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在高中有機化學中,有一類求混合物中某種元素質量分數的考題,同學們常感到無處入手,其實仔細分析不難發現,這類習題有一定的解題技巧,現將其解法分類舉例說明如下。
一、利用兩種元素的質量比一定求解
例1.甲醛和某烯烴的混合物含氫的質量分數為x,則含氧的質量分數為()。
解析:由甲醛分子式CH2O和烯烴通式CnH2n可知,二者不論以何種比例混合,C與H的質量比均為6∶1。含氫的質量分數為x,含碳的質量分數為6x,則含氧的質量分數為1-x-6x=1-7x。
練習1.某一溫度下,將20克乙炔、30克苯乙烯依次溶于40克苯中,所得混合溶液中氫元素的質量分數為()。
二、利用分子通式求解
例2.甲醛、乙醛、丙醛組成的混合物中,氫元素的質量分數為9%,則氧元素的質量分數為()。
解析:由甲醛、乙醛、丙醛的分子通式CnH2nO可知,混合物中C與H的質量比為6∶1,氫元素的質量分數為9%,碳元素的質量分數為6×9%=54%,則氧元素的質量分數為1-9%-54%=37%。
例3.有一系列有機化合物按以下順序排列:CH3℃H=CHCHO,CH3℃H=CHCH=CHCHO,CH3(CH=CH) 3℃HO…在該系列有機物中,分子中碳元素的質量分數的最大值接近于()。
解析:該系列有機化合物的分子通式為CH3(CH=CH)n℃HO,則混合物中w(C)=(2n+2)×12(44+26n)= (12n+12)/13n+22,當n∞時,w(C)=12/13≈92.3%。
練習2.下列是一系列α-氨基酸:
該同系列中碳元素的質量分數的最大值接近于()。
三、利用物質的相對分子質量相同求解
例4.將C6H5-CH3和C3H5(OH)3(甘油)以一定比例混合,測得混合物含碳51.3%,那么氧元素的質量分數為()。
解析:C6H5-CH3和C3H5(OH)3的相對分子質量均為92,且它們的分子中均含有8個H原子,故其混合物中w(H)=8/92≈8.7%,則w(O)=1-51.3%-8.7%=40%。
練習3.苯乙烯和羥基乙酸乙酯(HO-CH2-COOCH2℃H3)組成的混合物中,若碳元素的質量分數為70%,則氧元素的質量分數約為( )。
四、利用拆分分子式的方法求解
例5.乙炔、苯和乙醛的混合物中碳元素的質量分數為72%,則氧元素的質量分數為()。
解析:乙炔分子式為C2H2,苯分子式為C6H6,可寫成(C2H2)3,乙醛分子式為C2H4O,可拆分成C2H2•H2O,它們的混合物可看成(C2H2)n•H2O,即視為C2H2和H2O兩部分。因為w(C)=72%,則w(C2H2)=(26/24)×72%=78%,故w(H2O) =1-78%=22%,則w(O)=(16/18)×22% =19.56%。
練習4.經測定由C3H7OH和C6H12組成的混合物中氧元素的質量分數為8%,則此混合物中氫元素的質量分數為()。
關鍵詞:化學競賽;電化學;知識點;特點分析
G633.8
電化學弘揚了化學的重要價值,主要研究電解原理、電解池以及原電池等的原理,在金屬防護方面也有相關涉及。電化學與生活息息相關,一直受到很大的重視,是化學競賽必考的內容之一,出題較為活躍,在理論研究的基礎上進行延伸,充分對化學知識進行拓展和挖掘,有益于學生對化學這門學科的理解,與實驗相結合,激發學生對化學學習的興趣。因此,在競賽中,電化學這一方面值得大家的重視。
一、命題特點與難點分析
對于新材料、新的科技產品,命題人會著重分析,通過這類事物考察學生的分析能力和解決事情的能力。題目以新為主,靈活的運用知識點是學生必備的技能。由于電化學知識與生活相聯系,因此要培養學生的知識運用和理解能力,清楚的了解電化學在生活中的應用。在出題的時候,命題人還會降綠色化學融入試題,幫助強化學生對此概念的理解。對于電化學的學習,至關重要的就是將知識與實驗相結合,通過實驗,更好的將知識記牢以及對其深入的理解。
1.對電極的認識和確定分析
