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一、導(dǎo)出公式
導(dǎo)出公式就是將基本公式進行聯(lián)用,經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)生成的在特定條件下使用的公式,或者是根據(jù)定義,通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到的公式。
導(dǎo)出公式一
若一個粒子的質(zhì)量為ag,阿伏伽德羅常數(shù)數(shù)值為NA,則該粒子的摩爾質(zhì)量M=a?NAg/mol。
推導(dǎo)過程:
摩爾質(zhì)量為單位物質(zhì)的量的物質(zhì)所具有的質(zhì)量,阿伏伽德羅常數(shù)NA為1mol粒子的粒子數(shù),單位為mol-1,一個原子的質(zhì)量為ag,所以二者乘積ag?NA/mol應(yīng)為該粒子的摩爾質(zhì)量,即:M=a?NAg/mol。
例題1:科學(xué)家剛剛發(fā)現(xiàn)了某種元素的原子,其質(zhì)量是ag,12C的原子質(zhì)量是bg,NA是阿伏加德羅常數(shù)的值,下列說法正確的是( )
A該原子的摩爾質(zhì)量是a/12b
B Wg該原子的物質(zhì)的量一定是(W/aNA)mol
C Wg該原子中含有W/NA個該原子
D由已知信息可得:NA=W/a
導(dǎo)出公式二
同溫同壓下,
推導(dǎo)過程: 將基本公式三變形得到:V=n?Vm,由于氣體摩爾體積只受溫度和壓強影響,所以在一定溫度和壓強(特定的前提條件)下,氣體摩爾體積就成為定值(常數(shù)),此時氣體的體積與氣體物質(zhì)的量成正比關(guān)系,數(shù)學(xué)表達式為:
同溫同壓下, 這一推論可表述為:一定溫度和壓強下(同溫同壓,下同),兩種氣體的體積之比等于二者物質(zhì)的量之比。
例題2:aLCO和O2的混和氣體,點燃后得到bL氣體(前后條件相同),則混和氣體中CO的體積可能是下列組合中的( )
①b ②2a/3 ③a-b ④a+b ⑤2(a-b)
A①②③ B②④⑤
C①②④ D①②⑤
導(dǎo)出公式三
M=Vm?ρ
推導(dǎo)過程:
根據(jù)根據(jù)基本公式二M=m/n,和基本公式三的變形公式n=V/Vm,可以推導(dǎo)出
表述為氣體的摩爾質(zhì)量等于一定溫度一定壓強下氣體的密度和摩爾體積的乘積。
例題3:在標準狀況下,某氣體的密度為1.79g/L,試計算這種氣體的相對分子質(zhì)量。
導(dǎo)出公式四
一定溫度和壓強下,
推導(dǎo)過程:
根據(jù)導(dǎo)出公式三M=Vm?ρ,一定溫度和壓強下,氣體摩爾體積為定值(常數(shù)),此時氣體的摩爾質(zhì)量與氣體密度就成正比例關(guān)系,數(shù)學(xué)表達式為 。
這一推論可表述為:一定溫度和壓強下,兩種氣體的摩爾質(zhì)量之比等于二者密度之比。
例題4:某物質(zhì)A在一定條件下受熱分解,產(chǎn)物都是氣體,有關(guān)的化學(xué)方程式為:2A=B+2C+2D。若生成的混合氣體相同條件下對氫氣的相對密度為d,則A的相對分子質(zhì)量為( )
A.2d B.2.5d C.5d D.7d
導(dǎo)出公式五
相同溫度相同體積時,
推導(dǎo)過程:
生活實例:給自行車打氣,打進去氣體越多,車胎越“硬”。總結(jié)規(guī)律:在一定溫度下,一定體積的密閉容器中所含氣體分子數(shù)越多,或者說氣體物質(zhì)的量越大,氣體的壓強就越大。
例題5:標況下向密閉容器中加入0.1molCl2和0.4molH2,然后點火使Cl2完全反應(yīng),再把溫度冷卻到0℃時,密閉容器內(nèi)壓強為多少Pa( )
A.1.01×104 B.2.02×104
C.4.04×104 D.1.01×105
導(dǎo)出公式六
某溶液的密度為ρg/ml,質(zhì)量分數(shù)為w,溶質(zhì)摩爾質(zhì)量為Mg/mol,則溶液的物質(zhì)的量濃度
推導(dǎo)過程:設(shè)溶液的體積為VL,由基本公式一、基本公式四、初中學(xué)過的m=ρ?Vm(溶質(zhì))=m(溶液)?w,得
例題6:常溫下,將10.0g14.0%的NaCl溶液跟15.0g24.0%的NaCl溶液混合,得到密度為1.15g/ml的溶液。求:
(1)混合后該溶液的質(zhì)量分數(shù)
(2)混合后該溶液的物質(zhì)的量濃度
(3)在100g水中溶解多少摩NaCl才能使其濃度與上述溶液的濃度相等
導(dǎo)出公式七
C(濃溶液)?V(濃溶液)=C(稀溶液)?V(稀溶液)
初中化學(xué)學(xué)過:濃溶液稀釋成稀溶液過程中,溶質(zhì)質(zhì)量不變,結(jié)合基本公式一可知,溶質(zhì)物質(zhì)的量不變,再結(jié)合基本公式四可推導(dǎo)出:C(濃溶液)?V(濃溶液)=C(稀溶液)?V(稀溶液)。
