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在高中有机化学中,有一类求混合物中某种元素质量分数的考题,同学们常感到无处入手,其实仔细分析不难发现,这类习题有一定的解题技巧,现将其解法分类举例说明如下。
一、利用两种元素的质量比一定求解
例1.甲醛和某烯烃的混合物含氢的质量分数为x,则含氧的质量分数为()。
解析:由甲醛分子式CH2O和烯烃通式CnH2n可知,二者不论以何种比例混合,C与H的质量比均为6∶1。含氢的质量分数为x,含碳的质量分数为6x,则含氧的质量分数为1-x-6x=1-7x。
练习1.某一温度下,将20克乙炔、30克苯乙烯依次溶于40克苯中,所得混合溶液中氢元素的质量分数为()。
二、利用分子通式求解
例2.甲醛、乙醛、丙醛组成的混合物中,氢元素的质量分数为9%,则氧元素的质量分数为()。
解析:由甲醛、乙醛、丙醛的分子通式CnH2nO可知,混合物中C与H的质量比为6∶1,氢元素的质量分数为9%,碳元素的质量分数为6×9%=54%,则氧元素的质量分数为1-9%-54%=37%。
例3.有一系列有机化合物按以下顺序排列:CH3℃H=CHCHO,CH3℃H=CHCH=CHCHO,CH3(CH=CH) 3℃HO…在该系列有机物中,分子中碳元素的质量分数的最大值接近于()。
解析:该系列有机化合物的分子通式为CH3(CH=CH)n℃HO,则混合物中w(C)=(2n+2)×12(44+26n)= (12n+12)/13n+22,当n∞时,w(C)=12/13≈92.3%。
练习2.下列是一系列α-氨基酸:
该同系列中碳元素的质量分数的最大值接近于()。
三、利用物质的相对分子质量相同求解
例4.将C6H5-CH3和C3H5(OH)3(甘油)以一定比例混合,测得混合物含碳51.3%,那么氧元素的质量分数为()。
解析:C6H5-CH3和C3H5(OH)3的相对分子质量均为92,且它们的分子中均含有8个H原子,故其混合物中w(H)=8/92≈8.7%,则w(O)=1-51.3%-8.7%=40%。
练习3.苯乙烯和羟基乙酸乙酯(HO-CH2-COOCH2℃H3)组成的混合物中,若碳元素的质量分数为70%,则氧元素的质量分数约为( )。
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质量分数为72%,则氧元素的质量分数为()。
解析:乙炔分子式为C2H2,苯分子式为C6H6,可写成(C2H2)3,乙醛分子式为C2H4O,可拆分成C2H2•H2O,它们的混合物可看成(C2H2)n•H2O,即视为C2H2和H2O两部分。因为w(C)=72%,则w(C2H2)=(26/24)×72%=78%,故w(H2O) =1-78%=22%,则w(O)=(16/18)×22% =19.56%。
练习4.经测定由C3H7OH和C6H12组成的混合物中氧元素的质量分数为8%,则此混合物中氢元素的质量分数为()。
关键词:化学竞赛;电化学;知识点;特点分析
G633.8
电化学弘扬了化学的重要价值,主要研究电解原理、电解池以及原电池等的原理,在金属防护方面也有相关涉及。电化学与生活息息相关,一直受到很大的重视,是化学竞赛必考的内容之一,出题较为活跃,在理论研究的基础上进行延伸,充分对化学知识进行拓展和挖掘,有益于学生对化学这门学科的理解,与实验相结合,激发学生对化学学习的兴趣。因此,在竞赛中,电化学这一方面值得大家的重视。
一、命题特点与难点分析
对于新材料、新的科技产品,命题人会着重分析,通过这类事物考察学生的分析能力和解决事情的能力。题目以新为主,灵活的运用知识点是学生必备的技能。由于电化学知识与生活相联系,因此要培养学生的知识运用和理解能力,清楚的了解电化学在生活中的应用。在出题的时候,命题人还会降绿色化学融入试题,帮助强化学生对此概念的理解。对于电化学的学习,至关重要的就是将知识与实验相结合,通过实验,更好的将知识记牢以及对其深入的理解。
1.对电极的认识和确定分析