在解答電化學題目的過程中,應該對電極進行有效的認識和確定分析,在進行答題的過程中,大題的分析需要在電極的確定開始,明確的電極確定可以有效的對電化學大題進行分析,從而提高做題的效果。在題目分析的過程中,多數會以電化學的現象為提示和參考,利用出現的電化學現象來確定電極的正負,進一步對反應的發生進行系統的分析。另外在進行分析之前,需要首先確定電化學的類型,電化學的類型可以決定了反應的效果和現象。因此在進行答題分析之前,需要明確答題的基礎,另外還需要對電化學反應方程式有明確的記憶,在解答題目之前需要了解反應發生過程的現象,對現象和反應前后的物質進行分析,從而確定題目中用到的電化學知識。在題目分析的過程中,對電極進行有效的認識和確定是解答電化學題目的基礎,同時也是對電化學知識進行有效合理分析的前提。
2.對電解過程的了解和分析
電解過程是電化學反應的重點,對于不同類型的電極和電解質會發生不同的反應,而滿足不同的需要。在對電解過程進行了解和分析的過程中,要對反應過程進行合理的控制,掌握電解反應過程各種操作的目的,同時應用到題目當中。例如在對電解過程進行分析中可以發現,有些題目中電解液中有一層選擇性膜,這種選擇性膜的設置可以控制電解液中的離子運動,對反應現象進行相應的變動。結合不同的反應類型,電解液的選擇也需要進行控制,同時電解液中的成分分析也可以對題目進行深入的解讀,從而分析電解反應,有效的對電化學知識進行了解和分析。
3.規避試題中的誤區和易錯點
在對電化學知識進行考察的過程中可以發現,電化學知識較為復雜且多樣化,在分析的過程中應該有一定的順序性,這樣才不會發生疏漏。在分析的過程中應該細致的審查題目,對題目中的條件進行分析和了解,對可能發生的化學反應方程式進行羅列,對電化學反應的過程進行熟練的掌握,這樣才能有效的避免錯誤,進而提高解題的效果。在對題目進行分析的過程中,試題中會存在一些易錯的問題,而這些問題往往會成為大題解題的誤區和陷阱。有效的規避這些誤區和陷阱才能提高解題的準確率。在題目的考察上也會有一定的開放性題目,在分析的過程中應該與生活進行聯系,這樣才能提高題目的得分,從而對電化學知識有一定的應用意識,進而真正掌握相的電化學知識。
二、高中化學競賽試題化學知識點案例分析
在解題過程中當遇到信息生疏、思路障礙、概念模糊時,要自覺運用轉化思維,化陌生為熟悉、化抽象為形象、化繁雜為簡單,化含糊為明朗,從而拓展解題思路。轉化思維就是思維變通,條條大路通羅馬。轉化形式可以是概念轉化、組成轉化、物質轉化、表達方式轉化等,目的是信息等價替換,降低解題難度,進而達到解決問題的一種方法。數形轉化、司馬光砸缸等都是轉化思維的典例。
【例1】由乙炔、苯、乙醛組成的混合物、已知其中碳元素的質量分數為72.0%。試求氧元素的質量分數。
【解題思路】可將乙炔、苯、乙醛三種有機物進行化學式組成的變形轉化,即:C2H2、C6H6、C2H4O(CH)2、(CH)6、(CH)2?H2O(CH)n+H2O,碳元素的質量分數“CH”的質量分數“H2O”的質量分數氧元素的質量分數
【解】氧元素的質量分數=(172.0%×13/12)×16/18=19.6%
【例2】將固體MnC2O4?2H2O放在一個可以稱出質量的容器里加熱,固體質量隨溫度變化的關系如圖所示(相對原子質量:H 1.0,C 12.0, O 16.0,Mn 55.0 ),縱坐標是固體的相對質量。 說出在下列五個溫度區間各發生什么變化,并簡述理由: 0~50℃;50~100℃;100~214℃;214~280℃;280~943℃
【解題思路】圖示、圖表信息豐富,答案盡在圖表中顯現,故挖掘圖表內涵,轉化圖表信息,是解答圖形圖表類競賽題的關鍵。本題計算的基礎是如何將圖中相對失重的信息轉化為解題依據。
【解】轉化0~50℃時的圖示:圖像線段基本水平,說明是MnC2O4?2H2O穩定區域,MnC2O4?2H2O未分解。
轉化50~100℃時的圖示:圖像線段下坡,說明MnC2O4?2H2O(相對分子質量179)逐漸失水成為無水物MnC2O4(相對分子質量143),
MnC2O4?2H2O==MnC2O4+2H2O 143/179= 0.80
轉化100~214℃時的圖示:圖像線段基本水平,說明是MnC2O4 穩定區域,MnC2O4未分解。