例題7:VmLAl2(SO4)3溶液中含有Al3+ag,取1/4VmL溶液稀釋到4VmL,則稀釋后溶液中S042-的物質(zhì)的量濃度是( )
導(dǎo)出公式八
若某溶液中含有Fe3+、Cu2+、SO42-、Cl-,它們物質(zhì)的量濃度關(guān)系可表示為:3×C(Fe3+)+2×C(Cu2+)=2×C(SO42-)+1×C(Cl-)。
推導(dǎo)過程:
中圖分類號:R285 文獻標識碼:A 文章編號:1005-5304(2013)10-0108-03
代謝組學(xué)是后基因時代出現(xiàn)的一門新興“組學(xué)”學(xué)科,用能反映整體的代謝物圖直接認識生理和生化狀態(tài),因此,能提供區(qū)別于其他“組學(xué)”的大量信息。而化學(xué)計量學(xué)作為一門以實驗為基礎(chǔ)的邊緣學(xué)科,可將多變量的分析方法引入化學(xué)研究,并對實驗中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進行提取分析,對中藥的復(fù)雜性和多樣性的分析能提供切實的技術(shù)支持。以臨床實效為生命力的中醫(yī)藥學(xué),是具有重大的理論和應(yīng)用價值的實際復(fù)雜系統(tǒng)[1]。對這一復(fù)雜科學(xué)系統(tǒng),運用還原法研究是必需的,但不是研究的落腳點和最終目的,最終要回到其理論體系即整體觀上來,這就要有認識方法上的還原論、控制論與整體論、系統(tǒng)論的結(jié)合[2]。筆者現(xiàn)就化學(xué)計量學(xué)結(jié)合代謝組學(xué)的方法應(yīng)用于中藥分析中的研究作一綜述。
1 關(guān)于代謝組學(xué)和化學(xué)計量學(xué)
代謝組學(xué)(metabonomics)是20世紀90年代中期發(fā)展起來的一門新興學(xué)科,是關(guān)于生物體系受刺激或擾動(如將某個特定的基因變異或環(huán)境變化)后其代謝產(chǎn)物(內(nèi)源代謝物質(zhì))種類、數(shù)量及其變化規(guī)律的科學(xué)[3]。它研究的是生物整體、系統(tǒng)或器官的內(nèi)源性代謝物質(zhì)的代謝途徑及其所受內(nèi)在或外在因素的影響。代謝組學(xué)研究的思想,不是把人作為一個孤立的體系,而是對人與環(huán)境(地理的、社會的)、人與腸道菌群之間的相互作用加以綜合考慮[4]。這種思想與傳統(tǒng)中醫(yī)強調(diào)人與社會環(huán)境的整體觀、四時和飲食對人的影響、辨證施治等思想是十分契合的[5]。近年來,隨著分析科學(xué)、生命科學(xué)和藥物動力學(xué)等學(xué)科的迅速發(fā)展,中外學(xué)者對中藥復(fù)雜體系整體研究的手段日益豐富,研究所獲取的各類信息數(shù)量也與日俱增。中草藥復(fù)雜的成分加之新的分析技術(shù),不可避免地需要對大量的化學(xué)測量數(shù)據(jù)進行處理,于是,如何對海量的信息進行有效的提取分析成為中藥復(fù)方分析化學(xué)面臨的一個新課題。
化學(xué)計量學(xué)(chemometrics)自20世紀70年代初誕生起,在施行化學(xué)量測的各個領(lǐng)域應(yīng)用中得到了迅速發(fā)展和完善。國際化學(xué)計量學(xué)學(xué)會(International Chemometrics Society, ICS)對化學(xué)計量學(xué)作出了如下的定義:“化學(xué)計量學(xué)是一門通過統(tǒng)計學(xué)或數(shù)學(xué)方法將對化學(xué)體系的測量值與體系的狀態(tài)之間建立聯(lián)系的學(xué)科。”[6]化學(xué)計量學(xué)可以優(yōu)化化學(xué)測量過程,并從化學(xué)測量數(shù)據(jù)中最大限度地提取有用的化學(xué)信息。另外,化學(xué)計量學(xué)的最大特征是將多變量分析方法引入化學(xué)研究[7]。從這些特點分析,化學(xué)計量學(xué)方法與中藥整體研究思路相一致,同時結(jié)合代謝組學(xué)的方法為中藥現(xiàn)代化與國際化的研究提供理論幫助。
2 基于化學(xué)計量學(xué)的代謝組學(xué)方法在中藥分析中的研究
2.1 在中藥藥用植物代謝組學(xué)的應(yīng)用
根據(jù)代謝組學(xué)的概念,植物代謝組學(xué)簡單的定義是以植物為研究對象的代謝物組學(xué)。具體地說,植物代謝物組學(xué)研究不同物種、不同基因類型或不同生態(tài)類型的植物在不同生長時期或受某種刺激干擾前后的所有小分子代謝產(chǎn)物,對其進行定性、定量分析,并找出代謝變化的規(guī)律[8]。代謝組學(xué)為較為全面地研究植物復(fù)雜代謝過程及其產(chǎn)物,從而分析植物次生代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、限速步驟,解析細胞活動過程,以及尋找植物間的親緣關(guān)系等提供了可能,同時也為闡明中草藥“黑箱體”、更好地評價中藥提供了一個良好的平臺[9]。
