化学试剂种类繁多,在开展化学实验教学过程中需要的种类也很多
[1]。如何采购到品类匹配的化学试剂,是保障实验教学顺利开展的前提。
化学实验教学任务之所以能够顺利完成,关键因素之一是实验准备阶段对各类化学试剂的规范配制。为说明问题,笔者结合工作经验,对化学试剂的合理采购与正确配制提出自己的一孔之见。
1 化学试剂的采购与入库
1.1 化学试剂的采购
学校必须通过正规渠道购买化学试剂,特别是危险化学品,以确保产品的质量和安全性。危险化学品的采购须经公安部门审批,且只能通过有资质的公司购买,不得通过非法途径获取。
(1) 化学试剂的采购原则。
学校在采购化学试剂时,应根据《中学理科教学仪器配备标准》规定的品种、数量,结合学校具体情况(规制、人数),并参考“课程标准”及选用教材,选购基本的、适用的化学试剂。在确保必做实验正常开展的前提下提升档次,以突出实验的特色。具体来讲,应坚持以下原则。
①适用性原则。采购的化学试剂在技术性能上(品种、规格、品级功能等)要满足实验教学的需求,特别是品级上只要符合实验要求即可,不必一味追求纯度,以避免浪费。有些学校未考虑实验内容,一律购买“分析纯”,这也是许多药品的红色AR标签造假的原因。在使用过程中,很多情况下并非需要真正的“分析纯”,而不法厂商却故意给其产品加贴“分析纯”标签,借此混淆纯度级别,不仅容易导致实验事故、影响实验结果,还会干扰真正的“标准物质、分析纯”的生产和使用
[2]。
②经济性原则。在保证性能的前提下,精打细算,减少不必要的开支。化学试剂的品级,其包装量差异甚大,一定要选择能满足教学需求的产品。要防止选购超等级的、过量的试剂,以免积压和浪费。
③及时性原则。采购化学试剂在时间上要保证教学工作的需要,且一定要根据教学进度提前采购。在学期中,若发现用完或剩余数量少的化学试剂,则要随时登记;学期末,根据本学期的消耗量及剩余量制订采购计划,及时补充。
(2) 化学试剂的采购方式。
要在经营多年、口碑好的商家订购,确保价格合理、质量上佳。随着网络购物的普及,学校随时可以在网上买到部分所需要的化学试剂,一般采取线上、线下结合的方式采购部分临时增加的化学试剂。
(3) 化学试剂的采购程序。
①编制计划:在制订采购计划之前,应先对照“目录”对现有的化学试剂清查一遍,再根据实验所需试剂列出采购清单,最后结合学校经费情况编制采购计划。采购计划要尽可能详细、契合实际,每学期编制一次。
②洽谈订购:先和供货方洽谈,了解情况、搜集信息、分析比较,在此基础上确定采购化学试剂的品种及数量,与供货方签订采购协议,协议要注明化学试剂的品种、数量、质量、付款方式和到货时间等条款。
1.2 化学试剂的入库
采购的化学试剂须验收入库后方可使用,这是化学试剂管理的首要环节。验收入库应符合以下要求。
(1) 准确无误:对购入的化学试剂,要按照采购协议及供货单内容,检查数量、品种是否与采购协议及供货单相符,检查试剂包装、标签是否完好,试剂外观是否完好。
(2) 及时迅速:对所购入的化学试剂要及时验收,做好核对记录并认真保管。
(3) 试剂质量验收:验收人员应依据采购协议及相关技术资料,对试剂进行外观检查,如异常或有疑问,应开展必要的试验加以验证,以确保试剂的质量和功能符合实验需求。
(4) 验收单填写:验收单应由指定人员填写,内容应完整、准确,书写规范,字迹清晰,确保具备可追溯性。试剂购买验收单样式如
表1所示
2 化学试剂的使用及配制
2.1 化学试剂的使用方法、使用原则及注意事项
(1) 化学试剂的使用方法。
