝，说明没有成功提取碘单质。 小组3（右侧）：向加入淀粉但未酸化的海带灰浸取液中滴加过氧化氢，溶液始终未变蓝，且明显观察到过氧化氢分解。 造成这些问题的原因是什么呢？学生查询资料后，进行了实验反思，课堂实录如图5所示。 图5：课堂实录 学生认为，氯水的氧化性强，可能将部分碘单质氧化为碘酸根，导致了颜色差异。未成功提取碘单质的小组同学回忆实验操作，发现在滴加氯水时没有控制加入的量，可能已发生过度氧化。其他使用过氧化氢的小组比较后认为，过氧化氢的氧化性可能跟溶液酸碱性有关，酸化时加入硫酸的量会影响实验结果。所以，学生最终通过讨论得出，上述问题主要是氧化剂类型、用量及溶液pH造成的。这些问题都使得海带提碘实验更多只能停留在定性检出碘元素的层面，而无法使该实验应用于海带中碘含量的定量测定。因此，教师与学生共同进行了新的实验微项目对该实验的条件进行优化，以选择最佳的氧化剂及最适宜的pH范围，使海带灰浸取液中的碘离子最大程度地被精确氧化至碘单质而不过度氧化。 五、实验教学内容 本实验依托项目式教学的方法，主要教学内容以任务的形式呈现，如表1所示。 表1 教学内容 教学内容 学生活动 教师支持 设计意图 任务1：氧化剂的选择 （1）根据前期讨论结果，学生自主选择待研究的氧化剂。 （2）结合资料，设计以氧化还原传感器测定海带灰浸取液与不同氧化剂反应过程中电势变化的实验方案。 （3）分组进行实验，记录实验现象和数据。 （4）讨论观察到的现象，画出过程中的电势曲线，排除干扰，筛选出适宜氧化剂进行下一步研究。 （1）给予学生氧化还原电势的相关资料，提供氧化还原传感器的使用方法。 （2）帮助学生明确电势曲线中“点、线、面”的含义，引导学生解读图像。 （3）探究过程中及时给予指导，帮助学生调整实验方案。 （4）提供实验所需的仪器和药品。 利用层层递进的问题，逐步解决前期讨论中出现的问题，让学生切身体会探究的全过程。以手持技术使反应中发生的变化直观可见，让学生对化学反应的原理有更深层次的了解。