轉化214~280℃時的圖示:圖像線段下坡,說明MnC2O4逐漸分解成為MnO(相對分子質量71),MnC2O4==MnO+CO+CO2 71/179 = 0.40
轉化280~943℃時的圖示:圖像線段有點上坡,說明固體增重,分解生成的MnO被O2氧化, 可能反應為3MnO+1/2O2==Mn3O4 (229×1/3)/179 = 0.43
三、結語
高中化學競賽試題中電化學知識的考察是重點,同時也是現階段學習的難點。在對電化學知識進行分析的過程中,熟練掌握相關知識,正確認識化學反應前后,了解相關應用知識,都可以提高電化學題目解題的全面性和準確性,進一步提高學生對化學知識的認識。
參考文獻:
[1]曾凡先.新課程背景下高中化學探究實驗教學的思考.《科學咨詢》.2015年4期
[2]崔躍東,高中化學探究教學研究.《新課程?中旬》.2015年3期
關鍵詞:教育游戲;初中;化學教學;應用
引言:化學作為初中課堂上的主要教學內容,對學生今后的學習和生活有著非常重要的作用,但是化W具有較強的概念性,而初中生又受到自身年齡、閱歷等方面的制約,對概念性知識的理解能力較差,為了解決這一問題就需要教師將教育游戲與教學內容進行有機結合,通過提高學生在課堂上的參與度,激發學生的學習興趣,從而提高教學的質量和效率。
一、教育游戲在初中化學教學中應用的意義
(一)豐富課堂內容
將教育游戲與教學內容進行合理的結合可以增加學生對知識的理解程度,通過提高學生在課堂上的參與度,使學生全身心地投入到化學的學習之中,與此同時,合理運用教育游戲還可以達到豐富課堂內容的效果,讓學生在輕松和諧的課堂氛圍中進行化學學習。
(二)提高教學質量
與化學相關的教育游戲種類繁多,具有內容和形式豐富多樣的特點,所以合理的運用教育游戲可以充分的調動起學生的積極性,讓學生主動對所學習的內容進行更深層次的探索,提高教學質量。
(三)提高教學效率
由于化學具有較強的概念性,而初中生很難對枯燥、無趣的概念性知識產生興趣,這對于提高初中生的化學水平是非常不利的,而將教育游戲引入課堂可以在一定程度上緩解化學的單調性,激發學生的學習興趣,達到提高教學效率的目的。
二、教育游戲在初中化學教學中的應用方法
(一)創設相關問題情境
隨著新課改的大力推行,學生在課堂上的主體作用逐漸被人們所熟知,這就需要教師及時轉變自身的教學理念,將激發學生的學習興趣作為教學的首要目標,通過引導和鼓勵的方式,讓學生主動對所學習的知識進行更深層次的思考和探索,從而提高學生的綜合能力。創設問題情境是激發學生的好奇心和積極性最有效的方法之一,所以教師可以將教學內容與教育游戲相結合,達到提高教學質量和效率的目的。例如,教師在對《質量守恒定律》進行講解的過程中,就可以將質量守恒定律的內容與學生們所熟知的“火洞”游戲相結合,即將燃燒物放入一個有窟窿的鐵皮罐頭之中,然后拿著拴在罐頭上的繩子對罐頭進行晃動,這時燃燒物就會開始燃燒,從而出現火焰。當教師在將課堂上通過錄像對這個游戲進行展示時,會充分的調動起學生的好奇心,此時教師再根據教學內容提出“在燃燒物進行燃燒時,需要不斷的向罐頭里添加新的燃燒物,那么罐頭的重量是不是會有所增加”等問題,引發學生的思考,而思考的過程就在很大程度上加深了學生對質量守恒定律的理解。
(二)突破教學內容中的重、難點
化學作為一門嚴謹的學科,包含了很多概念性的內容,這些概念就是學生在進行化學學習的過程中最主要的障礙,在傳統的教學方法中,教師通常會通過自己的口述對概念進行講解說明,但是由于初中生受到自身年齡、閱歷等方面的制約,還沒有形成相對完善的思維模式,所以僅僅通過教師的講述很難使他們對所學習的內容進行透徹的理解,這時就需要具象的事物進行輔助教學。在課堂上進行教育游戲不僅可以讓學生對所學習的知識進行全方位、多領域的了解,還可以通過提高學生在課堂上的參與度,激發學生的學習興趣。譬如,學生在對《燃燒和滅火》一課進行學習時,教師可以通過多媒體設施將火焰進行栩栩如生的展示,讓學生根據自己對知識的理解選擇可以撲滅火焰的方式,如果學生選擇正確,課件上就會出現該方法的滅火原理,如果學生選擇錯誤,那么電腦就會控制動畫,加大火勢,并且顯示出火災的嚴重后果,以此加學生的印象。運用教育游戲進行教學的好處在于可以讓學生通過自己的視覺和聽覺加深對知識的理解,并且激發起學生的好奇心,使他們主動對化學知識進行學習,提高教學質量和效率。