隨著科技的進步,高通量分析技術(shù)為研究紛繁復(fù)雜的植物次生代謝體系提供了可能,同時也產(chǎn)生了前所未有的海量數(shù)據(jù)。可應(yīng)用模式識別和多維統(tǒng)計分析等方法從這些大量的數(shù)據(jù)中獲得有用的信息,這些方法能夠為數(shù)據(jù)降維,使它們更易于可視化和分類[10]。
2.1.1 中藥指紋圖譜分析 基于代謝組學(xué)思想的化學(xué)分析平臺得出的中藥成分指紋圖譜(數(shù)據(jù)庫),包括了體現(xiàn)藥效信息的多個有效部位的各種指紋圖譜。中藥的指紋圖譜大都比較復(fù)雜,色譜圖中各色譜峰的保留值易受各種因素的影響,海量的數(shù)據(jù)為分析人員帶來了重大的挑戰(zhàn)。化學(xué)計量學(xué)方法在分析指紋圖譜數(shù)據(jù)領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注,并且成功地解決了在研究中藥代謝組學(xué)指紋圖譜中遇到的難題。
Li等[11]利用局部最小二乘法結(jié)合主成分分析(PCA)來分析33個飛蓬樣品的分類情況,結(jié)果表明該法更能從化學(xué)的角度來研究飛蓬中藥色譜指紋圖譜,從而評價飛蓬樣品的質(zhì)量,同時還為其他中藥的質(zhì)量評價提供了模式識別方法。Kim等[12]對3種麻黃植物Ephedra進行了核磁氫譜指紋圖譜分析,通過主成分分析找到了它們之間的代謝物差異,證明指紋圖譜分析是植物化學(xué)分類學(xué)的一個有力工具,并為其全面質(zhì)量控制帶來了可能。同時,代謝指紋圖譜在擬南芥[13]和番茄[14]的研究中取得了成功。
2.1.2 不同“型”中藥藥用植物的代謝產(chǎn)物比較 中藥材化學(xué)成分復(fù)雜,且多為植物的干燥器官,由于其生長土壤、產(chǎn)地氣候、采收期、儲存和炮制方法的不同而導(dǎo)致其化學(xué)成分產(chǎn)生差異[15]。同一名稱的中藥材可能來自不同基源的植物,同時中成藥生產(chǎn)過程中各工藝環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性等多種因素對其產(chǎn)品的化學(xué)組成也有很大的影響[16]。利用代謝組學(xué)的方法可對中藥的質(zhì)量進行良好的控制,并通過數(shù)據(jù)的分析處理,對大量代謝物分析表征,為辨別中藥混淆品種、應(yīng)對中藥材質(zhì)量良莠不齊等問題提供依據(jù)。
Yamazaki等[17]應(yīng)用代謝組學(xué)技術(shù)并利用PCA、偏最小二乘(PLS)處理方法對2個Perillafrutescens品種(紅色和綠色型)進行了研究,發(fā)現(xiàn)花青素(Anthocyanin)在紅色型的葉中含量較高,而在綠色型的葉中卻沒有發(fā)現(xiàn),其他一些主要代謝物含量和分布并沒有明顯差別,因此認為花青素是區(qū)分2個品種的標志性成分。Choi等[18]用代謝組學(xué)結(jié)合PCA方法區(qū)分12種大麻(Cannabis sativa)的栽培品種,提供了優(yōu)質(zhì)種植品種。孟氏等[19]利用PLS回歸分析方法確定影響刺五加莖品質(zhì)的生態(tài)因子,為優(yōu)化可持續(xù)利用藥用植物資源提供理論依據(jù)。
對于珍稀名貴中藥材,代謝組學(xué)提供了全面評價培養(yǎng)型和野生型之間的異同、篩選優(yōu)良品種的方法學(xué)平臺,為解決資源匱乏中藥材提供了可能。
2.2 在中藥復(fù)方研究中的應(yīng)用
方劑(復(fù)方)是中醫(yī)臨床治療經(jīng)驗的具體體現(xiàn),是中藥創(chuàng)新藥物的源泉,充分認識方劑中藥物之間的關(guān)系,有助于基于中醫(yī)臨床經(jīng)驗的創(chuàng)新藥物研究工作[20]。基于整體觀點的代謝組學(xué)將研究代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)變化應(yīng)用于中藥及復(fù)方的整體效應(yīng)評價中符合中醫(yī)藥的整體觀以及辨證論治的特點[21]。中藥復(fù)方代謝組學(xué)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)需要進行深層次的挖掘,化學(xué)模式識別的的數(shù)據(jù)挖掘方法成為其有利的應(yīng)用手段。
