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大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索教育論文
1開設(shè)大學(xué)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的意義
通過各分支學(xué)科的有機(jī)結(jié)合與滲透,培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力,從而使學(xué)生的科學(xué)思維能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)得到進(jìn)一步的提高。我國高等化學(xué)教育長(zhǎng)期以來一直沿用“專業(yè)化、專門化”的“窄、專、深”課程體系,化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的重在加深對(duì)理論的理解和技能的訓(xùn)練,人為地消弱了化學(xué)學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系與滲透,學(xué)生綜合能力得不到有效提高,嚴(yán)重制約了高素質(zhì)化學(xué)人才的培養(yǎng)。為了打破傳統(tǒng)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的舊模式,建立以創(chuàng)新能力培養(yǎng)漸進(jìn)發(fā)展的新模式,各高校教師進(jìn)行了深化教育改革的研究工作,編寫了好多綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的書籍,發(fā)表了大量綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的論文,取得了可喜的成績(jī)[4-9]。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容大多來自于教師科研項(xiàng)目成果,學(xué)生通過綜合實(shí)驗(yàn)領(lǐng)悟到科學(xué)探索和研究的方法,使得學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)得以提高。
2開設(shè)大學(xué)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的條件
大學(xué)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)是完成化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之后,在化學(xué)學(xué)科層面對(duì)化學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法綜合運(yùn)用的一門實(shí)驗(yàn)課程,是高等教育本科基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的重要組成部分。學(xué)生應(yīng)在掌握基礎(chǔ)無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能的基礎(chǔ)上進(jìn)行該類實(shí)驗(yàn)。教師在整個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中起到引導(dǎo)和解惑的作用。引導(dǎo)學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)題目準(zhǔn)備必要的實(shí)驗(yàn)儀器和試劑,教會(huì)學(xué)生科技文獻(xiàn)的查閱方法,讓學(xué)生參閱參考文獻(xiàn)列出實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)步驟,培養(yǎng)學(xué)生連接單元操作、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析問題和解決問題的能力。通過綜合實(shí)驗(yàn),拓展學(xué)生的科研思路,提高其科研工作能力。
3大學(xué)化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施
本實(shí)驗(yàn)以有機(jī)合成、分光光度法測(cè)定無機(jī)金屬離子為主線,輔以物理化學(xué)中表面張力的測(cè)定及臨界膠束濃度(CMC)的確定方法,培養(yǎng)學(xué)生綜合解決實(shí)際問題的能力。
3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
(1)學(xué)習(xí)和掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中水楊基熒光酮的合成方法。(2)鞏固物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中表面張力的測(cè)定方法及表面活性劑臨界膠束濃度(CMC)的確定方法。(3)掌握分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中分光光度法測(cè)定金屬離子含量的原理及方法。
3.2實(shí)驗(yàn)儀器與試劑