(三)對知識點進行鞏固
教師可以在課堂上適時地加入與教學內容相關的競賽類教育游戲,這樣做既能夠增加課堂的趣味性,同時又可以提高學生在課堂上的參與度,使他們全身心地投入到化學的學習中,達到鞏固所學知識的目的。例如,學生在對《物質的分類》一課進行學習后,教師可以將CaO、MgO、蒸餾水、純凈水等物質名稱寫在相應的卡片上,讓學生通過自己掌握的知識對卡片進行分類。也可以將學生分成兩個小組,由抽簽的方式決定哪組先行出題,出題的小組可以列舉出一種物質的分類,這時另外一個負責答題的小組就應當將該類別中所包括的物質進行選擇,回答正確可以獲得相應的分數,錯誤則要扣掉分數,最終分數高的那一組可以得到教師給予的獎勵。通過這種競爭類的教育游戲,可以讓學生在不知不覺中加深對于所學知識的印象,并且能夠在一定程度上引導學生形成合作意識,這對于提高學生的綜合素質是非常有利的。
(四)與實際生活相聯系
在進行化學教學的過程中,教師應當將教學內容與實際生活進行有機的結合,這樣不僅可以在一定程度上增加教學內容的趣味性,還可以減少學生由于剛接觸化學而產生的陌生感。例如,在學習《有機合成材料》一課時,教師可以讓學生將生活中常見的橡膠、不銹鋼等材料帶入課堂,讓學生點燃材料,通過材料在燃燒過程中發出的氣味和火焰的顏色對其材質進行判斷。這樣的教育游戲不僅會提高學生的實踐能力,還可以激發學生的學習興趣。
結論:綜上所述,在初中化學課堂上合理的運用教育游戲能夠提高教學的質量和效率,教師需要及時轉變自身的教學理念和方法,通過將教學內容與教育游戲相結合的方式,提高學生在課堂上的參與度,激發學生對化學的學習興趣,使學生主動對所學習的知識進行更深層次的探索,達到提高學生綜合素質的目的。
參考文獻:
[1]王文斌.初中化學教學課堂游戲的應用方法[J].好家長,2015,25:189.
關鍵詞 實驗;化學;探究實驗
中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2014)15-0144-02
化學學科是以實驗作為基礎的學科,化學實驗的學習是整個中學期間化學教學的基礎,能夠激發學生的學習興趣,開發學生的探究學習、思維想象的能力,對提升學生的科學素質有很大的幫助。實驗的教學包括探究性實驗和驗證性實驗等相關的教學模式,有的教師傾向于探究性實驗教學,而有的教師則更傾向于驗證性實驗的教學,但究竟哪種教學模式能夠給學生的學習帶來最大的幫助?本文通過中學化學實驗教學模式探索并發現,多種實驗模式結合起來,能夠為學生提供多樣的學習模式,對化學學科的學習也能夠事半功倍。
1 探究性實驗
探究性實驗作為新一輪課改的基本要求,是以教師為主導、學生為學習主體的教學模式。將探究性實驗納入課改之后的教學要求,就是為了培養學生探索求知、積極主動的學習精神和創造能力。
以下以探究固體物質在溶解于水的過程中熱量的變化為例,激發學生的思考探究能力,學生可在查閱相關資料并進行深入思考以后,提出自己的設計方案。現將學生具體設計的方案歸納如下。
1)用手直接接觸的方法,感受容器壁是否有溫度差的變化。這種方法對于反應前后溫差較大的物質較為適用。
2)將體系密封,用溫度計測量反應前后的溫度是否變化。
3)對于硝酸銨溶解于水的實驗,會發生吸熱現象,在反應容器底部放一片沾有水膜的玻璃片,在硝酸銨溶解的過程中,體系會吸熱,會使反應容器底部的水凝結,端起反應容器時,玻璃片會隨容器一起粘住。對于氫氧化鈉溶解于水的實驗,會發生放熱現象,可以在溶解反應以前在容器底部放一塊用石蠟粘住的玻璃片,在溶解反應結束以后,端起反應容器,會發現玻璃片與容器底分離的現象,說明反應體系放出了熱量,從而融化了石蠟,玻璃片才得以脫落。
4)配制飽和硝酸鉀溶液,蒸發水分使晶體析出,將其裝入試管中,在燒杯中做硝酸銨固體的溶解實驗,將試管置于燒杯中,觀察現象發現試管中的晶體不斷析出,從而說明硝酸銨溶解于水的過程為吸熱過程。做氫氧化鈉溶解的實驗時,發現試管中的晶體不斷減少,從而說明氫氧化鈉溶解屬于放熱過程。