Wang等[22]利用PCA、正交偏最小二乘判別分析(OPLS-DA)的數(shù)據(jù)處理方法對六味地黃丸的代謝輪廓進行表征,結(jié)果表明,全方相對于拆方對甲狀腺素合用利血平造成的大鼠腎陰虛模型具有良好的回調(diào)效果。王氏等[23]利用PCA數(shù)據(jù)挖掘手段對茵陳蒿湯進行研究,初步確認乙醇性肝損傷的發(fā)生、發(fā)展和回調(diào)的的4個潛在生物標記物;并對CCl4導(dǎo)致的肝損傷模型利用茵陳蒿湯進行干預(yù)治療,利用PCA及PLS的方法進行分析,只有在全方的條件下,茵陳蒿湯才能使CCl4導(dǎo)致的大鼠代謝紊亂得以調(diào)整,使尿液代謝組輪廓向正常回調(diào)[24]。另外,利用代謝組學(xué)技術(shù)對六味地黃丸干預(yù)前后的人尿液和血漿代謝組學(xué)研究,通過PCA方法研究初步表明六味地黃丸的長期給予對機體多級代謝通路的代謝表達展示了明顯的積極調(diào)節(jié)作用[25]。
用代謝組學(xué)的方法結(jié)合化學(xué)計量學(xué)探究中藥可能的作用機制和尋找其主要的生物活性物質(zhì),為快速找到中藥的分子靶標提供了可能。
3 小結(jié)
代謝組學(xué)同基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)一樣,是系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分,處于初步發(fā)展階段。同時,化學(xué)計量學(xué)作為一個年輕學(xué)科還有大量基礎(chǔ)工作有待完善。如果說分析技術(shù)打開了“一扇門”,那么,正確的數(shù)據(jù)分析方法和模型建立則是“找到寶藏”的鑰匙。可以說,代謝組學(xué)研究離不開化學(xué)計量學(xué),而代謝組學(xué)研究也為化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展提供了新的平臺。如何將化學(xué)計量學(xué)合理地與中藥復(fù)方物質(zhì)基礎(chǔ)實驗研究相結(jié)合,建立一套系統(tǒng)的、規(guī)范的物質(zhì)基礎(chǔ)研究體系,使化學(xué)計量學(xué)在中藥現(xiàn)代化進程中發(fā)揮更加積極的作用,依然是研究者面臨的課題。我們相信,將化學(xué)計量學(xué)與代謝組學(xué)有機結(jié)合是引領(lǐng)中藥現(xiàn)代化的重要之舉。
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一、高考中考查滴定的統(tǒng)計
筆者對近兩年全國及各地高考化學(xué)試卷中有關(guān)滴定的試題進行了粗略的統(tǒng)計.
試題題號考查內(nèi)容2012江蘇18、19氧化還原滴定原理(書寫化學(xué)方程式)和含量計算,指示劑的選擇,滴定終點的確定,誤差分析2012安徽27中和滴定和氧化還原滴定,含量計算,潤洗的操作方法,誤差分析2012浙江26氧化還原滴定,指示劑的選擇,含量計算,誤差分析2012福建25中和滴定濃度計算,誤差分析2012天津9絡(luò)合滴定計算,誤差分析2012廣東33中和滴定,純度計算2013課標Ⅰ36氧化還原滴定,純度計算2013天津4誤差分析2013山東29氧化還原滴定,離子方程式書寫,指示劑的選擇2013浙江28氧化還原滴定,儀器選擇,理論計算,誤差分析2013江蘇18絡(luò)合滴定,理論計算,誤差分析
從統(tǒng)計結(jié)果可得出以下認識:
1.在2012和2013兩年共25份試卷中,其中考查到滴定的共11份,即滴定試題出現(xiàn)的百分率為44%,若僅從江蘇化學(xué)試題來看,兩年均考查到滴定,所以滴定這一考點更應(yīng)引起江蘇考生的足夠重視.
2.中學(xué)教材只講了中和滴定的原理和實驗,并沒有涉及氧化還原滴定.但在高考試卷中卻屢屢出現(xiàn)氧化還原滴定(包括高錳酸鉀法、重鉻酸鉀法、碘量法等),甚至還出現(xiàn)了絡(luò)合滴定,這充分體現(xiàn)了高考命題突出能力的考查,所以,在高考復(fù)習(xí)中應(yīng)注意從中和滴定到氧化還原滴定的過渡,培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力.
3.表面上看,命題的范圍擴大了,但試題的設(shè)問還是集中在幾個重要考點上,①滴定原理及有關(guān)計算②滴定實驗中的特殊操作③誤差分析
二、重要考點分析
1.滴定原理及有關(guān)計算
中和滴定是通過滴定操作用已知濃度的酸(或堿)來測定未知濃度的堿(或酸)的實驗方法,已知濃度的溶液稱標準溶液,未知濃度的溶液稱待測液.如果γA mol酸和γB mol堿恰好完全反應(yīng),則由化學(xué)方程式可得γAγB=cAVAcBVB,用酸滴定堿時
cB=γBγA×cAVBVB①
若一元強酸滴定一元強堿,①式可化簡為
cB=cAVAVB②
在氧化還原反應(yīng)中,當(dāng)氧化劑與還原劑恰好完全反應(yīng)時,其物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)之比,與中和滴定的原理是一樣的,同樣也可以通過實驗完成由已知到未知的轉(zhuǎn)化.
