大学化学综合实验设计与教学

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1、大学化学综合实验设计与教学　　摘要：本文介绍一个有趣的大学化学综合实验――由废旧聚乳酸材料制备乳酸钙。通过实验设计和有效的教学方法，不仅能使废旧聚乳酸材料废物利用，变废为宝，而且能巩固学生有机化学实验、无机化学实验和分析化学实验的基本操作技能，使学生感受到学有所用，同时也能加强学生的环保意识。经过几年的教学实践，学生普遍反映效果显著。　　关键词：化学综合实验；废旧聚乳酸材料；乳酸钙；教学　　中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）46-0283-037　　大学化学综合实验是理科院校和师范院校必开的一门提高性实验课程，其目的是让化学

2、学科的学生在通过基础实验的训练之后，综合运用已有的实验技能和知识，达到解决实际问题的能力。国内多数院校都有自己特色的实验设计和教学方法，并且有很多好的教材问世[1-5]，实验内容和实验技能都有一定的难度要求，为培养学生分析问题和解决问题的能力提供了一个平台。和其他院校一样，陕西师范大学化学学科也建立了化学综合实验平台，运行多年后收到了较好的效果。考虑到相关实验的危险性和对环境的污染以及对师生健康的影响，近年来对化学综合实验内容进行了改革，改进了相关实验的实验方法[6]，废除了一些污染和危险性大的实验，设计和增补了一些较为安全、环境污染小的新实验，为进一步完善化学综合实

3、验教学内容奠定了基础。现就其中一个实验的设计和教学情况，即“由废旧聚乳酸材料制备乳酸钙”作以交流，以期同行商榷。　　聚乳酸（Polylacticacid，PLA）是20世纪90年代迅速发展起来的新一代完全可降解的高分子材料，它是以L―乳酸为单体，用化学合成方法聚合而成的热塑性脂肪族树脂。聚乳酸有优良的相容性和可吸收性，无毒、无刺激性，它在自然界微生物、水、酸、碱的作用下，完全可分解成CO2和H2O，可作为环保材料代替传统的聚合物材料，已受到广泛关注[7，8]。聚乳酸材料已在工业、农业、日常生活用品中得到了广泛的应用[9]，如聚乳酸餐盒、聚乳酸餐薄膜等在人们的生活和农业

4、生产中已得到了广泛应用。但这些废旧聚乳酸材料在使用完以后均以垃圾物而弃掉，实属浪费。基于聚乳酸经解聚而形成乳酸，尽而可与钙离子结合可形成乳酸钙这一原理，我们设计出“由废旧聚乳酸材料制备乳酸钙”的实验（见图1）。这一实验的开设，不仅能实现废物利用，变废为宝，而且能巩固学生有机化学实验、无机化学实验和分析化学实验的基本操作技能，使学生感受到学有所用，同时也能加强学生的环保意识，经过几年的教学实践，学生普遍反映效果显著。　　一、实验设计　　二、实验步骤　　（一）聚乳酸的解聚　　将废旧聚乳酸材料用清水洗净，用滤纸吸去表面水，晾干，用剪刀剪成碎片（能放进三角瓶为宜）。　　将5.

5、6g7NaOH、80mL无水乙醇加入已装有5.0g聚乳酸碎片的250mL磨口锥形瓶中，加热搅拌回流40分钟。待反应完毕，取下锥形瓶，冰水浴冷却3分钟，向溶液中加入14mL的5∶1盐酸（浓盐酸：水（v/v）），并旋摇均匀，在冰水浴中继续冷却3分钟，抽滤。用20mL无水乙醇洗涤锥形瓶，过滤。收集滤液于250mL烧瓶中。用10mL无水乙醇淋洗抽滤瓶，将洗涤液并入烧瓶中。常压浓缩至20～25mL左右（注意加沸石），然后将烧瓶置于冰水浴中冷却，向其中加入20mL无水乙醇，继续冷却3分钟，抽滤。用10mL无水乙醇淋洗烧瓶，过滤。如滤液不澄清，应再过滤至澄清。将抽滤瓶中的滤液转移至

6、200mL烧杯中，用10mL无水乙醇淋洗抽滤瓶，将洗涤液并入其中。　　（二）乳酸钙的制备　　将称取的1.6g氧化钙粉末加入到上述200mL烧杯中，然后再加入3mL水。将盛有反应液的烧杯置于恒温磁力搅拌器上，在搅拌条件下，加热反应并浓缩至溶液体积为40mL时，测试其pH（测试pH时，应先将试纸用去离子水润湿），应约为6～7之间。否则，用5：1盐酸或氧化钙粉末调节。继续加热浓缩至约20～25mL，取下烧杯在冰水浴中搅拌冷却。在搅拌下，加入20mL无水乙醇。然后，再加入40mL丙酮，继续搅拌3分钟后抽滤，用40mL丙酮洗涤烧杯，过滤。收集沉淀物于已称重的表面皿中。置于烘箱中

7、于125℃烘干1小时，记录乳酸钙的重量。　　（三）EDTA溶液浓度的标定7　　用差减法准确称取基准碳酸钙0.9～1.1g于100mL烧杯，用少量水润湿，盖上表面皿，从烧杯尖嘴处缓慢滴加1：1盐酸至溶解（约10mL），用250mL容量瓶定容。取25.00mL上述溶液于250mL锥形瓶，由滴定管滴加约10mL待测EDTA溶液，再加5mL浓度为100g?L-1氢氧化钠溶液（pH=12～14）和0.2g钙混合指示剂（取钙紫红素0.1g，加无水硫酸钠10g，研磨均匀，即得），继续用EDTA溶液滴至由紫红色变为蓝色，即为终点，记录消耗的EDTA体积。平行滴定三份