5)在光口玻璃瓶中做氫氧化鈉的溶解實驗,在瓶口放置一塊冷的玻璃片,觀察玻璃片上水珠的變化,從而確定氫氧化鈉溶于水為放熱過程。
6)通過酒精受熱蒸發的現象,判斷反應為放熱過程還是吸熱過程。將兩個大燒杯中裝入同樣體積的水,將兩個裝有相同體積酒精的小燒杯置入其中,在其中一個大燒杯中放入氫氧化鈉,另一個不做處理,觀察現象。
7)利用分子擴散速度判斷反應是放熱過程還是吸熱過程,將兩個燒杯中加入等體積的水,其中一個燒杯加入適量氫氧化鈉,另一個不做處理,分別向兩個燒杯中滴加一滴紅墨水,觀察兩滴墨水的擴散程度現象。
8)利用白磷受熱易燃的現象,判斷反應放熱與吸熱情況。在燒杯中做氫氧化鈉溶解的實驗,在燒杯口放一載玻片,其上放有白磷,觀察現象。
9)利用空氣的熱脹冷縮觀察現象,判斷反應吸熱還是放熱。在集氣瓶中做硝酸銨的溶解實驗,集氣瓶口放一剝了皮的熟雞蛋密封瓶口,雞蛋會因溶解反應吸熱使集氣瓶中空氣冷縮壓強減小而掉進集氣瓶中。
10)在集氣瓶中裝入水溶解氫氧化鈉,在瓶口用橡皮塞封住,在橡皮塞中插入玻璃導管并用橡膠管連接一個U形管,U形管中裝入水,觀察U形管中的液柱變化情況。
11)在試管中做氫氧化鈉的溶解實驗,在管口用橡皮塞密封,橡皮塞中連接導管,導管另一端插入盛有水的燒杯中,觀察末端液柱的變化,判斷反應吸熱還是放熱。
12)將試管口用橡皮塞封住,橡皮塞中插入一導管,導管口朝外的一端套一個氣球,在試管中加水溶解氫氧化鈉,觀察氣球的變化。氫氧化鈉溶解后發現氣球因試管中的氣體受熱膨脹變大,從而說明氫氧化鈉溶解于水為放熱反應過程。
從上述例子可以看出,在化學的學習過程中充分發揮探究性實驗的優勢,就能夠不斷激發學生的主動創造能力和想象能力。教師給學生找好思維發揮的切入點,學生的可以開發的潛能就是不可估量的,并且學生所設計出來的方案具有很好的實用性,也往往會出乎教師的意外。若是能在化學的學習過程中盡可能多地創造這種學習的機會,那么學生對化學的學習也就能更上一層。
2 改進優化化學實驗
在化學的教學過程中,經常會遇到一些使學生難以理解、記憶的知識點,只要教師通過正確、形象生動的表現形式靈活地展現給學生,做一些改進優化的實驗吸引學生,增加學習的趣味性,就能夠很好地吸引學生集中精力將難點攻克。在進行制取氧氣的實驗時,教師往往通過傳統的教學方法,強調注意實驗過程中要防止試管爆裂,但對于不理解該實驗的學生來說根本不知道試管到底在什么時候會爆裂,又為什么試管會爆裂,因此只能根據教師所講死記硬背來掌握這個知識點。若教師能夠利用學生對于試管爆裂的好奇心設計一個爆裂的實驗,相信學生就會對此更加記憶猶新。
下面就是一個試管爆裂的實驗:找一個玻璃片在上面沾上水,用試管夾夾住玻璃片在酒精燈上加熱,觀察玻璃片是否出現爆裂現象;用試管夾夾住干燥的玻璃片,在酒精燈上加熱,然后在玻璃片上滴幾滴水,觀察玻璃片是否爆裂;取一試管用鐵架臺固定,管口用橡膠塞封住,中間連有玻璃導管,導管口連接橡皮管,將橡皮管的另一端放入盛有水的水槽中,對試管進行加熱,橡皮管口出現氣泡后停止加熱,先撤離酒精燈,觀察水槽中的水是否發生倒吸,導致試管炸裂。對此實驗不理解的會將炸裂誤認為是爆炸,如果設計以上反面實驗,就能夠充分理解炸裂的原因以及防止措施,若將此實驗安排在大家做制取氧氣實驗前,大家就會對本實驗有更深刻的理解和記憶。
3 驗證性實驗
質量守恒定律中反應以后溶質質量分數的計算相信困擾了不少學生,對此知識點難以理解,不能很好地記憶。如果教師能夠設計一個如下的針對實驗,就能夠幫助學生進行理解與掌握。
1)對于既不產生氣體又不產生沉淀的反應,如50 g稀硫酸與50 g質量分數為0.1%的NaOH溶液進行充分反應以后,求所得硫酸鈉的質量分數。
2)只生成氣體的反應,如50 g質量分數為0.5%的稀硫酸與10 g鋅片充分進行反應,求所得的硫酸鋅質量分數。
3)只生成沉淀的反應。如0 g質量分數為0.2%的硫酸銅溶液與50 g質量分數為0.1%的NaOH溶液進行充分反應,求所得硫酸鈉質量分數。
根據以上三個例子分別設計小實驗,通過實驗來驗證質量守恒定律的科學性。