表示溶液的濃度有多種方法,初中用溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù),高中用物質(zhì)的量濃度,滴定實驗中充分體現(xiàn)了物質(zhì)的量濃度的優(yōu)越性.
與滴定有關(guān)的計算包括:
①溶液配制的計算
②待測液濃度的計算
③樣品純度的計算.
其中①、③是老生常談,只有②滴定實驗特有的,其計算公式來源于化學(xué)方程式的計算.
2.滴定實驗中的特殊操作
定量是滴定實驗的與眾不同之處:滴定管(酸式和堿式)的構(gòu)造和使用方法,滴定管的潤洗方法,滴定實驗的步驟和具體操作,指示劑的選擇,滴定終點的確定,趕出尖嘴部分氣泡的方法(包括堿式滴定管),這些都是在中和滴定中遇到的新問題,也是高考常考到的知識點.實驗操作是復(fù)習(xí)的有效手段,死記硬背會忽略一些細節(jié)問題.
3.誤差分析
誤差分析是中和滴定的重點和難點.先從原理上分析,在cB=γBγA×cAVBVB中,γA 、γB 是化學(xué)方程式中酸堿的化學(xué)計量數(shù),為定值, cA是標準溶液的濃度,是已知的,VB是實驗中量取待測液的體積,一般為25.00毫升(假設(shè)量取是準確的),那么上式可簡化為cB=aVA,即待測液的濃度與消耗標準液的體積成正比,所以誤差分析可從消耗標準液的體積來分析.
①讀數(shù).消耗標準液的體積即兩次讀數(shù)之差,正確的讀數(shù)方法是平視,如果仰視或俯視都會造成誤差,必要時可畫圖進行分析.
②潤洗.滴定管需潤洗,否則會造成結(jié)果偏高,錐形瓶不可潤洗,如潤洗也造成結(jié)果偏高.
③氣泡.滴定前滴定管尖嘴部分氣泡未被趕出,滴定后無氣泡,則使V標偏大,導(dǎo)致結(jié)果偏高.
④終點.達滴定終點時指示劑變色需半分鐘不再改變,如急于讀數(shù)可能造成V標偏小,最終結(jié)果偏低.
為確保實驗結(jié)果準確無誤,滴定操作至少要重復(fù)一次,取兩次的平均值進行計算.滴定操作中如滴定管活塞漏液,或轉(zhuǎn)動錐形瓶過猛待測液濺出,實驗失敗,需從頭再來.三、典型試題賞析例1(2012年安徽-27)亞硫酸鹽是一種常見食品添加劑.為檢測某食品中亞硫酸鹽含量(通常以1kg樣品中含SO2 的質(zhì)量計),某研究小組設(shè)計了如下兩種實驗流程: (1)氣體A的主要成分是_______.為防止煮沸時發(fā)生暴沸,必須先向燒瓶中加入______________;通入N2的目的是______________. (2)寫出甲方案第①步反應(yīng)的離子方程式_____________________.(3)甲方案②第步滴定前,滴定管需用NaOH標準溶液潤洗,其操作方法是_____________(4)若用鹽酸代替稀硫酸處理樣品,則按乙方案測定的結(jié)果_______(填"偏高""偏低"或"無影響"). (5)若取樣品wg,按乙方案測得消耗0.01000mol/L I2溶液VmL,則1kg樣品中含SO2的質(zhì)量是_______g(用含w、V的代數(shù)式表示).解析:(1)樣品中含亞硝酸鹽,加入足量稀硫酸后發(fā)生反應(yīng)SO32-+2H+=H2O+SO2,故氣體A中主要成分為SO2.為防止暴沸,必須先向燒瓶中加入碎瓷片.氮氣穩(wěn)定,不與樣品中各種物質(zhì)反應(yīng),通入氮氣的目的是將SO2完全吹出,避免測定結(jié)果偏低.(2)甲方案第①步SO2具有還原性,被H2O2氧化,離子方程式為SO2+ H2O2=2H++SO42-(3)考查了滴定實驗的特殊操作.首先要明確為什么要潤洗,用標準液潤洗可使殘留液濃度接近標準液,把誤差降到實驗允許范圍之內(nèi).要做到這一點就應(yīng)使滴定管內(nèi)壁各處包括尖嘴部分都被潤洗到,潤洗的方法是向滴定管內(nèi)注入適量NaOH標準液,傾斜轉(zhuǎn)動滴定管潤洗全部內(nèi)壁后從尖嘴放出潤洗液,并重復(fù)2~3次.(4)若用鹽酸代替稀硫酸處理樣品,氣體A中除含有SO2外,還會有HCl.再被堿夜吸收并用鹽酸調(diào)節(jié)至弱酸性,溶液B中含有NaHSO3和NaCl,NaCl不與標準碘液反應(yīng),所以不影響乙方案測定結(jié)果.(5)根據(jù)關(guān)系式SO2~HSO3-~I2可知1Kg樣品含SO2的質(zhì)量是0.64V/W克
例(2013年浙江-28)利用廢舊鍍鋅鐵皮制備磁性Fe3O4膠體粒子及副產(chǎn)物ZnO.制備流程圖如下:
已知:Zn及化合物的性質(zhì)與Al及化合物的性質(zhì)相似.請回答下列問題:
(1)(2)(3)(4)略
(5)用重鉻酸鉀法(一種氧化還原滴定法)可測定產(chǎn)物Fe3O4中的二價鐵含量.若需配制濃度為0.01000 mol?L-1的K2Cr2O7標準溶液250 mL,應(yīng)準確稱取 g K2Cr2O7(保留4位有效數(shù)字,已知M(K2Cr2O7)=294.0 g?mol-1).