儀器:電動(dòng)攪拌器、三口燒瓶、回流冷凝器、加熱套、721型(或722S型)分光光度計(jì)、pHS-3C型酸度儀。試劑:對(duì)苯二酚、乙酸酐、濃硫酸、無水乙醇、重鉻酸鉀、水楊醛。鉬(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1mg/mL,準(zhǔn)確稱取0.1500g光譜純MoO3于100mL燒杯中,加入10mL10%的氫氧化鈉溶解,移入100mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻。使用時(shí)逐級(jí)稀釋為1.00μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液;水楊基熒光酮(SAF):0.001mol/L;十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB):0.02mol/L;pH=1.8的KCl-HCl緩沖溶液。
3.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
(1)無機(jī)離子顯色劑水楊基熒光酮的合成水楊基熒光酮的中文別名為鄰羥基苯基熒光酮,9-(2-羥基苯基)-2,3,7-三羥基-6-熒光酮。水楊基熒光酮以其高靈敏度和較好的選擇性被廣泛用于鐵、銅、鋅、鈷、鉬、鋁、錫、鍺、鎢、錳、銻、鉻、鈦、銠等金屬離子的測(cè)定中。在巖石、礦物、藥物、食品、環(huán)境水等領(lǐng)域的無機(jī)離子分析、藥物分析以及生化分析中有著廣泛的應(yīng)用。水楊基熒光酮按文獻(xiàn)[10]由30g(0.12mol)的1,2,3-三乙酰氧基苯溶解在熱的400mL50%的乙醇中,滴加20mL濃硫酸,在70~80℃時(shí)與8g(0.0655mol)水楊醛反應(yīng)4h.冷卻,在暗處放置二周后,用乙醇重結(jié)晶而得。反應(yīng)方程式如下:(2)水楊基熒光酮與金屬離子鉬(Ⅵ)的顯色反應(yīng)學(xué)生可根據(jù)實(shí)際需要選用某種金屬離子與水楊基熒光酮進(jìn)行顯色反應(yīng)。本文僅以與鉬(Ⅵ)顯色為例說明實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程。鉬的特性和鉬工業(yè)的發(fā)展為鉬的分析提出更高的要求,也為鉬的分析研究與發(fā)展提供良好的機(jī)遇。鉬的分析方法甚多,其中分光光度法因其靈敏度高,操作簡(jiǎn)便,分析速度快而倍受歡迎。而熒光酮類試劑光度法以其高靈敏度和較好的選擇性被廣泛用于鉬的測(cè)定中。
3.4實(shí)驗(yàn)方法
在25mL容量瓶中,分別加入5.0mL的1.00μg/mL鉬(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)溶液,2.0mLpH=1.8的KCl-HCl緩沖溶液,3.0mL0.001mol/L的水楊基熒光酮(SAF)溶液,2.0mL0.02mol/L的CTMAB表面活性劑,水定容,搖勻,10min后,以試劑空白為參比,用1cm比色皿于最大吸收波長(zhǎng)525nm處測(cè)定溶液的吸光度。
3.5結(jié)果與討論
(1)吸收光譜按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行顯色,測(cè)定有或無表面活性劑存在下相應(yīng)配合物在不同波長(zhǎng)下以相應(yīng)試劑空白為參比的吸收光譜曲線,繪制吸收光譜,求出兩種情況下最大吸收峰所對(duì)應(yīng)的工作波長(zhǎng)。探索表面活性劑是否使最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生紅移,是否對(duì)顯色反應(yīng)起到增敏作用。(2)臨界膠束濃度(CMC)與絡(luò)合物形成的關(guān)系探索取一定量的CTMAB溶液按實(shí)驗(yàn)方法顯色,以試劑作空白參比測(cè)量吸光度,并用表面張力儀測(cè)定相應(yīng)CTMAB濃度下顯色液的表面張力,得到不同濃度CTMAB溶液的吸光度和表面張力,結(jié)果見表1。以CTMAB濃度的對(duì)數(shù)lgc為橫坐標(biāo),以對(duì)應(yīng)的吸光度和表面張力γ為縱坐標(biāo)繪制CTMAB濃度與表面張力(曲線1)和吸光度(曲線2)的關(guān)系曲線。從曲線1折點(diǎn)求出此體系中CTMAB的臨界膠束濃度(CMC),找出吸光度與表面張力的關(guān)系見圖1。(3)工作曲線取不同量的鉬(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定在2.0mLCTMAB存在下的吸光度,繪制工作曲線,求出線性回歸方程、表觀摩爾吸光系數(shù)及25mL溶液中鉬(Ⅵ)符合比爾定律范圍。
4結(jié)語
本文僅以水楊基熒光酮與鉬(Ⅵ)顯色為例說明實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程。本實(shí)驗(yàn)建議32學(xué)時(shí),其中水楊基熒光酮的合成實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí),水楊基熒光酮與金屬離子鉬(Ⅵ)的部分為10學(xué)時(shí),查閱文獻(xiàn)、編制實(shí)驗(yàn)方案與撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等12學(xué)時(shí)。圖1的繪制采用Origin8.0軟件來繪制二維圖形,方法為選中數(shù)據(jù)后,點(diǎn)擊工具欄中的Plot/Multi-Curve/Double-Y即可。工作曲線的繪制及線性回歸方程的獲得都可以用Origin8.0軟件來完成。其中水楊基熒光酮也可以不用合成,直接用購買的分析純的試劑與鉬(Ⅵ)進(jìn)行顯色反應(yīng),探索表面活性劑對(duì)顯色反應(yīng)的影響。表面活性劑還可以選用常用的溴化十六烷基吡啶、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙二醇辛基苯基醚等進(jìn)行增敏研究。水楊基熒光酮法測(cè)定鋅、鈷等其它金屬離子可參閱相關(guān)文獻(xiàn)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法。
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