《可計量實驗》的教學嘗試精品教育文檔.docx

1、“可計量實驗”的教學嘗試蘇州市中考化學卷中有關實驗和計算試題的命題理念是：突出化學學科真實性與實用性的有機結合，重視實驗裝置的簡捷性、 可計量性與化學計算的有機融合. 其中“可計量實驗”漸漸成為“蘇式”化學課堂的一個亮點和研究方向之一. 在教學過程中，我嘗試了“可計量實驗”教學 .課例：稱量鎂條 0.2400g （ 0.0050g ），與足量的 50.0mL 質量分數(shù) 7%的稀鹽酸充分反應，計算理論上能產(chǎn)生氫氣的量（氫氣的密度在標準狀況下是 0.0899g/L ），測量產(chǎn)生氫氣的量，把理論數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)進行比較，讓學生感受真實實驗數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)的差別，并討論引起這些差別的原因.在反應原理的

2、選擇上，是以鎂條和稀鹽酸反應作為實驗載體. 首先，鎂條和稀鹽酸反應是學生熟悉的化學反應，反應的實驗裝置也相對簡單，是初中實驗課堂能夠提供的. 其次，需要定量測量的氫氣，化學性質相對穩(wěn)定， 通常情況下在水中溶解度也非常小，測量數(shù)據(jù)的可靠性比較高 . 第三，在具體定量測量中，選擇鎂條定量，稀鹽酸足量的方案，可以用臺式電子天平測量打磨過的純的鎂條，達到 0.0001g的精確度，這是一個比較可靠和精確的測量數(shù)據(jù)，而稀鹽酸選擇足量，就能避免鹽酸的濃度和鹽酸體積的細微差別對實驗結果的影響，盡可能符合實驗數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性.在實驗方案的選擇上， 所用的鎂條與足量反應裝置選擇500mL錐形瓶、分液漏斗和帶導管的橡皮

3、塞的組合產(chǎn)生氫氣 . 氫氣測量有兩個預想方案：第一，選用 1000mL的量筒，用排水法收集并測量氫氣的體積，把氫氣體積換算成氫氣的質量；第二，把反裝置橡皮塞上的導管換成干燥管， 先測量反應前體系的總質量， 完全反應后再測量總質量，總質量差為氫氣質量 .經(jīng)過反復實驗論證，得到以下結論： 1. 排水法收集氫氣，并定量測量的實驗方案是比較可靠的 . 需要考慮到的環(huán)境因素有：鎂條的純度、體系中加入鹽酸的體積、 氫氣密度、實驗溫度、實驗時的大氣壓 . 其中，鎂條的純度、 體系中加入鹽酸的體積對實驗數(shù)據(jù)的影響是恒定的，可以通過打磨鎂條和扣除加入鹽酸體積來抵消影響 . 氫氣的密度，文獻上只有標準狀況下氫氣的

4、密度，而多次實驗證明， 在實驗環(huán)境中用標準狀況下氫氣的密度是不正確的， 測量結果與理論計算結果相差非常大， 因此氫氣的密度要根據(jù)當時實驗時的溫度和實驗時的壓強， 通過克拉帕龍方程計算出氫氣的實時密度，可以通過溫度、壓強傳感器來實現(xiàn) . 實驗證明，該方案的實驗數(shù)據(jù)和理論計算數(shù)據(jù)的差在 4%以內. 這對于初中化學課堂來說已經(jīng)比較精確 .2. 反應前后總質量差的方法測量產(chǎn)生氫氣的質量，經(jīng)過反復實驗，測量結果要比計算結果大很多， 用 0.2400g（ 0.0050g ）的鎂條和 50.0mL 質量分數(shù) 7%的稀鹽酸在 500mL的錐形瓶中反應，測量結果大致是計算結果的 4 倍. 原因是：反應前錐形瓶中

5、充滿空氣，而生成的氫氣會把空氣排出， 氫氣與空氣極大的密度差導致實驗結果偏差很大 . 如果不加干燥管，測量結果大致是計算結果的6 倍，原因是氫氣生成會帶出水蒸氣. 該實驗方案如果要得到更準確的數(shù)據(jù)，必須要在原有裝置上加裝鼓入空氣的裝置，用空氣排走生成的氫氣，但幾次實驗后，發(fā)現(xiàn)效果還是不理想，實驗數(shù)據(jù)和理論計算數(shù)據(jù)的差比較大 .有了實驗的支持，我進行如下教學過程.一、內容1. 稱量 0.2400g （ 0.0050g）鎂條樣品三份（兩份光亮的鎂條，一份被氧化的鎂條），理論上計算這些鎂條與足量的稀鹽酸反應產(chǎn)生氫氣的質量（氫氣的密度在標準狀況下是0.0899g/L ）.2. 分別用排水集氣法和差量法