化学实验离不开化学试剂,在做实验前,首先要明确化学试剂的品种及用途,熟练掌握化学试剂的理化性质等。其次要检验试剂性质,使用前须检查试剂的外观、性状等,确保试剂未变质。再次,采取正确取用方法,如固体试剂中的粉末状或细小颗粒药品用药匙取用,块状固体用镊子夹取;取用液体试剂,量少时用胶头滴管吸取,量多时可直接倾倒,定量时用量筒或吸(量)液管量取。
(2) 化学试剂的使用原则。
①安全性原则:取用化学试剂必须佩戴防护手套,做好必要的防护措施,严禁徒手接触,以防化学物质对暴露的皮肤造成伤害;严禁将鼻子靠近试剂瓶直接嗅闻气味,应采用“扇闻”方式判断气味,更不得以任何方式品尝化学试剂。
②保纯性原则:多取用的化学试剂,不能放回原试剂瓶中,以防瓶中化学试剂被污染,也不能随意将其丢弃或带出实验室。
③节约性原则:试剂取用要严格按照实验所需用量取用。若未明确用量,应遵循“最少量原则”——液体控制在1~2 mL,固体以其用量仅覆盖试管底部为标准。
(3) 化学试剂的注意事项。
使用试剂时须妥善保护瓶身标签,确保标识清晰可辨;试剂取用完毕后,要及时盖好内塞及外盖。
教学研究表明,遵循这些原则和注意事项,可以确保化学实验的安全性和准确性,避免不必要的损失和危险。
2.2 化学试剂的配制
实验教学需要的试剂种类繁多,但市售化学试剂购置后就能直接使用的却很少,即使能直接使用,往往也需要分装到广口瓶(固体)或细口瓶(液体)中。购买的化学试剂普通包装一般为500 g(mL),而每个实验的化学试剂用量并不是很多,一方面出于使用方便的考虑,另一方面以免在使用过程中污染原装试剂,造成不必要的损失。因此,实验所需化学试剂需要另行配制。
(1) 前期准备。
①试剂瓶的选择:在选择试剂瓶时,可根据学生人数和规制以及实验教学开展情况,确定试剂瓶的大小及品种。一般选择60 mL的广口瓶、125 mL的细口瓶、60 mL的滴瓶,原因是取用方便。有的学校为了减少实验时添加药品的次数,常选择250 mL的试剂瓶,甚至选择500 mL的试剂瓶。学生的手较小,当试剂瓶太大时,取用液体会操作不稳,不是倒多就是倒少,甚至倒在试管外面。中学化学实验数量较多,其中最常用的试剂是酸碱,如盐酸、氢氧化钠等,其在不同实验的浓度、用量均不同,如果按照每个实验都配备一套试剂瓶(有的浓度一年才会用到一次),就会造成很大的浪费。为此,可根据不同实验考虑试剂的浓度,配备两套同规格试剂瓶,在其标签上只标注浓或稀,不标注具体浓度;另外,还可根据实验试剂用量的不同,各配备一套细口瓶、滴瓶。
②试剂瓶的标签:现在的标签都是不干胶的,更换非常方便,故建议不要给标签添加防腐措施,以避免更换带来的麻烦。
③ 配制容器的选择:根据所配化学试剂的用量,选择容器的大小。即:配制2 000 mL以下的试剂,可以在大烧杯中进行,如常用指示剂的配制;配制2 000 mL以上的试剂,可以在水槽中进行,如常用试剂的配制;如果试剂的用量特别大,可以在塑料桶中进行,如中和滴定实验以及中和热测定实验中的盐酸和氢氧化钠的配制。
(2) 化学试剂配制的说明。
中学实验的数量较多,用到的化学试剂种类也必然较多。为了顺利完成实验教学工作,笔者建议化学试剂应该配制成统一浓度的溶液,且配制溶液的数量要适当。
①溶液溶剂:中学实验用到的化学试剂,绝大多数是含水溶剂,这就涉及如何选择水的问题。在中学化学实验教学中,一般采用三级品试剂,在许多情况下可直接使用自来水配制。但有几种化学试剂会与自来水中的其他离子发生反应,生成溶解度低或难溶于水的物质,对此,就必须使用蒸馏水配制。例如:在配制氢氧化钠、氢氧化钾溶液时,氢氧根(OH-)与水中的阳离子反应;在配制硝酸银、氯化钡溶液时,其阳离子可与水中的阴离子(Cl-、SO42-)反应;在配制氯化铁溶液时,若用自来水配制,则易发生水解反应;在配制硫酸铜溶液时,如果用自来水配制,就容易发生双水解反应。
