《可計量實驗》的教學(xué)嘗試精品教育文檔.docx

1、“可計量實驗”的教學(xué)嘗試蘇州市中考化學(xué)卷中有關(guān)實驗和計算試題的命題理念是：突出化學(xué)學(xué)科真實性與實用性的有機結(jié)合，重視實驗裝置的簡捷性、 可計量性與化學(xué)計算的有機融合. 其中“可計量實驗”漸漸成為“蘇式”化學(xué)課堂的一個亮點和研究方向之一. 在教學(xué)過程中，我嘗試了“可計量實驗”教學(xué) .課例：稱量鎂條 0.2400g （ 0.0050g ），與足量的 50.0mL 質(zhì)量分數(shù) 7%的稀鹽酸充分反應(yīng)，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(xué)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(yīng)原理的

2、選擇上，是以鎂條和稀鹽酸反應(yīng)作為實驗載體. 首先，鎂條和稀鹽酸反應(yīng)是學(xué)生熟悉的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)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(xué)性質(zhì)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(jié)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(yīng)裝置選擇500mL錐形瓶、分液漏斗和帶導(dǎo)管的橡皮

3、塞的組合產(chǎn)生氫氣 . 氫氣測量有兩個預(yù)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(zhì)量；第二，把反裝置橡皮塞上的導(dǎo)管換成干燥管， 先測量反應(yīng)前體系的總質(zhì)量， 完全反應(yīng)后再測量總質(zhì)量，總質(zhì)量差為氫氣質(zhì)量 .經(jīng)過反復(fù)實驗論證，得到以下結(jié)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(jié)果與理論計算結(jié)果相差非常大， 因此氫氣的密度要根據(jù)當(dāng)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(nèi). 這對于初中化學(xué)課堂來說已經(jīng)比較精確 .2. 反應(yīng)前后總質(zhì)量差的方法測量產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量，經(jīng)過反復(fù)實驗，測量結(jié)果要比計算結(jié)果大很多， 用 0.2400g（ 0.0050g ）的鎂條和 50.0mL 質(zhì)量分數(shù) 7%的稀鹽酸在 500mL的錐形瓶中反應(yīng)，測量結(jié)果大致是計算結(jié)果的 4 倍. 原因是：反應(yīng)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(dǎo)致實驗結(jié)果偏差很大 . 如果不加干燥管，測量結(jié)果大致是計算結(jié)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(xué)過程.一、內(nèi)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(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)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(zhì)量的鎂條與足量的稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量 .3. 讓學(xué)生感受理論數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)的偏差.4. 讓學(xué)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(jié)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(yīng)，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(zhì)量；同時用化學(xué)方程式計算出該質(zhì)量的鎂條理論上能產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量 .3. 被氧化的鎂條 0.2400g （ 0.0050g ），與足量的稀鹽酸反應(yīng)，用排水法收集產(chǎn)

7、生的氫氣并換算成質(zhì)量；同時，用化學(xué)方程式計算出該質(zhì)量的鎂條 （暫不考慮氧化的影響） 理論上能產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量.4. 取光亮鎂條 0.2400g （ 0.0050g ），與足量的稀鹽酸反應(yīng)，用反應(yīng)前后總質(zhì)量差的方法計算的氫氣的質(zhì)量 （考慮到學(xué)生的學(xué)情， 課堂上做該實驗時沒放干燥管，敞口做） ；同時，用化學(xué)方程式計算出該質(zhì)量的鎂條理論上能產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量.5. 用手持式數(shù)字溫度計測量每個實驗反應(yīng)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(xué)生的反應(yīng)要比預(yù)想中的積極很多 . 因為實驗應(yīng)該是設(shè)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(jié)果與實驗數(shù)據(jù)， 學(xué)生發(fā)現(xiàn)幾個與預(yù)想相矛盾的地方： 1. 為什么差量法測氫氣的質(zhì)量要比理論上計算的質(zhì)量大出很多， 是最不準確的？而大多數(shù)學(xué)生在設(shè)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生認識到， 產(chǎn)生氫氣帶出來水蒸氣的質(zhì)量相比于氫氣本身的質(zhì)量是不可忽略的，是氫氣本身質(zhì)量的幾倍 . 在此沒有引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)管口會在水中冒出氣泡 . 經(jīng)過以上小實驗提示， 學(xué)生分析出：排水法收集到氫氣的體積應(yīng)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(xué)生氫氣密度中“標準狀況”的意思，學(xué)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(jié)果也會相應(yīng)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(xué)生利用實時