一、前言
作爲一門實驗科學,化學中的基本理論和概念大都源自縝密的實驗觀察和詳細的實驗記錄。同時,化學基本理論和概念對化學實驗方法的設計又具有重要的指導意義。在大一無機化學理論課程教學中開展化學實驗研究,不僅鍛鍊了學生的動手能力，更是對學生腦力的訓練不僅能夠幫助學生鞏固、加深對所學理論知識的理解,更能使學生深刻體會理論和方法對化學實驗的指導作用。教師在“理論與實踐的互動”過程中應起到推動和助力作用。本文從鈷(氨配合物的合成入手,介紹了我們在指導學生運用化學基本理論和方法進行實驗設計和改進等方面的實踐。鈷(II)氨配合物主要包括三種：Co(NHh)COCUC則JCis和[Co(NH)5H2OM晶體，其內外界結構和光學性質對製備條件相當敏感,不僅是材料科學研究領域的熱點,而且其合成和組成分析屬於大學無機化學實驗的經典實驗M。該實驗涉及配合物的晶體場理論、光譜化學序列等基本概念和理論，組成分析過程中還包括酸鹼滴定、絡合滴定和沉澱滴定等基本方法“理論與實踐的互動”貫穿實驗的始終,在樣品合成方案的設計、鈷氨配合物的組成分析和目標產物的形成機理研究等方面均有體現。
二、氧化還原電極電勢對實驗方案設計的指導
傳統實驗教材中以CoCI2晶體作爲製備鈷氨配合物的鈷源,在氨水環境中，加入H2O2作爲Co(I)的氧化劑、使用濃HCI以促進含氯離子配合物的結晶，實驗操作環境比較惡劣。由於實驗教學面對的學生已經完成了大學無機化學課程的學習，掌握了氧化還原電極電勢的基本概念，因此在實驗設計階段,我們有意識地引導學生利用理論課程中學習的Nerns仿程，考慮溶液的酸鹼性、離子濃度和操作環境等因素，計算了Co(NH)63+/Co(NH)62+、NO3-/NO2-、O2/OH-等相關電對的電極電勢,設計了新的樣品合成方案。具體如下：將7.276gCo(NO)2.6H2O和一定量的NH4C固體置於三口燒瓶中，加入7mL水,在65°C恆溫水浴中攪拌迴流20分鐘,混液由淡紫紅色逐漸轉變爲深藍色。向混合溶液中持續通入高純氮氣20分鐘後,分多次加入一定量的濃氨水,溶液的溫度維持在65C左右,溶液的顏色逐漸由深藍變爲深紫紅色。氮氣保護下繼續攪拌、迴流40分鐘，即產生大量紫紅色沉澱。過濾後用無水乙醇洗滌、乾燥，得到目標產物。該方案以Co(NO)2-6H2O代替CoCI2和H2O2,利用Co(NO)2自身的氧化能力氧化Co避免使用額外的氧化劑,減少了濃鹽酸的使用，符合綠色化學的理念。
三、組分分析中學生解決問題能力的培養
有意義學習的層級由低到高依次爲代表性學習、概念學習、命題學習、概念和命題的運用、解決問題和創造性。化學實驗教學是在概念和命題學習的基礎上，訓練學生運用概念和命題、解決問題和培養創造性的重要途徑。通過理論教學，學生已經習得了各種滴定方法，將理論教學與實驗教學相結合,這樣才能使學生在感性認識的基礎上學會運用不同的滴定方進一步發生創造性的學習。教育學基本理論認爲，試圖通過短期訓練來提升學生解決問題的能力是不現實的，但是，學生解決問題能力完全可以隨着教師結合學科內容運用的一系列策略來進行訓練、發展和提高。當學生想知道自己所合成的樣品的組成時,所面臨的是一個嶄新的、需要學生自己解決的問題。這不同於以往的實驗操作練習,他需要在大腦中對理論課程中所學的各種滴定技術進行篩選和重新組合,找出測定鈷氨配合物中Co、NH3和Cl的含量所適用的方法，並將這些方法通過自己的實驗操作轉化爲實驗數據。樣品的測試結果與CoNHhCOCk的理論組成幾乎完全一致，表明改進的實驗方案能夠成功製得目標產物。此時,學生的喜悅溢於言表。因爲他們看到了滴定技術將看不到、摸不着的配合物真實地展示在眼前,他們意識到了化學基本理論對化學實驗的指導意義,他們也會將這些正向、積極的情緒反饋到後續的理論學習過程中。化學實驗教學肩負着培養學生創造性的重任，學生從理論課堂上得到的大多是間接經驗,它們是前人發現或總結的、對人類社會來說具有首創性的成果。教育學理論家吉爾福特認爲，“真創造”和“類創造”中表現出來的思維和認知能力在本質上是相同的,創造性不僅侷限於少數天才,還潛在地分佈在整個人口中間。因此，創造性並不神祕，在學生解決問題的過程中，總是或多或少的帶有創造性的行爲。總之,鈷氨配合物的組成分析涉及酸鹼滴定、配位滴定和沉澱滴定,是實現理論與實踐互動、培養學生創造性能力的優秀範例。
四、目標產物形成機理研究中的理論與實踐
X射線粉末衍射技術的應用。建立在嚴格的理論基礎上的現代測試技術可使抽象的理論形象化，能夠爲我們提供可重現的、精確的實驗數據。基於這些實驗數據的`分析過程邏輯縝密，能極大地激發學生的科研興趣，對培養學生的邏輯思維能力、形成科學的思維方式有巨大裨益。在鈷氨配合物的合成實驗中，利用X射線粉末衍射技術對產物進行了表徵，與文獻製備的樣品和』CPDS標準卡片No.74-0344進行比對，說明以Co(NO)2-6H2O晶體爲原料、在NH3—NH4Cl體系中，不必添加諸如O2、H2O2等其他氧化劑,利用硝酸鹽的自身氧化能力即可得到純淨、結晶良好的配合物[Co(NH)sC0Cl2晶體。
紫外可見光譜技術對實驗機理研究的指導。紫外可見光譜技術可以跟蹤反應過程,使原本看不到的反應過程形象地顯示在學生面前。我們分別測試了原料、中間產物和目標產物的紫外可見吸收光譜，根據原料^中間產物^目標產物的吸收光譜的變化,研究反應機理。學生們清晰地觀察到了Co離子和NH3分子依次進入鈷配合物內界所帶來的電子吸收光譜的紅移和藍移,並推導出了晶體場理論教學中學習的光譜化學序列NH3>H2O>C。
晶體場理論對實驗機理研究的指導。鈷氨配合物[Co(NH)5Cl]Cl2的形成過程中發生了氧化和配體置換兩個過程。在教師的指導下，學生從Co原子的價電子構型入手,利用晶體場理論,計算了Co(l)和Co(ll)在八面體場中的晶體場穩定化能,分析了它們穩定性的差異，結合紫外可見光譜的數據，得出弱場中的Co(l)(電子構型爲de5d7),經過強場中的Co(l)(電子構型爲de6d7),最終轉化爲強場中的Co(ll)(電子構型爲de)是能量最低的途徑。
五、結論
本科生的理論課教學和實驗教學不能孤立進行，高校化學化工專業培養的既不是紙上談兵的理論家，也不是照方抓藥的操作工。實驗教學中，教師需有意識地引導學生應用理論教學成果去解釋實驗現象,分析實驗數據，以揭示隱藏在背後的客觀規律。