在解答电化学题目的过程中,应该对电极进行有效的认识和确定分析,在进行答题的过程中,大题的分析需要在电极的确定开始,明确的电极确定可以有效的对电化学大题进行分析,从而提高做题的效果。在题目分析的过程中,多数会以电化学的现象为提示和参考,利用出现的电化学现象来确定电极的正负,进一步对反应的发生进行系统的分析。另外在进行分析之前,需要首先确定电化学的类型,电化学的类型可以决定了反应的效果和现象。因此在进行答题分析之前,需要明确答题的基础,另外还需要对电化学反应方程式有明确的记忆,在解答题目之前需要了解反应发生过程的现象,对现象和反应前后的物质进行分析,从而确定题目中用到的电化学知识。在题目分析的过程中,对电极进行有效的认识和确定是解答电化学题目的基础,同时也是对电化学知识进行有效合理分析的前提。
2.对电解过程的了解和分析
电解过程是电化学反应的重点,对于不同类型的电极和电解质会发生不同的反应,而满足不同的需要。在对电解过程进行了解和分析的过程中,要对反应过程进行合理的控制,掌握电解反应过程各种操作的目的,同时应用到题目当中。例如在对电解过程进行分析中可以发现,有些题目中电解液中有一层选择性膜,这种选择性膜的设置可以控制电解液中的离子运动,对反应现象进行相应的变动。结合不同的反应类型,电解液的选择也需要进行控制,同时电解液中的成分分析也可以对题目进行深入的解读,从而分析电解反应,有效的对电化学知识进行了解和分析。
3.规避试题中的误区和易错点
在对电化学知识进行考察的过程中可以发现,电化学知识较为复杂且多样化,在分析的过程中应该有一定的顺序性,这样才不会发生疏漏。在分析的过程中应该细致的审查题目,对题目中的条件进行分析和了解,对可能发生的化学反应方程式进行罗列,对电化学反应的过程进行熟练的掌握,这样才能有效的避免错误,进而提高解题的效果。在对题目进行分析的过程中,试题中会存在一些易错的问题,而这些问题往往会成为大题解题的误区和陷阱。有效的规避这些误区和陷阱才能提高解题的准确率。在题目的考察上也会有一定的开放性题目,在分析的过程中应该与生活进行联系,这样才能提高题目的得分,从而对电化学知识有一定的应用意识,进而真正掌握相的电化学知识。
二、高中化学竞赛试题化学知识点案例分析
在解题过程中当遇到信息生疏、思路障碍、概念模糊时,要自觉运用转化思维,化陌生为熟悉、化抽象为形象、化繁杂为简单,化含糊为明朗,从而拓展解题思路。转化思维就是思维变通,条条大路通罗马。转化形式可以是概念转化、组成转化、物质转化、表达方式转化等,目的是信息等价替换,降低解题难度,进而达到解决问题的一种方法。数形转化、司马光砸缸等都是转化思维的典例。
【例1】由乙炔、苯、乙醛组成的混合物、已知其中碳元素的质量分数为72.0%。试求氧元素的质量分数。
【解题思路】可将乙炔、苯、乙醛三种有机物进行化学式组成的变形转化,即:C2H2、C6H6、C2H4O(CH)2、(CH)6、(CH)2・H2O(CH)n+H2O,碳元素的质量分数“CH”的质量分数“H2O”的质量分数氧元素的质量分数
【解】氧元素的质量分数=(172.0%×13/12)×16/18=19.6%
【例2】将固体MnC2O4・2H2O放在一个可以称出质量的容器里加热,固体质量随温度变化的关系如图所示(相对原子质量:H 1.0,C 12.0, O 16.0,Mn 55.0 ),纵坐标是固体的相对质量。 说出在下列五个温度区间各发生什么变化,并简述理由: 0~50℃;50~100℃;100~214℃;214~280℃;280~943℃
【解题思路】图示、图表信息丰富,答案尽在图表中显现,故挖掘图表内涵,转化图表信息,是解答图形图表类竞赛题的关键。本题计算的基础是如何将图中相对失重的信息转化为解题依据。
【解】转化0~50℃时的图示:图像线段基本水平,说明是MnC2O4・2H2O稳定区域,MnC2O4・2H2O未分解。
转化50~100℃时的图示:图像线段下坡,说明MnC2O4・2H2O(相对分子质量179)逐渐失水成为无水物MnC2O4(相对分子质量143),
MnC2O4・2H2O==MnC2O4+2H2O 143/179= 0.80
转化100~214℃时的图示:图像线段基本水平,说明是MnC2O4 稳定区域,MnC2O4未分解。