②溶液数量:中学化学实验与科研院所的实验有所不同,后者多是科研性质,其试剂浓度、数量多为固定值,前者多为验证性,其实验现象已知,只要看到实验现象,就算实验成功。另外,学生操作熟练程度的不同,会造成化学试剂用量的不同,其整体用药量往往大幅度超过规定的用量,故只有适当多配,才能满足用量的需求。首次开展实验,先按照正常量(规定量×学生人数)的1.5倍配制,以后可根据学生做实验的用药量情况,酌情增减。多配制的药品,可存放在2 500~3 000 mL的细口瓶中,便于随时添加。
③溶液浓度:如果是首次使用的化学试剂,可根据要求的浓度配制,需要多少水和化学试剂一计算便知,较易操作。根据笔者多年从事化学实验教学的经验看,这样配制的溶液浓度是较高的,往往造成浪费。准备化学实验的常用方法是,先把分组试剂瓶和备用试剂瓶的剩余试剂都倒入配制容器中,再加水达到所需的容积;试验看其能否出现实验现象,若不出现,再逐步加入化学试剂,从低浓度开始试做,直到能够看到实验现象为止;另外须注意,同种试剂在同一分组实验中、不同的实验中都要兼顾到,每个实验都要试做,直至每个反应都出现实验现象为止。
(3) 后期整理。
①学生做完实验后,经常出现以下现象:试剂瓶的瓶塞互换,滴管的胶帽中留有试剂,试剂瓶上留有试剂的痕迹等。试剂瓶的瓶塞互换后,往往造成试剂瓶密封不严,试剂受到污染而变质;不能正确使用胶头滴管,往往造成胶帽内留有试剂,长时间存放就会腐蚀胶帽;操作不规范,试剂瓶上往往留有试剂的痕迹。
②针对上述现象,在学生实验整理阶段,首先要检查同组的试剂瓶间有没有互换瓶塞(若有,则先将瓶塞的磨口部分擦拭干净),还要观察瓶内的试剂有没有被污染(若有,则及时处理掉,以免给下次使用造成麻烦);其次将同种试剂瓶收齐后,要将瓶身及瓶口的痕迹擦拭干净,并将瓶塞盖好;若有滴瓶,要检查每支滴管,看看胶帽是否损坏,胶帽内是否存有液体;若有盛放固体的广口瓶,瓶口及瓶塞的磨砂部分一定要擦拭干净。
③大部分化学试剂可以长期(一般指一年,因为有的化学试剂一年才会使用一次)在分组试剂瓶中保存,而有些化学试剂就不宜长期保存,如易变质的,一般多指部分易腐败的有机试剂(蔗糖、葡萄糖、淀粉、蛋白质等);无机试剂中的石灰水若长时间不用,最好倒入配制瓶中,因其液面接触到空气中的二氧化碳,就会发生反应生成碳酸钙沉淀
[3],且会附着在瓶壁上,从而导致试剂瓶不透明;易挥发的化学试剂,应倒入大的试剂瓶中集中存放,原因是有的试剂瓶瓶塞不配套,导致盖不严,有的没有盖紧,往往造成试剂挥发;无机试剂中易挥发的有浓盐酸、浓硝酸、浓氨水、浓溴水等,有机试剂中易挥发的有无水乙醇、苯、甲苯、四氯化碳、丙酮等,师生都要记住并及时加以处置。
2.3 化学试剂的配制列举
(1) 碘。
通常情况下,配制碘液的方法:先把碘化钾溶解在100 mL水中,再向其中加入碘片(粒)溶解,但溶解速度慢,浪费时间。即使采用加热的方法,效果仍不理想,且碘易挥发,其蒸气会对人体造成危害。另外,加入碘后溶液变成棕红色,颜色较深,不易观察碘是否完全溶解,等到分装溶液时才发现里面的碘尚未完全溶解,造成浓度上的偏差。
笔者采用高浓度溶解方法,配制时称量所需质量的碘化钾和碘,放入烧杯中,再加入2 mL左右的蒸馏水,这样碘在高浓度的碘化钾中的溶解速度较快且能达到完全溶解。只需转动烧杯,即可观察到溶解的情况,待完全溶解后,加水稀释至所需溶液浓度即可。配好的碘液应保存于棕色瓶中,以防其变质生成氢碘酸等
[1]。
(2) 溴。
针对液溴易挥发的特性,可在瓶内加入适量的蒸馏水,由于水的密度小于液溴,水会浮在液溴的表面,形成“水封”效果来抑制其挥发,而挥发出来的溴蒸气溶解在蒸馏水中,形成饱和溴水,进一步减少了挥发。中学化学常用溴水作为与卤素性质有关实验的材料。在配制溴水溶液时,可吸取上层饱和溶液,将其加入水中稀释到所需浓度即可。