配制該標準溶液時,下列儀器中不必要用到的有 .(用編號表示).
①電子天平 ②燒杯 ③量筒 ④玻璃棒 ⑤容量瓶 ⑥膠頭滴管⑦移液管
(6)滴定操作中,如果滴定前裝有K2Cr2O7標準溶液的滴定管尖嘴部分有氣泡,而滴定結(jié)束后氣泡消失,則測定結(jié)果將 (填"偏大"、"偏小"或"不變“).
解析第(5)問考查相關(guān)計算,應(yīng)準確稱取K2Cr2O7的質(zhì)量為0.01000 mol?L-1×0.25 L×294.0 g?mol-1=0.7350 g
在化學(xué)教學(xué)過程中能夠激發(fā)學(xué)生積極性、提升對化學(xué)興趣的各種情境或相關(guān)景物,就是化學(xué)情景。一般來說,化學(xué)情景可以是看得到、摸的著、可感知的,也可以是虛構(gòu)的、口述的、看不到的景物,但其一定是大家都能夠體會到的事物。很多實例也證明了學(xué)生的創(chuàng)造性思維的產(chǎn)生、知識的獲得,綜合運用能力的提高,都離不開教學(xué)中化學(xué)情景的設(shè)置。化學(xué)情景設(shè)置的巧妙與科學(xué),是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的有效手段。創(chuàng)設(shè)化學(xué)情景,可以從如下兩方面構(gòu)建:
(一)從生活中的經(jīng)歷創(chuàng)設(shè)情景
現(xiàn)實的生活是我們學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),也是我們獲得新識的有效渠道,那么在教學(xué)過程中,我們可以根據(jù)學(xué)生的生活經(jīng)歷和經(jīng)驗,在其原有的知識平臺上通過引導(dǎo)來學(xué)習(xí)新的知識,建構(gòu)他們的知識體系,培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)能力,最終提高他們的綜合素養(yǎng)。
例如,在講授高一化學(xué)必修1的《化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用》時,物質(zhì)的量這個概念對于學(xué)生,是一個不太具體的抽象概念,怎樣引導(dǎo)學(xué)生利用其可感知的生活經(jīng)驗和現(xiàn)實感受來輔助教學(xué),這是需要巧妙設(shè)置的。
首先提出問題:大家知道一滴水中有無數(shù)的分子,要一個一個確定其中的分子個數(shù)是不現(xiàn)實的,也根本完成不了,但是化學(xué)變化的實質(zhì)是微觀粒子在參與的,那么有沒有方法能快速、準確的知道多少粒子參與反應(yīng)了呢?
情景一:平時大家去購物,經(jīng)常會聽到說“我買一箱可樂”或者有的顧客說“給我兩袋瓜子”,為什么他們不說買多少瓶可樂或多少顆瓜子呢?那么他們具體買了多少瓶可樂、多少瓜子呢?
情景二:同學(xué)們都有體會,在看電視娛樂節(jié)目的時候(如《爸爸去哪兒》),主持人都會邀請很多觀眾來參與錄制。同學(xué)們,設(shè)想一下,有何好方法可以一下子知道大概來了幾位嘉賓(大人和小孩都算數(shù))呢?