转化214~280℃时的图示:图像线段下坡,说明MnC2O4逐渐分解成为MnO(相对分子质量71),MnC2O4==MnO+CO+CO2 71/179 = 0.40
转化280~943℃时的图示:图像线段有点上坡,说明固体增重,分解生成的MnO被O2氧化, 可能反应为3MnO+1/2O2==Mn3O4 (229×1/3)/179 = 0.43
三、结语
高中化学竞赛试题中电化学知识的考察是重点,同时也是现阶段学习的难点。在对电化学知识进行分析的过程中,熟练掌握相关知识,正确认识化学反应前后,了解相关应用知识,都可以提高电化学题目解题的全面性和准确性,进一步提高学生对化学知识的认识。
参考文献:
[1]曾凡先.新课程背景下高中化学探究实验教学的思考.《科学咨询》.2015年4期
[2]崔跃东,高中化学探究教学研究.《新课程・中旬》.2015年3期
关键词:教育游戏;初中;化学教学;应用
引言:化学作为初中课堂上的主要教学内容,对学生今后的学习和生活有着非常重要的作用,但是化W具有较强的概念性,而初中生又受到自身年龄、阅历等方面的制约,对概念性知识的理解能力较差,为了解决这一问题就需要教师将教育游戏与教学内容进行有机结合,通过提高学生在课堂上的参与度,激发学生的学习兴趣,从而提高教学的质量和效率。
一、教育游戏在初中化学教学中应用的意义
(一)丰富课堂内容
将教育游戏与教学内容进行合理的结合可以增加学生对知识的理解程度,通过提高学生在课堂上的参与度,使学生全身心地投入到化学的学习之中,与此同时,合理运用教育游戏还可以达到丰富课堂内容的效果,让学生在轻松和谐的课堂氛围中进行化学学习。
(二)提高教学质量
与化学相关的教育游戏种类繁多,具有内容和形式丰富多样的特点,所以合理的运用教育游戏可以充分的调动起学生的积极性,让学生主动对所学习的内容进行更深层次的探索,提高教学质量。
(三)提高教学效率
由于化学具有较强的概念性,而初中生很难对枯燥、无趣的概念性知识产生兴趣,这对于提高初中生的化学水平是非常不利的,而将教育游戏引入课堂可以在一定程度上缓解化学的单调性,激发学生的学习兴趣,达到提高教学效率的目的。
二、教育游戏在初中化学教学中的应用方法
(一)创设相关问题情境
随着新课改的大力推行,学生在课堂上的主体作用逐渐被人们所熟知,这就需要教师及时转变自身的教学理念,将激发学生的学习兴趣作为教学的首要目标,通过引导和鼓励的方式,让学生主动对所学习的知识进行更深层次的思考和探索,从而提高学生的综合能力。创设问题情境是激发学生的好奇心和积极性最有效的方法之一,所以教师可以将教学内容与教育游戏相结合,达到提高教学质量和效率的目的。例如,教师在对《质量守恒定律》进行讲解的过程中,就可以将质量守恒定律的内容与学生们所熟知的“火洞”游戏相结合,即将燃烧物放入一个有窟窿的铁皮罐头之中,然后拿着拴在罐头上的绳子对罐头进行晃动,这时燃烧物就会开始燃烧,从而出现火焰。当教师在将课堂上通过录像对这个游戏进行展示时,会充分的调动起学生的好奇心,此时教师再根据教学内容提出“在燃烧物进行燃烧时,需要不断的向罐头里添加新的燃烧物,那么罐头的重量是不是会有所增加”等问题,引发学生的思考,而思考的过程就在很大程度上加深了学生对质量守恒定律的理解。
(二)突破教学内容中的重、难点
化学作为一门严谨的学科,包含了很多概念性的内容,这些概念就是学生在进行化学学习的过程中最主要的障碍,在传统的教学方法中,教师通常会通过自己的口述对概念进行讲解说明,但是由于初中生受到自身年龄、阅历等方面的制约,还没有形成相对完善的思维模式,所以仅仅通过教师的讲述很难使他们对所学习的内容进行透彻的理解,这时就需要具象的事物进行辅助教学。在课堂上进行教育游戏不仅可以让学生对所学习的知识进行全方位、多领域的了解,还可以通过提高学生在课堂上的参与度,激发学生的学习兴趣。譬如,学生在对《燃烧和灭火》一课进行学习时,教师可以通过多媒体设施将火焰进行栩栩如生的展示,让学生根据自己对知识的理解选择可以扑灭火焰的方式,如果学生选择正确,课件上就会出现该方法的灭火原理,如果学生选择错误,那么电脑就会控制动画,加大火势,并且显示出火灾的严重后果,以此加学生的印象。运用教育游戏进行教学的好处在于可以让学生通过自己的视觉和听觉加深对知识的理解,并且激发起学生的好奇心,使他们主动对化学知识进行学习,提高教学质量和效率。
