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食用色拉油作萃取剂的实验设计

点击次数:1094 发布时间:2016-07-12

萃取是一种常用的分离和提纯物质的基本方法,在工业生产、制药、科研中有着重要的、广泛的应用。萃取实验是高中化学教学中的一个非常重要的基础实验。正因如此,近30年来,人教版高中化学教材虽然更换了几个版本,而教材中的萃取实验却一直保留着。但令人遗憾的是,该实验所用的萃取剂是易挥发、有毒的四氯化碳,对师生的健康和环境都会造成不利的影响。

我们以词条“萃取实验的改进”在中国知网和中国国家数字图书馆进行查询,希望能找到一种无毒无害、获取容易的四氯化碳的替代品。结果共搜索到五篇利用煤油或汽油[3~5]、无味煤油[6]、正己烷[7]代替四氯化碳进行萃取实验的文章。

通过对这些文献进行认真的研读,了解其核心内容后,我们按照文中介绍的方法进行试验,结果发现,煤油和汽油虽然容易获得,实验现象也很明显,但却比四氯化碳更容易挥发,对人体也有一定的伤害。在使用的过程中还有一股难闻的气味,不仅污染环境,还会分散学生观察实验的注意力;无味煤油和正己烷也易挥发,也有毒,对人体的伤害比煤油和汽油还大,而且一般中学化学实验室均没有这种药品。因此可以说,这些文献并没有从根本上解决中学化学教学中的实际问题。

针对上述问题,我们用白酒、食醋、酱油、碘酒、红辣椒油和食用色拉油等日常生活用品来进行了反复的试验。可谓是工夫不负有心人,我们终发现,用学生熟悉的日常生活用品注射器、碘酒和食用色拉油来演示,是该实验的佳选择。不仅现象明显、无色无味、清洁环保,而且由于材料来源于生活,学生倍感亲切,所以对教学内容更容易接受。现介绍如下,供同行参考。

1 实验用品

20mL一次性塑料注射器1支,一次性塑料水杯2个。

碘酒,食用色拉油(无色或淡黄色的菜籽油、大豆油、花生油等均可)。

2 实验准备

(1)用钳子将注射器针头上的不锈钢针管拔掉,将塑料针头帽焊接针管处用打火机火焰加热熔化后进行密封,用于实验时封闭注射器。

(2)用注射器抽取2mL褐色的碘酒注入一个水杯中,加水稀释至溶液呈黄色或浅黄褐色(约100mL),即得到实验所需的碘水。另取一个水杯,倒半杯色拉油(约100mL),以方便取用和实验过程中进行对比。

3 实验操作、现象及解释

(1)取1支20mL一次性塑料注射器,先抽取5mL左右食用色拉油,再抽取15mL左右碘水,用步骤2(1)中加工好的针头帽封住注射器出口(不要晃动和颠倒,以免影响后续的实验效果)。

(2)先让学生观察振荡前两种液体的颜色和分布情况:淡黄色的色拉油处于上层,黄色(或浅黄褐色)的碘水在下层(因为色拉油的密度比碘水的小);充分振荡后静置,让学生再次观察此时(振荡后)两种液体的颜色和分布情况:原处于上层淡黄色的色拉油变为紫红色,原在下层黄色或浅黄褐色的碘水变为无色(因为碘在色拉油中的溶解度比水中的溶解度大,碘水中的碘单质转移到了色拉油中)。再引导学生将水杯中剩余的碘水和色拉油的颜色进行对比,可观察到两种液体的颜色前后变化非常大,实验现象非常明显。

(3)观察完毕,取下针头帽,讲解演示分液操作:推动注射器活塞,分别将水层和溶有碘单质的色拉油层注入另两个水杯中,留待课后进行回收处理,剩余碘水倒入棕色或黑色药瓶中密封避光保存,留待其他班级使用。

4 实验结论

上述实验现象表明,食用色拉油能够代替四氯化碳萃取碘水中的碘。

5 实验的创新点

5.1 绿色化

食用色拉油不易挥发,对环境无污染,整个实验过程符合零排放和零污染的绿色化学理念。

5.2 生活化

所有实验材料均为日常生活用品,不仅获取容易,而且实验成本极低,容易推广,还可以指导学生在家中开展家庭实验,使课堂实验生活化,从而让学生亲身体会身边的化学,深刻认识化学与日常生活的密切关系。学生对教学内容也容易接受,有利于培养学生的环保意识和创新精神。实验改进成功后,我们不仅在自己的教学班级进行演示,还推荐给其他教师,在其他班级进行演示,均取得了令人满意的实验效果。

5.3 低成本

每瓶碘酒100mL,售价4元,而每次实验所用碘水为2mL碘酒加水稀释到100mL后,再取15mL进行实验。成本为:4÷100×2÷100×15= 0.012(元);每桶色拉油5L,售价40元左右,每次实验取用量为5mL,成本为:40÷5×5÷1000= 0.04(元);实验所用装置——塑料注射器每支售价2元,但因其为PVC塑料材质,抗酸碱腐蚀、抗氧化,不易损坏,可长期反复使用。每次实验总成本仅约为5分钱。

6 问题和讨论

(1)除了使学生了解萃取的原理外,该实验的另一教学目的是使学生了解分液漏斗的用途和学会分液漏斗的使用方法,掌握萃取实验的基本操作。但因我校是一所新建学校,实验室目前还在建设之中,没有相应的实验仪器,用注射器来做该实验是不得已而为之,并不是为了哗众取宠。为了实现教材设计该实验的上述目的,在用色拉油代替四氯化碳作萃取剂时,还是用分液漏斗来演示该实验。

(2)色拉油的粘度太大,实验过程中存在一定的乳化现象,静置分层所需时间较长。由于条件所限,虽然我们作了很多努力,但仍然没有找到一种合适的试剂。

(3)我们撰文的另一目的,也是为了抛砖引玉,诚心希望同行们对此实验作进一步的研究,在保证绿色环保的前提下,找到一种实验效果更好的萃取剂,在保护环境和自身健康的同时,取得更好的实验效果。

7 本实验研究的意义

(1)从根本上解决了污染的问题,不仅能避免对实验者的人身伤害,同时还防止了对环境的污染。

(2)加强了学生的环保意识,培养了学生的创新精神。这对学生科学素养的提高和社会责任感的增强有极大的作用。

(3)本实验研究是基于从根本上解决问题的理念而展开的。通过这一案例,为我们中学化学教师的实验教学和实验研究工作提供了一种思路和方法,对不具备实验条件的边远的农村中学,其意义显得尤为突出。

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