通過生活中的具體情景,大家能很容易的理解“一箱子飲料大約是12~16罐”,《爸爸去哪兒》上可以以“家庭”為單位進行人數(shù)清點,這樣學(xué)生可以明白“箱”以及“家庭”就是一個集體,一個基本的集合。通過生活中的經(jīng)驗,學(xué)生可以很容易的理解物質(zhì)的量的含義——實質(zhì)就是將一定數(shù)目的粒子作為一個集體的物理量,明白了n=N/NA的意義,這樣通過引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)性的主觀思考,既夯實了學(xué)生的知識基礎(chǔ),又訓(xùn)練了其捕捉知識點和掌握新知識的能力。
(二)化學(xué)實驗現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情景
化學(xué)是自然科學(xué)中以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,其通過實驗可以觀察到大量有趣的化學(xué)現(xiàn)象,這樣不但有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣還有助于加深知識的消化理解。在身臨其境的化學(xué)實驗中,可以塑造和培養(yǎng)嚴謹認真的科學(xué)態(tài)度,更可以顯著提升其手腦并用的實際應(yīng)用能力。所以,化學(xué)實驗兼具情境教學(xué)與新知識教育雙重意義。通過科學(xué)的創(chuàng)設(shè)情景,利于學(xué)生掌握運用新知識。
例如,在講授必修1化學(xué)的離子反應(yīng)中,可以讓同學(xué)們分別觀察。
實驗1:在0.5mol/L的Na2CO3溶液中逐滴滴加等濃度的HCl溶液。
實驗2:在0.5mol/L的HCl溶液中逐滴滴加等濃度的Na2CO3溶液。
通過觀察,發(fā)現(xiàn)實驗1在逐滴滴加稀HCl的時候,不會看到有氣泡出現(xiàn),但在加入稀HCl一段時間之后,才發(fā)現(xiàn)有大量的氣泡出現(xiàn);實驗2的現(xiàn)象是滴加Na2CO3溶液時,立即出現(xiàn)大量的氣泡,有大量的氣體生成。
設(shè)置問題:為什么相同的反應(yīng)物,相同的反應(yīng)條件,為什么實驗現(xiàn)象是完全不同?
通過實驗現(xiàn)象的不同以及問題的提出,充分調(diào)動學(xué)生的思考積極性,有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的思考問題解決問題的能力,有助于學(xué)生深入了解化學(xué)新課改中實驗探究的學(xué)習(xí)方法。
在化學(xué)教學(xué)中,情景設(shè)置方法還有很多。例如,可以利用新聞事件創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景,可以通過角色扮演來創(chuàng)設(shè)情景,也可以利用現(xiàn)在發(fā)達的多媒體技術(shù)來創(chuàng)設(shè)情景,吸引學(xué)生的興趣等方法。總之,老師可以通過自己在化學(xué)新課改的教學(xué)中,根據(jù)自己的體會和課程內(nèi)容來設(shè)置教學(xué)情景,提高學(xué)生捕獲新知識的興趣,進而喚醒主動學(xué)習(xí)的欲望,有助于其建立關(guān)聯(lián)性記憶思維,理解具體情景所傳遞出的科學(xué)概念,加深對新知識的理解和記憶程度,達到意想不到的高效率教學(xué)效果。
二、結(jié)束語
關(guān)鍵詞:高中化學(xué) 情境教學(xué) 示例 探討
新課程的理念是:要培養(yǎng)能適應(yīng)社會發(fā)展并具有動手能力、情感豐富、能面對挫折的人才,而不是培養(yǎng)沒有獨立思想的應(yīng)聲者。那么如何能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標呢?特別是在化學(xué)教學(xué)中我們應(yīng)該怎么做才能實現(xiàn)新課程的目標呢?本人認為可以通過不同的課堂情境來實現(xiàn)這些目標。
那么我們的課堂情境都有哪些方式?如何創(chuàng)設(shè)的呢?根據(jù)化學(xué)教學(xué)的學(xué)科特點及教學(xué)的基本要求,可以從以下五點來創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境:
一、利用生活創(chuàng)設(shè)情境教學(xué)
學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,接觸到的各類知識是比較局限的。因此教師創(chuàng)設(shè)的情境應(yīng)力求與學(xué)生的生活背景和知識背景密切相關(guān),同時又必須是學(xué)生感興趣的素材。這樣才能促進學(xué)生在自然和諧的學(xué)習(xí)情境中主動參與、積極實踐和探索,體會化學(xué)知識的產(chǎn)生、形成和發(fā)展過程,掌握必要的基礎(chǔ)知識和基本技能,獲得積極的情感體驗,感受化學(xué)的價值。那么我們?nèi)绾螒?yīng)用生活背景來創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境呢?教師在課堂教學(xué)時可以充分利用生活中生動具體的事實或問題來呈現(xiàn)學(xué)習(xí)情境,其中包括日常生活中與所學(xué)內(nèi)容有關(guān)的物品、現(xiàn)象以及與化學(xué)有關(guān)的社會熱點問題等。
例:在化學(xué)必修一第一章第二節(jié)《化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用》中學(xué)習(xí)的新的物理量—————物質(zhì)的量,這是學(xué)生接觸的首個關(guān)于微觀粒子計量的物理量,課標的要求是學(xué)生能夠應(yīng)用物理量進行計算,并理解該物理量的意義。這時候就可以從生活中情境進行引入,可提出問題:家里取鹽取味精等小顆粒物的方法,為什么不像取白菜、黃瓜等是數(shù)顆數(shù)?學(xué)生很容易得到答案和結(jié)論,通常用勺子取或稱量,原因是鹽、味精等顆粒太小不好數(shù),而白菜、黃瓜等個體大容易數(shù)清楚,從而使學(xué)生認識到對于微觀粒子是不能通過數(shù)其顆數(shù)來確定量的多少,從而激起學(xué)生的求知欲。然后又從生活中的例子,如:一打雞蛋、一件啤酒等,讓學(xué)生建立集體的概念,從而順理成章引出物質(zhì)的量這一表示集體的物理量。
在化學(xué)教學(xué)中通過生活創(chuàng)建情境的例子很多。通過生活來創(chuàng)設(shè)情境可以引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)角度、化學(xué)方法去觀察和思考日常生活、生產(chǎn)、社會發(fā)展、科技進步及環(huán)境改善等方面的典型問題。
二、利用實驗創(chuàng)設(shè)情境教學(xué)
化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。因此,實驗在化學(xué)中極為重要。化學(xué)實驗對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、啟迪學(xué)生思維、培養(yǎng)科學(xué)方法和創(chuàng)新能力均能產(chǎn)生積極有效的作用。通過實驗來創(chuàng)設(shè)情境在化學(xué)教學(xué)中具有舉足輕重的地位。
例:在進行氫氧化鋁的兩性教學(xué)中,設(shè)置如下實驗情境:
氫氧化鋁怎樣制備?學(xué)生很容易想到利用鋁鹽和堿來制備,讓學(xué)生按自己的想法來操作。
1.實驗:制備氫氧化鋁,學(xué)生分成兩組
甲組:用氫氧化鈉與氯化鋁制備氫氧化鋁
乙組:用氨水與氯化鋁制備氫氧化鋁
看哪個組制得的氫氧化鋁多?(學(xué)生誤以為加的藥品越多,生成的氫氧化鋁越多。)
2.實驗中,加氫氧化鈉溶液的那組學(xué)生發(fā)現(xiàn),氫氧化鈉多了,沉淀反而沒有了,這是怎么回事?