(三)对知识点进行巩固
教师可以在课堂上适时地加入与教学内容相关的竞赛类教育游戏,这样做既能够增加课堂的趣味性,同时又可以提高学生在课堂上的参与度,使他们全身心地投入到化学的学习中,达到巩固所学知识的目的。例如,学生在对《物质的分类》一课进行学习后,教师可以将CaO、MgO、蒸馏水、纯净水等物质名称写在相应的卡片上,让学生通过自己掌握的知识对卡片进行分类。也可以将学生分成两个小组,由抽签的方式决定哪组先行出题,出题的小组可以列举出一种物质的分类,这时另外一个负责答题的小组就应当将该类别中所包括的物质进行选择,回答正确可以获得相应的分数,错误则要扣掉分数,最终分数高的那一组可以得到教师给予的奖励。通过这种竞争类的教育游戏,可以让学生在不知不觉中加深对于所学知识的印象,并且能够在一定程度上引导学生形成合作意识,这对于提高学生的综合素质是非常有利的。
(四)与实际生活相联系
在进行化学教学的过程中,教师应当将教学内容与实际生活进行有机的结合,这样不仅可以在一定程度上增加教学内容的趣味性,还可以减少学生由于刚接触化学而产生的陌生感。例如,在学习《有机合成材料》一课时,教师可以让学生将生活中常见的橡胶、不锈钢等材料带入课堂,让学生点燃材料,通过材料在燃烧过程中发出的气味和火焰的颜色对其材质进行判断。这样的教育游戏不仅会提高学生的实践能力,还可以激发学生的学习兴趣。
结论:综上所述,在初中化学课堂上合理的运用教育游戏能够提高教学的质量和效率,教师需要及时转变自身的教学理念和方法,通过将教学内容与教育游戏相结合的方式,提高学生在课堂上的参与度,激发学生对化学的学习兴趣,使学生主动对所学习的知识进行更深层次的探索,达到提高学生综合素质的目的。
参考文献:
[1]王文斌.初中化学教学课堂游戏的应用方法[J].好家长,2015,25:189.
关键词 实验;化学;探究实验
中图分类号:G633.8 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2014)15-0144-02
化学学科是以实验作为基础的学科,化学实验的学习是整个中学期间化学教学的基础,能够激发学生的学习兴趣,开发学生的探究学习、思维想象的能力,对提升学生的科学素质有很大的帮助。实验的教学包括探究性实验和验证性实验等相关的教学模式,有的教师倾向于探究性实验教学,而有的教师则更倾向于验证性实验的教学,但究竟哪种教学模式能够给学生的学习带来最大的帮助?本文通过中学化学实验教学模式探索并发现,多种实验模式结合起来,能够为学生提供多样的学习模式,对化学学科的学习也能够事半功倍。
1 探究性实验
探究性实验作为新一轮课改的基本要求,是以教师为主导、学生为学习主体的教学模式。将探究性实验纳入课改之后的教学要求,就是为了培养学生探索求知、积极主动的学习精神和创造能力。
以下以探究固体物质在溶解于水的过程中热量的变化为例,激发学生的思考探究能力,学生可在查阅相关资料并进行深入思考以后,提出自己的设计方案。现将学生具体设计的方案归纳如下。
1)用手直接接触的方法,感受容器壁是否有温度差的变化。这种方法对于反应前后温差较大的物质较为适用。
2)将体系密封,用温度计测量反应前后的温度是否变化。
3)对于硝酸铵溶解于水的实验,会发生吸热现象,在反应容器底部放一片沾有水膜的玻璃片,在硝酸铵溶解的过程中,体系会吸热,会使反应容器底部的水凝结,端起反应容器时,玻璃片会随容器一起粘住。对于氢氧化钠溶解于水的实验,会发生放热现象,可以在溶解反应以前在容器底部放一块用石蜡粘住的玻璃片,在溶解反应结束以后,端起反应容器,会发现玻璃片与容器底分离的现象,说明反应体系放出了热量,从而融化了石蜡,玻璃片才得以脱落。
4)配制饱和硝酸钾溶液,蒸发水分使晶体析出,将其装入试管中,在烧杯中做硝酸铵固体的溶解实验,将试管置于烧杯中,观察现象发现试管中的晶体不断析出,从而说明硝酸铵溶解于水的过程为吸热过程。做氢氧化钠溶解的实验时,发现试管中的晶体不断减少,从而说明氢氧化钠溶解属于放热过程。