6、實驗測定以上質量的鎂條與足量的稀鹽酸反應產(chǎn)生氫氣的質量 .3. 讓學生感受理論數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)的偏差.4. 讓學生分析產(chǎn)生偏差的原因 .5. 根據(jù)產(chǎn)生偏差的原因，通過實驗測量數(shù)據(jù)，重新計算實驗結果，并再次與理論數(shù)據(jù)進行比較.二、實驗1. 選取兩種鎂條樣品（光亮、被氧化） ，準備兩種實驗裝置 .2.光亮鎂條 0.2400g（ 0.0050g），與足量的稀鹽酸反應，用排水法收集產(chǎn)生的氫氣（量筒收集氣體后的刻度與收集氣體前的刻度之差） 并換算成質量；同時用化學方程式計算出該質量的鎂條理論上能產(chǎn)生氫氣的質量 .3. 被氧化的鎂條 0.2400g （ 0.0050g ），與足量的稀鹽酸反應，用排水法收集產(chǎn)

7、生的氫氣并換算成質量；同時，用化學方程式計算出該質量的鎂條 （暫不考慮氧化的影響） 理論上能產(chǎn)生氫氣的質量.4. 取光亮鎂條 0.2400g （ 0.0050g ），與足量的稀鹽酸反應，用反應前后總質量差的方法計算的氫氣的質量 （考慮到學生的學情， 課堂上做該實驗時沒放干燥管，敞口做） ；同時，用化學方程式計算出該質量的鎂條理論上能產(chǎn)生氫氣的質量.5. 用手持式數(shù)字溫度計測量每個實驗反應時的溫度，并用壓力傳感器測定課堂中的實時大氣壓 . 三、對實驗數(shù)據(jù)的評價做了這些實驗， 并得到實驗數(shù)據(jù)以后， 學生的反應要比預想中的積極很多 . 因為實驗應該是設計合理的， 數(shù)據(jù)似乎有點出乎意料之外 . 對比計

8、算的結果與實驗數(shù)據(jù)， 學生發(fā)現(xiàn)幾個與預想相矛盾的地方： 1. 為什么差量法測氫氣的質量要比理論上計算的質量大出很多， 是最不準確的？而大多數(shù)學生在設計實驗時，認為差量法是首選 .2. 為什么被氧化的鎂條測得值會最接近理論值？而學生一般認為被氧化的鎂條得到的氫氣要比理論計算出來的數(shù)據(jù)小 .3. 為什么光亮的鎂條產(chǎn)生的氫氣會比實際值大很多？而學生認為得到的氫氣要比理論計算出來的數(shù)據(jù)大一些是能理解的， 但大很多是不合理的 . 四、尋找合理的解釋經(jīng)過同學們的討論和老師現(xiàn)場的一些提示，包括一些驗證小實驗，學生對這些迷霧也漸漸清晰起來，也能試著找到以上“不合理”的答案 .1. 差量法的偏差來自于實驗中錐形

9、瓶里產(chǎn)生的一些水霧 . 通過數(shù)據(jù)分析，讓學生認識到， 產(chǎn)生氫氣帶出來水蒸氣的質量相比于氫氣本身的質量是不可忽略的，是氫氣本身質量的幾倍 . 在此沒有引導學生討論氫氣密度與空氣密度差距的問題 .2. 把 50mL的水通過分液漏斗加入空的錐形瓶中，連接錐形瓶的導管口會在水中冒出氣泡 . 經(jīng)過以上小實驗提示， 學生分析出：排水法收集到氫氣的體積應該是量筒收集氣體后刻度與收集氣體前刻度之差，再減去加入錐型瓶中的50mL鹽酸的體積 .3. 減去了 50mL的體積之后，發(fā)現(xiàn)光亮的鎂條實驗數(shù)據(jù)還是比計算數(shù)據(jù)大一些 . 提示學生氫氣密度中“標準狀況”的意思，學生很快就能分析出溫度對氣體密度和體積的影響， 實驗環(huán)境中氫氣的溫度要比標準狀況的溫度高， 使氫氣的密度變小了， 所以計算結果也會相應偏大 . 五、重新計算在分析實驗和數(shù)據(jù)處理中出現(xiàn)的問題后， 修正了實驗數(shù)據(jù)的計算方法：把量筒上體積差數(shù)據(jù)減去 50mL，把標準狀況下氫氣的密度通過克拉帕龍方程換算出實時的氫氣密度 . 學生利用實時