探究:指導(dǎo)乙組學(xué)生向所得沉淀中加入氫氧化鈉溶液,結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉淀溶解了。
歸納:很自然的讓學(xué)生掌握了氫氧化鋁的兩性與氫氧化鋁的制備。
上述情境的設(shè)計讓學(xué)生從實驗中得出問題,打破了學(xué)生的思維疲軟,激起了學(xué)生思維的浪花。培養(yǎng)了學(xué)生的實驗?zāi)芰徒鉀Q問題的能力,體驗了知識的形成過程。
探究性實驗課是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究思想和科學(xué)探究精神的專題課和突破口。教師既要充分考慮學(xué)生的探究基礎(chǔ),又要考慮每一個探究性實驗的教學(xué)目的——讓學(xué)生在具體內(nèi)容的探究過程中學(xué)會一種科學(xué)探究方法,領(lǐng)悟相關(guān)科學(xué)探究思想。探究性實驗課是要求學(xué)生在教師的“適當(dāng)”引導(dǎo)下自主進行的學(xué)習(xí)活動,教師對探究活動的準備和組織過程都比通常的學(xué)生實驗課難度大、要求高。教師要充分意識到,學(xué)生在探究過程中的反復(fù)、挫折、失敗、成功、感悟等每一種體驗,都是探究性實驗課的探究結(jié)果和教學(xué)目的。
三、利用問題創(chuàng)設(shè)情境教學(xué)
心理學(xué)研究表明,只有當(dāng)認知結(jié)構(gòu)與外界刺激產(chǎn)生不平衡時,才能引發(fā)學(xué)習(xí)的需要。問題情境能夠激發(fā)學(xué)生的探究精神,引發(fā)認知結(jié)構(gòu)與知識結(jié)構(gòu)之間的不和諧,從而產(chǎn)生認知沖突,這種沖突會讓學(xué)生帶著渴望去解決問題。
例:在進行鈉的化合物的教學(xué)中,利用學(xué)生只知道水能滅火,卻不知道水還能“生火”情況下,讓學(xué)生甲做“滴水生火”的實驗,實驗現(xiàn)象讓學(xué)生的思維受到了很大的沖擊,感到新奇、疑惑。進而又讓學(xué)生乙做“吹氣生火”的實驗,看到這些實驗現(xiàn)象,學(xué)生會更加好奇,這時提出相關(guān)問題:為什么會產(chǎn)生上述的現(xiàn)象呢?難道滴的是“圣水”?吹的是“仙氣”嗎?這樣激活了學(xué)生的思維,產(chǎn)生了認知沖突,讓學(xué)生帶著求知欲去學(xué)習(xí)Na2O2的性質(zhì)。
上述問題情境的設(shè)計,利用了學(xué)生認知結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào),創(chuàng)設(shè)了一個有趣而矛盾的問題情境和良好的認知環(huán)境來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。
學(xué)習(xí)化學(xué)需要探究,而學(xué)生必須有問題可探究。教師是學(xué)習(xí)的組織者和引導(dǎo)者,在課堂教學(xué)中,應(yīng)充分考慮問題的設(shè)計與處理,做到教學(xué)目標、教學(xué)過程問題化。問題創(chuàng)設(shè)不但要聯(lián)系學(xué)生實際,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,更要能體現(xiàn)有效激發(fā)學(xué)生的化學(xué)思維,并能引導(dǎo)學(xué)生將思維聚集于情境內(nèi)所隱含的化學(xué)知識、化學(xué)方法上。教師課講得好,不如問得好,因為前者是以教師為主,采用傳授式教學(xué),而后者是以設(shè)置問題為主,體現(xiàn)學(xué)生的主體性。
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