1)利用電子天平對反應前所有儀器及反應物進行稱量,記下其質量作M0,然后使其發生反應,在充分反應之后,再用電子天平稱量所有儀器及反應物的質量,記作M1,對比M0與M1大小。
2)利用電子天平對燒杯、硫酸溶液及鋅片進行稱量,記作M2,并通過反應方程式算出所生成氫氣質量,記作M3,然后使其發生充分的反應,再次稱量總的質量,記作M4,實驗發現M4=M2-M3。
3)利用電子天平稱量燒杯、硫酸銅溶液及氫氧化鈉溶液的質量,記作M5,然后使其充分反應,過濾去除沉淀并稱量記作M6,最后稱量反應體系的總質量,記作M7,實驗結果發現M7=M5-M6。
通過以上三組實驗,就能夠使學生對質量守恒定律有一個更加宏觀的把握,對理論的理解更加透徹,對以實驗為基礎的化學學科更容易掌握了。
關鍵詞:溶液的配制與分析;教學設計;教學反思
文章編號:1008-0546(2016)10-0069-04 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.024
一、對教學內容的認識
1. 課程標準的要求和教材的編排
對于《化學1》中“溶液的配制與分析”,《普通高中化學課程標準(實驗)》的要求是“體會定量研究的方法對研究和學習化學的重要作用”,初步認識實驗、比較等科學方法以及“實驗方案設計、實驗條件控制、數據處理等方法在化學學習和科學研究中的應用”[1]。
蘇教版教材將“溶液的配制與分析”安排在《化學1》專題1“化學家眼中的物質世界”的第二單元“研究物質的實驗方法”之中,并編排在“物質的分離與提純”和“常見物質的檢驗”等主題之后。可見,教材是要讓學生了解溶液的配制與分析是研究物質的一種實驗方法,并引導學生對研究物質實驗方法的認識能從定性研究提高到定量研究的層面,以培養學生的定量意識和定量思維。
另外,從“化學家眼中的物質世界”專題所涉及的內容來看,“溶液的配制與分析”還能從“化學”和“科學”的視角,引導學生觀察生活、生產中的溶液與溶液配制,讓他們在認識“溶液的配制與分析”在生活生產應用的同時,“認識并欣賞化學科學對提高人類生活質量和促進社會發展的重要作用”[2]。
2. 學情基礎分析
學生在九年級化學學習中,已經學習了質量分數的概念以及一定質量分數溶液配制的方法,而且在與學生的交流中了解到他們對這部分知識掌握得比較牢固,幾乎所有的學生都能熟記質量分數的概念以及一定質量分數溶液配制方案中的實驗步驟、實驗儀器和操作要點。物質的量濃度與質量分數雖在表達溶液濃度時涉及的物理量不同,但在配制溶液實驗方案中實驗步驟、實驗儀器、實驗操作等方面有較大的相似度。引導學生從已有的質量分數概念和一定質量分數溶液的配制方案入手,通過比較、遷移,可以有效降低學生學習的難度,激發學生學習的興趣。
另外,初中化學實驗主要側重于定性實驗、驗證性實驗,雖然學生已掌握一定質量分數溶液的配制方法,但更多的是對實驗方案的識記、操作規范的訓練,學生未能真正理解概念與實驗方案間的密切關系,也就不能很好地將實驗方案的設計思路舉一反三。所以,本節內容的學習中,教學目標不能僅定位于對新實驗方案的識記,而應引導學生緊扣物質的量濃度的概念,設計實驗方案、細化實驗操作、分析實驗誤差,最終形成實驗設計的基本思路。
基于以上兩點,筆者將“溶液的配制與分析” 教學目標定位為:(1)從生活的視角感知溶液――多角度聯系實際,引導學生從生活的視角去觀察和關注生活中溶液濃度大小、溶液濃度的表達方式、溶液的配制等,體會溶液濃度與科學知識的關系,溶液的配制對生活生產的重要性以及科學研究方法對改變生活的重要作用,增強學生學習本節內容的興趣與熱情,學會感受和欣賞化學的社會價值。(2)從科學的視角研究溶液――引導學生運用“實驗”“比較”的科學方法,通過小組討論、自主遷移、自主建構和自我反思進行新知識的學習,讓學生在理解物質的量濃度概念、初步掌握配制一定物質的量濃度溶液方法的同時,增強定量意識,并初步建構實驗設計的基本思路。
二、教學流程
學習任務一:從不同的視角,認識溶液的“濃”和“稀”與生產、生活及科技的關系。
學習活動1:結合蘇軾《飲湖上初晴后雨》中的“欲把西湖比西子,淡妝濃抹總相宜”,體會詩人眼中“濃”和“稀”的寓意。