5)在光口玻璃瓶中做氢氧化钠的溶解实验,在瓶口放置一块冷的玻璃片,观察玻璃片上水珠的变化,从而确定氢氧化钠溶于水为放热过程。
6)通过酒精受热蒸发的现象,判断反应为放热过程还是吸热过程。将两个大烧杯中装入同样体积的水,将两个装有相同体积酒精的小烧杯置入其中,在其中一个大烧杯中放入氢氧化钠,另一个不做处理,观察现象。
7)利用分子扩散速度判断反应是放热过程还是吸热过程,将两个烧杯中加入等体积的水,其中一个烧杯加入适量氢氧化钠,另一个不做处理,分别向两个烧杯中滴加一滴红墨水,观察两滴墨水的扩散程度现象。
8)利用白磷受热易燃的现象,判断反应放热与吸热情况。在烧杯中做氢氧化钠溶解的实验,在烧杯口放一载玻片,其上放有白磷,观察现象。
9)利用空气的热胀冷缩观察现象,判断反应吸热还是放热。在集气瓶中做硝酸铵的溶解实验,集气瓶口放一剥了皮的熟鸡蛋密封瓶口,鸡蛋会因溶解反应吸热使集气瓶中空气冷缩压强减小而掉进集气瓶中。
10)在集气瓶中装入水溶解氢氧化钠,在瓶口用橡皮塞封住,在橡皮塞中插入玻璃导管并用橡胶管连接一个U形管,U形管中装入水,观察U形管中的液柱变化情况。
11)在试管中做氢氧化钠的溶解实验,在管口用橡皮塞密封,橡皮塞中连接导管,导管另一端插入盛有水的烧杯中,观察末端液柱的变化,判断反应吸热还是放热。
12)将试管口用橡皮塞封住,橡皮塞中插入一导管,导管口朝外的一端套一个气球,在试管中加水溶解氢氧化钠,观察气球的变化。氢氧化钠溶解后发现气球因试管中的气体受热膨胀变大,从而说明氢氧化钠溶解于水为放热反应过程。
从上述例子可以看出,在化学的学习过程中充分发挥探究性实验的优势,就能够不断激发学生的主动创造能力和想象能力。教师给学生找好思维发挥的切入点,学生的可以开发的潜能就是不可估量的,并且学生所设计出来的方案具有很好的实用性,也往往会出乎教师的意外。若是能在化学的学习过程中尽可能多地创造这种学习的机会,那么学生对化学的学习也就能更上一层。
2 改进优化化学实验
在化学的教学过程中,经常会遇到一些使学生难以理解、记忆的知识点,只要教师通过正确、形象生动的表现形式灵活地展现给学生,做一些改进优化的实验吸引学生,增加学习的趣味性,就能够很好地吸引学生集中精力将难点攻克。在进行制取氧气的实验时,教师往往通过传统的教学方法,强调注意实验过程中要防止试管爆裂,但对于不理解该实验的学生来说根本不知道试管到底在什么时候会爆裂,又为什么试管会爆裂,因此只能根据教师所讲死记硬背来掌握这个知识点。若教师能够利用学生对于试管爆裂的好奇心设计一个爆裂的实验,相信学生就会对此更加记忆犹新。
下面就是一个试管爆裂的实验:找一个玻璃片在上面沾上水,用试管夹夹住玻璃片在酒精灯上加热,观察玻璃片是否出现爆裂现象;用试管夹夹住干燥的玻璃片,在酒精灯上加热,然后在玻璃片上滴几滴水,观察玻璃片是否爆裂;取一试管用铁架台固定,管口用橡胶塞封住,中间连有玻璃导管,导管口连接橡皮管,将橡皮管的另一端放入盛有水的水槽中,对试管进行加热,橡皮管口出现气泡后停止加热,先撤离酒精灯,观察水槽中的水是否发生倒吸,导致试管炸裂。对此实验不理解的会将炸裂误认为是爆炸,如果设计以上反面实验,就能够充分理解炸裂的原因以及防止措施,若将此实验安排在大家做制取氧气实验前,大家就会对本实验有更深刻的理解和记忆。
3 验证性实验
质量守恒定律中反应以后溶质质量分数的计算相信困扰了不少学生,对此知识点难以理解,不能很好地记忆。如果教师能够设计一个如下的针对实验,就能够帮助学生进行理解与掌握。
1)对于既不产生气体又不产生沉淀的反应,如50 g稀硫酸与50 g质量分数为0.1%的NaOH溶液进行充分反应以后,求所得硫酸钠的质量分数。
2)只生成气体的反应,如50 g质量分数为0.5%的稀硫酸与10 g锌片充分进行反应,求所得的硫酸锌质量分数。
3)只生成沉淀的反应。如0 g质量分数为0.2%的硫酸铜溶液与50 g质量分数为0.1%的NaOH溶液进行充分反应,求所得硫酸钠质量分数。
根据以上三个例子分别设计小实验,通过实验来验证质量守恒定律的科学性。
