对常压过滤教学的若干补遗

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  摘要:从漏斗和滤纸的选择、过滤器的制作以及玻璃棒的放置等四个方面对中学阶段常压过滤的实验教学进行了补充说明。提出应规范和统一中学和高校教材中标准型漏斗的配图;四折法折叠滤纸,第一次折叠时错开折叠更科学;依据国内高校和日本的实验文献对滤纸的放置方法对过滤速度的影响进行了实证研究。实验证明:使用颈口直径3~5mm的漏斗可有效提高过滤速度;若使用颈口直径8~10mm的漏斗时,需将滤纸锥角做大,保证锥体上部紧贴内壁不留气泡,即可有效提高过滤速度。
  关键词:常压过滤;过滤操作;玻璃漏斗;滤纸折法
  文章编号:1005–6629(2016)3–0067–04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
  近期,在一次观摩活动中发现了一系列关于常压过滤教学中的问题:部分教师对过滤操作的认识上存在疏漏;学生将“一贴、二低、三靠”奉为“圣经”,虽烂熟于心却操作不当;部分学生按图索骥,过滤耗时太长;课堂习题盲目拓展,不符合学生的认知规律。针对上述问题,笔者补充四点关于常压过滤实验教学的说明,以增加教师的备课素材,为课堂教学和习题的命制提供一定的文献和实验支持,为学生深入学习过滤操作奠定理论基础。
   1 关于漏斗的选择
  过滤操作使用的漏斗有标准型漏斗(也称短颈漏斗)、长颈漏斗(有别于气体制备中倾注液体用的“长颈漏斗”)、褶壁漏斗(内壁呈瓦楞型)和无颈漏斗四种(见图1:a~d)。
   3 关于过滤器的制作
  过滤器的制作是过滤操作的关键,高校重量分析操作需要反复练习过滤器的制作。虽然我们没有必要用高校的标准来要求中学生,但是目前中学阶段的过滤操作并不十分科学。笔者发现,国内的过滤器制作方法与日本的方法也大相径庭。
  3.1 滤纸的折法有差异
  圆形滤纸的折法有四折法和菊花折法。在这里只讨论四折法,即对折两次再展开,一边一层,一边三层的折法。由于重叠孔毛细管作用,沉淀能被吸到滤纸的上方,有时也会流到滤纸和漏斗之间。为了防止这点,日本的实验教材明确说明滤纸第一次对折时稍微“错开”一些折叠,把比半圆稍小的部分置于内侧。即使沉淀沿折缝上升,也可留在比半圆稍大部分之内[12]。虽然在中学阶段无需考虑沉淀的损耗,但比较而言,“错开”折叠滤纸更科学。
  3.2 滤纸的放置标准有差异
  几乎所有的国内教材都指明:“滤纸和漏斗之间贴紧无气泡,否则会影响过滤速度。[13~15]”但少数教材的说法恰恰相反,只需要使滤纸的锥形上部与漏斗间没有空隙[16,17]。日本的教材中甚至没有赶去气泡这一操作。那么,滤纸未紧贴漏斗而产生气泡是否会影响过滤速度呢?笔者设计如下实验加以验证。   3.2.1 实验用品
  试剂:蒸馏水
  仪器:铁架台(带铁圈)、烧杯、量筒、玻璃棒、标准型漏斗(漏斗口内径6cm、10cm)
  材料:定性滤纸(中速,直径12.5cm)
  3.2.2 实验设计
  依据《化学分析滤纸》(GB/T1914-93)对过滤速度的计量方法:将滤纸完全浸湿,取15mL蒸馏水进行过滤,开始滤出3mL,不计时,然后用秒表计量滤出6mL水所需时间[18]。
  实验一:用内径6cm的漏斗,保证滤纸与内壁间无气泡并在斗颈内做出完整水柱,分别用三张滤纸测定过滤速度。
  实验二:用内径6cm漏斗,不做出完整水柱,只保证滤纸与内壁间无气泡(如图2所示),分别用三张滤纸测定过滤速度。
  实验三:用内径6cm漏斗,使滤纸锥形上部紧贴内壁,下部悬空(如图3所示),分别用三张滤纸测定过滤速度。
  如表3数据可知,实验四在滤纸与漏斗紧贴无气泡的情况下,过滤速度慢于实验五。实验五不仅在斗颈内没有水柱且滤纸与内壁间存在大气泡,过滤速度反而有所提升。笔者分析,锥形下部不紧贴内壁,润湿滤纸用的蒸馏水和滤液会在锥形下部到斗颈熔接部位间形成一段“液腔”,起到类似的抽滤作用。教师可提醒学生在使用此类漏斗时,不必拘泥于滤纸紧贴内壁,将锥角适当做大些,使锥形下部悬空,保证锥形上部与内壁紧贴即可。
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