學生活動2:體會美食家、藝術家等對溶液“濃”和“稀”的看法。
學習活動3:以NaCl溶液為例,體會溶液“濃”和“稀”的含義,并思考鑒別濃食鹽水和稀食鹽水的方法。
學生活動4:結合下列材料,了解在科學家眼中溶液“濃”和“稀”蘊含的科學知識。
材料1:1916年,英國高性能軍用飛機發動機上首次使用乙二醇作為防凍液,而乙二醇的濃度與防凍液的凝固點密切相關。
材料2:世界上最大的運用反滲透原理進行水質純化的工廠位于沙特阿拉伯的朱拜勒,其中的有關技術參數與鹽水的濃度密不可分。
設計意圖:
(1)學習活動1、2將“溶液”放入詩的意境和生活情境中,引導學生從不同人的視角來理解溶液濃度大小與生活方方面面的密切關系。
(2)學習活動3一方面是引導學生運用初中所學的物理、化學、生物知識解決問題,如用物理學中的溶液濃度與密度的關系,化學中溶液濃度與溶解能力的關系,生物學中溶液濃度與細胞失水能力的關系;另一方面是揭示溶液濃度與科學知識的關系,引導學生從科學的視角認識溶液。
(3)學習活動4引導學生從科學家的視角更全面的認識溶液中蘊含的科學知識,使他們對溶液的認識從定性轉向定量,體會溶液濃度準確表達的重要性,同時自然過渡到認識溶液濃度定量表達方式的學習環節。
學習任務二:結合生活情境,認識溶液濃度的多種定量表達方式,初步認識溶質的物質的量濃度概念。
學習活動1:結合生活情境中的有關圖片,理解各種不同濃度表達方式的含義。
圖片:標有5%、52%vol、每100mL 3.0g、5.2×10-4 mol/L等濃度的葡萄糖注射液、白酒、牛奶的包裝盒及血檢報告單。
學習活動2:科學研究中常需要知道一定體積的溶液中所含溶質的物質的量,思考哪種溶液濃度的表達方式更合適。
設計意圖:引導學生認識溶液濃度表達方式的多樣性,在不同的領域或因不同的目的可以用不同的表達方式,而且這些濃度的表達方式都能體現溶質、溶劑、溶液三者之間的量的關系。幫助學生突破原有的溶質質量分數的認知框架,真正理解溶液濃度的含義,同時學習“物質的量濃度”的概念,并對“物質的量濃度”概念形成初步的認識。
學習任務三:初步學習配制一定物質的量濃度的溶液,并在實驗的設計中再次認識溶質的物質的量濃度的概念。
學生活動1:回憶初中學過的“配制一定質量分數溶液”的操作步驟和實驗用品。
學生活動2:以“配制一定質量分數溶液”的實驗操作為依據,設計“準確配制100 mL 0.1 mol?L-1 Na2CO3溶液”的實驗方案。
學生活動3:小組間互相評價、討論,在教師的指導下突破難點形成最終方案。
設計意圖:
(1)從學生的已有知識出發,引導學生運用遷移、比較的方法,設計配制一定物質的量濃度溶液的方案,以降低學生實驗設計的難度,激發學生實驗設計的興趣。
(2)讓學生在方案的設計中發現兩個實驗操作的主要差別,即“粗略配制”與“準確配制”、“溶液質量”與“溶液體積”的差別,從而再次認識和理解“物質的量濃度”的概念,并明確該實驗成功的關鍵點是確保溶質質量的準確性和溶液體積的準確性,從而引出準確控制溶液體積的量器――容量瓶的結構和使用方法。
(3)在實驗方案的設計過程中,始終引導學生將物質的量濃度的概念與實驗操作緊密結合起來,讓學生體會概念與實驗間的密切關系,逐步養成理論與實際相結合的思維方法。
學習任務四:初步學習實驗誤差分析的方法,并在反思中完善對實驗方案的設計。
學生實驗1:配制100 mL 0.1 mol?L-1 Na2CO3溶液。
學生實驗2:測定所配溶液的電導率值,并與標準溶液的電導率值進行比較。
學生活動:分析導致所配溶液誤差的原因,完善細化溶液配制的實驗方案。
設計意圖:
(1)通過實驗,讓學生感受到理論上的實驗設計和實際操作之間的“距離”。只有在真實的實踐過程中,才能發現實驗設計中未盡的細節之處,如溶解固體時所用水的量的控制,玻璃棒引流時操作的要點,溶液體積最終控制時膠頭滴管的使用等等,從而進一步認識到定量實驗的設計需要不斷地完善和修正。
(2)讓學生從所配溶液電導率數值的誤差入手,回顧并反思實驗的各環節,分析造成所配溶液濃度誤差的原因。并引導學生歸納總結出誤差分析的依據是物質的量濃度的概念,從而讓學生進一步認識理論與實際相結合的意義。