1)利用电子天平对反应前所有仪器及反应物进行称量,记下其质量作M0,然后使其发生反应,在充分反应之后,再用电子天平称量所有仪器及反应物的质量,记作M1,对比M0与M1大小。
2)利用电子天平对烧杯、硫酸溶液及锌片进行称量,记作M2,并通过反应方程式算出所生成氢气质量,记作M3,然后使其发生充分的反应,再次称量总的质量,记作M4,实验发现M4=M2-M3。
3)利用电子天平称量烧杯、硫酸铜溶液及氢氧化钠溶液的质量,记作M5,然后使其充分反应,过滤去除沉淀并称量记作M6,最后称量反应体系的总质量,记作M7,实验结果发现M7=M5-M6。
通过以上三组实验,就能够使学生对质量守恒定律有一个更加宏观的把握,对理论的理解更加透彻,对以实验为基础的化学学科更容易掌握了。
关键词:溶液的配制与分析;教学设计;教学反思
文章编号:1008-0546(2016)10-0069-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.024
一、对教学内容的认识
1. 课程标准的要求和教材的编排
对于《化学1》中“溶液的配制与分析”,《普通高中化学课程标准(实验)》的要求是“体会定量研究的方法对研究和学习化学的重要作用”,初步认识实验、比较等科学方法以及“实验方案设计、实验条件控制、数据处理等方法在化学学习和科学研究中的应用”[1]。
苏教版教材将“溶液的配制与分析”安排在《化学1》专题1“化学家眼中的物质世界”的第二单元“研究物质的实验方法”之中,并编排在“物质的分离与提纯”和“常见物质的检验”等主题之后。可见,教材是要让学生了解溶液的配制与分析是研究物质的一种实验方法,并引导学生对研究物质实验方法的认识能从定性研究提高到定量研究的层面,以培养学生的定量意识和定量思维。
另外,从“化学家眼中的物质世界”专题所涉及的内容来看,“溶液的配制与分析”还能从“化学”和“科学”的视角,引导学生观察生活、生产中的溶液与溶液配制,让他们在认识“溶液的配制与分析”在生活生产应用的同时,“认识并欣赏化学科学对提高人类生活质量和促进社会发展的重要作用”[2]。
2. 学情基础分析
学生在九年级化学学习中,已经学习了质量分数的概念以及一定质量分数溶液配制的方法,而且在与学生的交流中了解到他们对这部分知识掌握得比较牢固,几乎所有的学生都能熟记质量分数的概念以及一定质量分数溶液配制方案中的实验步骤、实验仪器和操作要点。物质的量浓度与质量分数虽在表达溶液浓度时涉及的物理量不同,但在配制溶液实验方案中实验步骤、实验仪器、实验操作等方面有较大的相似度。引导学生从已有的质量分数概念和一定质量分数溶液的配制方案入手,通过比较、迁移,可以有效降低学生学习的难度,激发学生学习的兴趣。
另外,初中化学实验主要侧重于定性实验、验证性实验,虽然学生已掌握一定质量分数溶液的配制方法,但更多的是对实验方案的识记、操作规范的训练,学生未能真正理解概念与实验方案间的密切关系,也就不能很好地将实验方案的设计思路举一反三。所以,本节内容的学习中,教学目标不能仅定位于对新实验方案的识记,而应引导学生紧扣物质的量浓度的概念,设计实验方案、细化实验操作、分析实验误差,最终形成实验设计的基本思路。
基于以上两点,笔者将“溶液的配制与分析” 教学目标定位为:(1)从生活的视角感知溶液――多角度联系实际,引导学生从生活的视角去观察和关注生活中溶液浓度大小、溶液浓度的表达方式、溶液的配制等,体会溶液浓度与科学知识的关系,溶液的配制对生活生产的重要性以及科学研究方法对改变生活的重要作用,增强学生学习本节内容的兴趣与热情,学会感受和欣赏化学的社会价值。(2)从科学的视角研究溶液――引导学生运用“实验”“比较”的科学方法,通过小组讨论、自主迁移、自主建构和自我反思进行新知识的学习,让学生在理解物质的量浓度概念、初步掌握配制一定物质的量浓度溶液方法的同时,增强定量意识,并初步建构实验设计的基本思路。
二、教学流程
学习任务一:从不同的视角,认识溶液的“浓”和“稀”与生产、生活及科技的关系。
学习活动1:结合苏轼《饮湖上初晴后雨》中的“欲把西湖比西子,淡妆浓抹总相宜”,体会诗人眼中“浓”和“稀”的寓意。
