基于主题的研究性学习实践与感悟-《化学教学》(2019年1期).docx

龙源版权所有 基于主题的研究性学习实践与感悟作者：汪克凡来源：《化学教学》2019年第01期 摘要： 通过研究性学习探究制备纳米硫实验的改进实践，认识到化学研究性学习把学生置于一个动态、开放、主动、多元的学习环境中，为学生提供更多的获取知识的方式和渠道，让学生在知识的追求中孕育课题意识。反思探索的途径，并将其迁移到更广阔的学习领域，从而推动学习方式、方法的变革，为学生终身学习打下基础。 关键词： 纳米硫颗粒制备; 实验探究; 钾硫合剂; 多硫化物类农药 文章编号：2019）1005905 中图分类号： G633.8 文献标识码： B 1 制备纳米硫颗粒的改进研究性学习实践 1.1 问题提出 高中化学选修《化学与生活》中提到：“农药是常用化学品，主要起杀死害虫、除灭杂草，保护作物生长的作用……农药的使用为解决人类的粮食危机作出了积极的贡献，但我们也不能忽视农药使用不当造成的环境污染以及对生态的影响”[1]。为了提高农药的安全性，在学校开展的研究型综合实践实验中，笔者进行了相关探索。 经文献查找，农药包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂，其中石硫合剂是我国农业部推荐使用的杀菌剂品种，也是欧洲各国提倡的绿色环保的保护性杀菌剂，在我国多用于冬季果树落叶后清园。但高浓度石硫合剂喷洒时空气中有浓烈臭鸡蛋气味，长期大量使用此类农药易造成空气污染和土壤酸化，因此降低其使用浓度、同时提高防治效果有着十分重要的应用价值。 研究表明，石硫合剂对病菌防治效果与其在水溶液中释放出的硫的粒径大小有直接的关系，粒径愈小，药效愈好[2]。纳米材料具有表面效应和小尺寸效应，比表面积急剧增大，使其具有更高的表面活性和触杀性，杀菌效果也远远高于传统的农药。纳米技术在农药研究中的运用，显著提高了农药的药效和使用安全性，降低了对环境的污染[3]。如果能应用纳米技术改进石硫合剂存在的不足，則可以保持使用效果不变的情况下减少石硫合剂农药的使用浓度，同时拓宽其使用的季节范围。那么，高效、环保地制备低成本纳米硫农药成为问题关键。 1.2 实验原理 纳米硫目前主要采用甲酸沉淀法制备，通过多硫化物与甲酸反应，沉淀出纳米硫颗粒，释放出硫化氢气体[4， 5]。液相沉淀法制备纳米硫的方法较繁琐，实验发现，加水稀释后的石硫合剂药液丁达尔现象明显，喷洒到植物表面可形成微粒硫白色结膜。由此设想，能否利用多硫化物加水稀释在空气中缓释出纳米硫？空气中二氧化碳与多硫化物溶液反应能否生成硫沉淀和硫化氢？ 由Ka1（H2CO3）=4.3×10-7， Ka1（H2S）=9.1×10-8[6]可知，相同物质的量的浓度的两种溶液，H2CO3酸性稍强一些。根据强酸制弱酸的理论，在控制反应物浓度的条件下，即可实现空气中二氧化碳与多硫化物溶液反应生成硫沉淀和硫化氢。 传统的石硫合剂由生石灰、硫磺加水反应而成，其有效成分为多硫化钙。为了探究多硫化物水溶液缓释硫微粒的特性，试验选择自制多硫化钾作为实验材料，主要基于如下考虑： 消除多硫化钙因反应生成的不溶性钙盐对实验测定的干扰;实验自制的多硫化钾相比工业生产的结晶石硫合剂纯度高，可消除杂质的干扰;多硫化钾相关的研究成果经实验后可应用于石硫合剂。 1.2.1 实验药品 硫磺粉（CP）、蒸馏水（自制）、氧氧化钾（AR）、SDBS（AR）、PVP（K90系列AR）、聚乙二醇400（AR）、十二烷基硫酸钠（AR）、盐酸、醋酸铅试纸、二氧化锰（AR） 1.2.2 实验仪器 电子分析天平（型号FA204B）、pH计（型号pHS3C）、恒温磁力搅拌器、不锈钢电热蒸馏水器（型号YAZD5）、离心机（型号HR/T）、干燥箱（型号J2714）、倒置显微镜（型号AE30）、体视显微镜（型号XTB1）、TEM电子透射电镜（型号GEOL2100、日本岛津） 1.3 实验过程 1.3.1 多硫化钾的制备与稳定性分析 多硫化钾生成的主要化学反应如下[7]： 3S+3H2O2H2S+H2SO3（1）， S+H2SO3+2KOHK2S2O3+2H2O（2）， （x-1）S+H2S+2KOHK2Sx+2H2O（3），总反应的化学方程式： 6KOH+（2x+2）S2K2Sx+K2S2O3+3H2O。 多硫化钾合成液的制备过程如下： 将水（H2O）、氢氧化钾（KOH）、硫磺粉（S）按适当的比例依次投入反应容器中，边投料边搅拌。投入完毕后，将反应容器置于恒温磁力搅拌器加热至沸腾，并不断搅拌。当反应液中的硫磺粉颗粒全部溶解在氢氧化钾溶液里时，即表示反应完全，可得高浓度的多硫化钾合成液，简称钾硫合剂。钾硫合剂加蒸馏水分别稀释50、 100、 150、 200、 250、 300倍（按体积比），测定稀释液的pH，稀释后2小时，观察稀释液的稳定性。波美度（°Bé）