學習任務五:梳理提煉,初步形成定量實驗設計的一般思路。
學生活動:在教師的引導下,建構定量實驗設計的一般思路(如圖1)。
設計意圖:結構化的知識,有利于學生的遷移和應用。
學習任務六:從生活的角度,認識溶液配制在生活中的應用。
圖片:溶液配制在農藥稀釋、消毒液配制、鍍銀工藝、水再生處理中的應用。
設計意圖:從更廣闊的視野認識溶液的配制,再次體會科學技術對生活、生產的影響。
學習任務七:歸納總結,布置作業。
學習活動:談談現在眼中溶液“濃”和“稀”的變化。
作業布置:在生活中尋找與溶液濃度、溶液配制有關的素材,從科學的視角分析其中的知識和方法。
設計意圖:再次回到“眼中的世界”,意在讓學生從生活、化學的角度重新審視自己對溶液濃度及溶液配制的認識,體會在學科知識、學科方法和學科觀念等方面的收獲。
三、教學反思
1. 注重教學內容的“大風范”
“溶液的配制與分析”的常規教學一般是將其定位于實驗教學,教學內容上側重物質的量濃度溶液的配制,多采用教師講解演示與學生模仿演練相結合的教學方法。筆者在設計該課時,將“溶液”作為主角,以“眼中的物質世界”為主線,讓學生嘗試從不同的角度對“溶液”進行新的認識,并在學習過程中不斷豐富、拓展,旨在讓學生從生活、科學的角度更深入認識和了解溶液濃度大小對性質的影響,認識溶液濃度表示方法的多樣性和必要性,以及理解學習不同濃度溶液配制方法的實際意義。也就是說,本節課教學內容的設計重點并不在概念的計算應用、溶液配制方案的識記、實驗操作的規范、實驗數據的分析等方面,而是著眼于化學概念、化學實驗方案設計、實驗操作要點、數據分析方法等要素間的相關性,讓學生在設計、測量、分析、反思、歸納的過程中掌握定量實驗設計與分析的一般方法(如圖2)。唯有將學習置于這樣“大”的情境和“大”的目標追求之中,學生才能有更大的胸襟和情懷,在掌握化學學習和科學實踐方法的同時,更好地體會化學的價值與意義,并獲得自身更好的長遠的發展。
2. 注重教學過程的“強邏輯”
“溶液的配制與分析”的常規教學過程一般是按物質的量濃度的概念、物質的量濃度的有關計算、一定物質的量濃度溶液的配制、誤差分析等為主線順勢展開的。筆者在教學中設計了三條主線:(1)以溶液濃度為主線,從濃度大小對物質性質的影響到生活中溶液濃度的不同表示方式及含義,再到溶液的配制方法,最后回到生活中溶液配制的意義。(2)以溶液的配制方法為主線,從熟知的配制一定質量分數的溶液到探究如何準確配制一定物質的量濃度的溶液。(3)以物質的量濃度概念為主線,將溶液配制、誤差分析緊密融合起來。三條主線相互融合滲透,相互補充。其中第三條主線的設計如圖3。
從圖3可以看出,學生對“物質的量濃度”概念的理解并不是一步到位的,而是讓學生在實驗設計中通過“質量分數”和“物質的量濃度”的概念的分析比較,“一定質量分數溶液配制方案”的遷移運用,深化了對物質的量濃度概念的理解。在溶液的配制過程中,本節課也并未采用傳統的教師講解示范、學生模仿演練的學習方法,而是大膽放手讓學生在實踐中體會學習,在誤差分析中反思提高,從而不斷完善細化實驗方案,并再一次歸納總結出物質的量濃度的概念是誤差分析的重要依據,再一次地認識概念并運用概念。整節課學生的認知過程體現了從已有的質量分數遷移到物質的量濃度,從茫然遷移應用配制一定質量分數溶液的方案到理性思考,最終形成“認識―應用―再認識―再應用”的認知方式,讓學生深刻體會到概念在實驗設計和誤差分析中的主導作用,更有利于學生在學習過程中逐步形成理論與實際相結合的思維方式。
3. 注重學生活動的“多層次”
本節課的設計始終以學生活動為主,外顯的活動有讓學生體會溶液濃度大小對生活、科技的影響,生活中不同濃度表達方式的含義,實驗方案的設計,配制溶液的方案,測量所配溶液的導電率等。內隱的活動主要包括兩條線,一是思維活動,遷移已有知識設計實驗方案、反思實驗設計的缺陷、完善實驗方案、進行誤差分析;二是情感體驗活動,感受溶液濃度大小與配制在生活、科技發展中的意義,感受實驗設計的嚴謹,感受科學實驗的不易,感受化學概念與實驗間的密切關系。只有充分調動學生多層次的活動,才能真正讓學生認識化學,理解化學,掌握化學學習的方法。