学生活动2:体会美食家、艺术家等对溶液“浓”和“稀”的看法。
学习活动3:以NaCl溶液为例,体会溶液“浓”和“稀”的含义,并思考鉴别浓食盐水和稀食盐水的方法。
学生活动4:结合下列材料,了解在科学家眼中溶液“浓”和“稀”蕴含的科学知识。
材料1:1916年,英国高性能军用飞机发动机上首次使用乙二醇作为防冻液,而乙二醇的浓度与防冻液的凝固点密切相关。
材料2:世界上最大的运用反渗透原理进行水质纯化的工厂位于沙特阿拉伯的朱拜勒,其中的有关技术参数与盐水的浓度密不可分。
设计意图:
(1)学习活动1、2将“溶液”放入诗的意境和生活情境中,引导学生从不同人的视角来理解溶液浓度大小与生活方方面面的密切关系。
(2)学习活动3一方面是引导学生运用初中所学的物理、化学、生物知识解决问题,如用物理学中的溶液浓度与密度的关系,化学中溶液浓度与溶解能力的关系,生物学中溶液浓度与细胞失水能力的关系;另一方面是揭示溶液浓度与科学知识的关系,引导学生从科学的视角认识溶液。
(3)学习活动4引导学生从科学家的视角更全面的认识溶液中蕴含的科学知识,使他们对溶液的认识从定性转向定量,体会溶液浓度准确表达的重要性,同时自然过渡到认识溶液浓度定量表达方式的学习环节。
学习任务二:结合生活情境,认识溶液浓度的多种定量表达方式,初步认识溶质的物质的量浓度概念。
学习活动1:结合生活情境中的有关图片,理解各种不同浓度表达方式的含义。
图片:标有5%、52%vol、每100mL 3.0g、5.2×10-4 mol/L等浓度的葡萄糖注射液、白酒、牛奶的包装盒及血检报告单。
学习活动2:科学研究中常需要知道一定体积的溶液中所含溶质的物质的量,思考哪种溶液浓度的表达方式更合适。
设计意图:引导学生认识溶液浓度表达方式的多样性,在不同的领域或因不同的目的可以用不同的表达方式,而且这些浓度的表达方式都能体现溶质、溶剂、溶液三者之间的量的关系。帮助学生突破原有的溶质质量分数的认知框架,真正理解溶液浓度的含义,同时学习“物质的量浓度”的概念,并对“物质的量浓度”概念形成初步的认识。
学习任务三:初步学习配制一定物质的量浓度的溶液,并在实验的设计中再次认识溶质的物质的量浓度的概念。
学生活动1:回忆初中学过的“配制一定质量分数溶液”的操作步骤和实验用品。
学生活动2:以“配制一定质量分数溶液”的实验操作为依据,设计“准确配制100 mL 0.1 mol・L-1 Na2CO3溶液”的实验方案。
学生活动3:小组间互相评价、讨论,在教师的指导下突破难点形成最终方案。
设计意图:
(1)从学生的已有知识出发,引导学生运用迁移、比较的方法,设计配制一定物质的量浓度溶液的方案,以降低学生实验设计的难度,激发学生实验设计的兴趣。
(2)让学生在方案的设计中发现两个实验操作的主要差别,即“粗略配制”与“准确配制”、“溶液质量”与“溶液体积”的差别,从而再次认识和理解“物质的量浓度”的概念,并明确该实验成功的关键点是确保溶质质量的准确性和溶液体积的准确性,从而引出准确控制溶液体积的量器――容量瓶的结构和使用方法。
(3)在实验方案的设计过程中,始终引导学生将物质的量浓度的概念与实验操作紧密结合起来,让学生体会概念与实验间的密切关系,逐步养成理论与实际相结合的思维方法。
学习任务四:初步学习实验误差分析的方法,并在反思中完善对实验方案的设计。
学生实验1:配制100 mL 0.1 mol・L-1 Na2CO3溶液。
学生实验2:测定所配溶液的电导率值,并与标准溶液的电导率值进行比较。
学生活动:分析导致所配溶液误差的原因,完善细化溶液配制的实验方案。
设计意图:
(1)通过实验,让学生感受到理论上的实验设计和实际操作之间的“距离”。只有在真实的实践过程中,才能发现实验设计中未尽的细节之处,如溶解固体时所用水的量的控制,玻璃棒引流时操作的要点,溶液体积最终控制时胶头滴管的使用等等,从而进一步认识到定量实验的设计需要不断地完善和修正。
(2)让学生从所配溶液电导率数值的误差入手,回顾并反思实验的各环节,分析造成所配溶液浓度误差的原因。并引导学生归纳总结出误差分析的依据是物质的量浓度的概念,从而让学生进一步认识理论与实际相结合的意义。