(3) 硫酸。
中学化学实验常用到各种浓度的硫酸溶液,其在稀释过程中,首先需要计算所需的浓硫酸的量,然后使用量筒量取适量浓硫酸,接着将浓硫酸沿烧杯壁慢慢倒入水中,同时用玻璃棒搅拌以帮助散热,待达到室温后再将其装入试剂瓶中即可。
(4) 石灰水。
生石灰(CaO)或熟石灰[Ca(OH)2]。澄清石灰水的通常配制方法:先取20~30 g生石灰(CaO)并放入烧杯中,向杯中加入适量蒸馏水并搅拌溶解;继续加蒸馏水至形成均匀乳液,将该乳液倒入大烧杯中并搅拌,静置30~60 min后过滤沉淀,得到澄清石灰水,可适当稀释后密封保存。此方法的缺点是操作烦琐,且需要密封保存。
笔者采用的方法:向2 500 mL下口瓶中放入30 g熟石灰,再向其中加入2 000 mL自来水,晃动试剂瓶几分钟,静置30~60 min后就可从下口处放出石灰水溶液。该方法不仅省去过滤步骤,可重复使用熟石灰,而且以后可以随时取用。
(5) 氯化铁、硫酸铜。
有关资料在介绍配制氯化铁、硫酸铜溶液的方法时,都提到为防止其水解,配制时须加酸
[1]。
笔者配制氯化铁溶液的方法:直接取用试剂瓶中的液体,将其加入蒸馏水中配制,不需要加盐酸防止水解。
在配制硫酸铜溶液时,一定要使用蒸馏水,可不必加酸防止水解。
(6) 硫酸亚铁。
配制的硫酸亚铁溶液常常是混浊的悬浊液,过滤后即得到澄清透明的溶液。为防止硫酸亚铁继续氧化和水解,可在滤液中加入少量的还原铁粉。
(7) 硝酸银。
笔者在进行银镜反应实验时,AgNO3溶液的浓度往往以最低浓度配制,比课本要求的2% AgNO3低好多倍。另外,对用于银镜反应的试管中的银镜,可用浓硝酸溶解后回收,并用于离子鉴定实验。
(8) 甲醛、乙醛。
甲醛溶液在较冷时会发生聚合反应,溶液出现白色絮状物,使溶液变混浊,形成三聚甲醛沉淀,这时只需摇匀,沉淀消失,可继续使用。为防止甲醛溶液醛聚合,在市售的化学试剂中含有4%~8%的甲醇以防止聚合。
乙醛溶液久置后会发生聚合反应而分层。在室温时,能生成三聚乙醛;在0 ℃或以下温度时,则聚合成四聚乙醛。解聚的方法是:把乙醛聚合物收集起来,加少量硫酸并加热蒸馏,馏出物用水吸收,即得到乙醛溶液,这时就可用于乙醛特性反应了。
(9) 苯酚。
苯酚的熔点为43 ℃,易熔化。利用这一特性,可将苯酚放在水浴中熔化,冷却重结晶,就不会再形成硬块
[1],方便日后取用。
(10) 淀粉。
中学化学实验一般使用直链淀粉,为防止淀粉液变质,需现配现用。配制淀粉液需用沸水,最好用电炉加热以节省时间。
配制方法:首先,称量所需质量的淀粉,将其放入小烧杯中,再加入5~6 mL冷水搅拌均匀;然后,将所得乳浊液在搅拌状态下徐徐注入沸水中,再煮沸2~3 min使溶液透明;最后,向其中加入0.3%的硼酸和1 mL浓盐酸作为保存介质,再煮沸1~2 min即可,一般能保存半年以上
[1]。
(11) 蛋白质。
中学常用鸡蛋白溶液作为有关蛋白质性质实验的材料。先将鸡蛋一端轻轻敲破一小口,让蛋清流入容器中,再按比例(蛋清∶蒸馏水=1∶9)混合搅匀,最后用4层纱布过滤后放入试剂瓶中,备用。
(12) 指示剂(酚酞、石蕊)。
酚酞的配制方法:先取1 g酚酞,再将其溶解在1 000 mL 60%~90%的酒精中,即制得酚酞试液,最后将试剂装入试剂瓶中,备用。
石蕊的配制方法:量取150 mL蒸馏水,向其中加入1/2药匙石蕊粉末;将溶液加热至50~60 ℃,并持续搅拌以加快溶解,直至形成深蓝紫色的石蕊溶液;待溶液冷却后,将试剂装入试剂瓶中,备用。
以上列举了常见试剂的配制和处理方法,其具体浓度和用量,还需要根据实验的要求及实验开设组数,以及使用者取用的量来进行计算和配制。