化学教育中咖啡因实验的思路 化学教育中咖啡因实验的思路 化学教育中咖啡因实验的思路
1实验教学的改进
在实验过程中有许多因素会影响咖啡因的提取效果。例如萃取时间的差别,这取决于索氏提取器的大小和布包的包裹效果。在教学时讲解到这一部分主动设问,引发学生思考,通过设问在实验过程中发现问题的答案。根据每个人不同的实验现象寻找各自实验终点,避免出现跟风结束萃取操作,从而造成萃取不完全的结果。焙炒和升华操作非常关键,对产物的纯度、产率有直接影响。让学生了解升华是指一种物质从固态不经过液态直接转化为气态的过程,是物质在温度和气压低于三相点的时候发生的一种物态变化,其原理是利用热力从混合物中的非挥发性固体中分离出可升华结晶的固体。在这个操作单元中要引导学生主动思考的能力,例如对有的学生对升华所用滤纸的处理简单,加入生石灰时操作不当等造成的不良后果进行讨论。除了对学生的主动性进行培养之外,我们也根据实验中出现的部分问题进行了改革探索。在传统教学中,采用煤气灯加热的方式进行焙炒和升华,即将残渣置于蒸发皿中,用煤气灯在石棉网上直接加热,这种加热方式对温度不太好控制[9]。升华时,空气中闻到咖啡因的香味,这是因为气态的咖啡因产生香味,升华加热时,气态咖啡因容易或从滤纸边缘,或从漏斗管孔溢出到空气中。实验结束,蒸发皿底部会残存少许白色的咖啡因晶体。这些都会影响最终咖啡因的收率。加热温度对咖啡因的升华影响很大,温度太低则咖啡因无法升华,温度太高容易造成残渣炭化甚至烤焦滤纸。我们采用可以控制温度的加热套作为加热热源,使加热温度升温均匀的同时保证充足的热源,保证升华反应的进行。实验表明当温度达到220℃时,咖啡碱发生较明显的升华,随温度升高升华速度加快,当温度超过240℃时,茶叶中的黄色油状物就会伴随或先于咖啡碱挥发影响产物的纯度与产量[9]。当黄色油状物出现时,停止加热,然后将系统自然冷却到以下,揭开滤纸并收集产物。如果焙炒过程不充分,残渣中还有水分,残渣升华后呈块状而没有结晶,这时咖啡碱未还分解,可将残渣捣碎后进行第二次升华,还可以得到良好的结晶产物。
2教学效果分析
2.1产品的收率提高
改进前的实验由萃取装置的大小不一,而学生倾向于同时结束单元操作,使部分同学的萃取操作不完全,从而造成产品收率少的情况。经过课前设问的形式,使学生对不同设备具有不同的操作时间的现象具有心理准备,没有一窝蜂地结束操作,使每个学生的实验时间上具有保证,提高的最终收率。
2.2纯度提高
由于焙炒和升华难于控制,少数同学因焙炒时温度过高或者过低而得不到产品,有些得到淡黄色的产品,多数同学能在滤纸上看到明显的针状结晶,纯度提高明显。
2.3学生的实验兴趣提高
原实验教学在教学过程中进行填鸭式教学,学生没有主动思考。通过课前讨论及预留实验问题的方式,使学生主动思考实验成败的关键点在哪里,从而在心理上对实验现象和实验结果具有自身的心理预期,提高了学生的实验积极性。
3结语
我们在茶叶中提取咖啡碱的实验中改进了加热方式,提高了产品的纯度。通过课前设问使学生积极参与实验设计与改善中,提高了学生的实验积极性,取得了良好的实验教学效果。