学习任务五:梳理提炼,初步形成定量实验设计的一般思路。
学生活动:在教师的引导下,建构定量实验设计的一般思路(如图1)。
设计意图:结构化的知识,有利于学生的迁移和应用。
学习任务六:从生活的角度,认识溶液配制在生活中的应用。
图片:溶液配制在农药稀释、消毒液配制、镀银工艺、水再生处理中的应用。
设计意图:从更广阔的视野认识溶液的配制,再次体会科学技术对生活、生产的影响。
学习任务七:归纳总结,布置作业。
学习活动:谈谈现在眼中溶液“浓”和“稀”的变化。
作业布置:在生活中寻找与溶液浓度、溶液配制有关的素材,从科学的视角分析其中的知识和方法。
设计意图:再次回到“眼中的世界”,意在让学生从生活、化学的角度重新审视自己对溶液浓度及溶液配制的认识,体会在学科知识、学科方法和学科观念等方面的收获。
三、教学反思
1. 注重教学内容的“大风范”
“溶液的配制与分析”的常规教学一般是将其定位于实验教学,教学内容上侧重物质的量浓度溶液的配制,多采用教师讲解演示与学生模仿演练相结合的教学方法。笔者在设计该课时,将“溶液”作为主角,以“眼中的物质世界”为主线,让学生尝试从不同的角度对“溶液”进行新的认识,并在学习过程中不断丰富、拓展,旨在让学生从生活、科学的角度更深入认识和了解溶液浓度大小对性质的影响,认识溶液浓度表示方法的多样性和必要性,以及理解学习不同浓度溶液配制方法的实际意义。也就是说,本节课教学内容的设计重点并不在概念的计算应用、溶液配制方案的识记、实验操作的规范、实验数据的分析等方面,而是着眼于化学概念、化学实验方案设计、实验操作要点、数据分析方法等要素间的相关性,让学生在设计、测量、分析、反思、归纳的过程中掌握定量实验设计与分析的一般方法(如图2)。唯有将学习置于这样“大”的情境和“大”的目标追求之中,学生才能有更大的胸襟和情怀,在掌握化学学习和科学实践方法的同时,更好地体会化学的价值与意义,并获得自身更好的长远的发展。
2. 注重教学过程的“强逻辑”
“溶液的配制与分析”的常规教学过程一般是按物质的量浓度的概念、物质的量浓度的有关计算、一定物质的量浓度溶液的配制、误差分析等为主线顺势展开的。笔者在教学中设计了三条主线:(1)以溶液浓度为主线,从浓度大小对物质性质的影响到生活中溶液浓度的不同表示方式及含义,再到溶液的配制方法,最后回到生活中溶液配制的意义。(2)以溶液的配制方法为主线,从熟知的配制一定质量分数的溶液到探究如何准确配制一定物质的量浓度的溶液。(3)以物质的量浓度概念为主线,将溶液配制、误差分析紧密融合起来。三条主线相互融合渗透,相互补充。其中第三条主线的设计如图3。
从图3可以看出,学生对“物质的量浓度”概念的理解并不是一步到位的,而是让学生在实验设计中通过“质量分数”和“物质的量浓度”的概念的分析比较,“一定质量分数溶液配制方案”的迁移运用,深化了对物质的量浓度概念的理解。在溶液的配制过程中,本节课也并未采用传统的教师讲解示范、学生模仿演练的学习方法,而是大胆放手让学生在实践中体会学习,在误差分析中反思提高,从而不断完善细化实验方案,并再一次归纳总结出物质的量浓度的概念是误差分析的重要依据,再一次地认识概念并运用概念。整节课学生的认知过程体现了从已有的质量分数迁移到物质的量浓度,从茫然迁移应用配制一定质量分数溶液的方案到理性思考,最终形成“认识―应用―再认识―再应用”的认知方式,让学生深刻体会到概念在实验设计和误差分析中的主导作用,更有利于学生在学习过程中逐步形成理论与实际相结合的思维方式。
3. 注重学生活动的“多层次”
本节课的设计始终以学生活动为主,外显的活动有让学生体会溶液浓度大小对生活、科技的影响,生活中不同浓度表达方式的含义,实验方案的设计,配制溶液的方案,测量所配溶液的导电率等。内隐的活动主要包括两条线,一是思维活动,迁移已有知识设计实验方案、反思实验设计的缺陷、完善实验方案、进行误差分析;二是情感体验活动,感受溶液浓度大小与配制在生活、科技发展中的意义,感受实验设计的严谨,感受科学实验的不易,感受化学概念与实验间的密切关系。只有充分调动学生多层次的活动,才能真正让学生认识化学,理解化学,掌握化学学习的方法。