《可計(jì)量實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)嘗試精品教育文檔.docx

1、“可計(jì)量實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)嘗試蘇州市中考化學(xué)卷中有關(guān)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算試題的命題理念是：突出化學(xué)學(xué)科真實(shí)性與實(shí)用性的有機(jī)結(jié)合，重視實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)捷性、 可計(jì)量性與化學(xué)計(jì)算的有機(jī)融合. 其中“可計(jì)量實(shí)驗(yàn)”漸漸成為“蘇式”化學(xué)課堂的一個(gè)亮點(diǎn)和研究方向之一. 在教學(xué)過(guò)程中，我嘗試了“可計(jì)量實(shí)驗(yàn)”教學(xué) .課例：稱量鎂條 0.2400g （ 0.0050g ），與足量的 50.0mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 7%的稀鹽酸充分反應(yīng)，計(jì)算理論上能產(chǎn)生氫氣的量（氫氣的密度在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是 0.0899g/L ），測(cè)量產(chǎn)生氫氣的量，把理論數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，讓學(xué)生感受真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置也相對(duì)簡(jiǎn)單，是初中實(shí)驗(yàn)課堂能夠提供的. 其次，需要定量測(cè)量的氫氣，化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定， 通常情況下在水中溶解度也非常小，測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性比較高 . 第三，在具體定量測(cè)量中，選擇鎂條定量，稀鹽酸足量的方案，可以用臺(tái)式電子天平測(cè)量打磨過(guò)的純的鎂條，達(dá)到 0.0001g的精確度，這是一個(gè)比較可靠和精確的測(cè)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(xì)微差別對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，盡可能符合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性.在實(shí)驗(yàn)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(cè)量有兩個(gè)預(yù)想方案：第一，選用 1000mL的量筒，用排水法收集并測(cè)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(cè)量反應(yīng)前體系的總質(zhì)量， 完全反應(yīng)后再測(cè)量總質(zhì)量，總質(zhì)量差為氫氣質(zhì)量 .經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)論證，得到以下結(jié)論： 1. 排水法收集氫氣，并定量測(cè)量的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)溫度、實(shí)驗(yàn)時(shí)的大氣壓 . 其中，鎂條的純度、 體系中加入鹽酸的體積對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響是恒定的，可以通過(guò)打磨鎂條和扣除加入鹽酸體積來(lái)抵消影響 . 氫氣的密度，文獻(xiàn)上只有標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的

4、密度，而多次實(shí)驗(yàn)證明， 在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中用標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的密度是不正確的， 測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相差非常大， 因此氫氣的密度要根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度和實(shí)驗(yàn)時(shí)的壓強(qiáng)， 通過(guò)克拉帕龍方程計(jì)算出氫氣的實(shí)時(shí)密度，可以通過(guò)溫度、壓強(qiáng)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn) . 實(shí)驗(yàn)證明，該方案的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算數(shù)據(jù)的差在 4%以內(nèi). 這對(duì)于初中化學(xué)課堂來(lái)說(shuō)已經(jīng)比較精確 .2. 反應(yīng)前后總質(zhì)量差的方法測(cè)量產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果要比計(jì)算結(jié)果大很多， 用 0.2400g（ 0.0050g ）的鎂條和 50.0mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 7%的稀鹽酸在 500mL的錐形瓶中反應(yīng)，測(cè)量結(jié)果大致是計(jì)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(huì)把空氣排出， 氫氣與空氣極大的密度差導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差很大 . 如果不加干燥管，測(cè)量結(jié)果大致是計(jì)算結(jié)果的6 倍，原因是氫氣生成會(huì)帶出水蒸氣. 該實(shí)驗(yàn)方案如果要得到更準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)效果還是不理想，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算數(shù)據(jù)的差比較大 .有了實(shí)驗(yàn)的支持，我進(jìn)行如下教學(xué)過(guò)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)狀況下是0.0899g/L ）.2. 分別用排水集氣法和差量法

6、實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，重新計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并再次與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較.二、實(shí)驗(yàn)1. 選取兩種鎂條樣品（光亮、被氧化） ，準(zhǔn)備兩種實(shí)驗(yàn)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(shí)用化學(xué)方程式計(jì)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(shí)，用化學(xué)方程式計(jì)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(jì)算的氫氣的質(zhì)量 （考慮到學(xué)生的學(xué)情， 課堂上做該實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)放干燥管，敞口做） ；同時(shí)，用化學(xué)方程式計(jì)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(jì)測(cè)量每個(gè)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)的溫度，并用壓力傳感器測(cè)定課堂中的實(shí)時(shí)大氣壓 . 三、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)做了這些實(shí)驗(yàn)， 并得到實(shí)驗(yàn)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?yàn)閷?shí)驗(yàn)應(yīng)該是設(shè)計(jì)合理的， 數(shù)據(jù)似乎有點(diǎn)出乎意料之外 . 對(duì)比計(jì)

8、算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 學(xué)生發(fā)現(xiàn)幾個(gè)與預(yù)想相矛盾的地方： 1. 為什么差量法測(cè)氫氣的質(zhì)量要比理論上計(jì)算的質(zhì)量大出很多， 是最不準(zhǔn)確的？而大多數(shù)學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，認(rèn)為差量法是首選 .2. 為什么被氧化的鎂條測(cè)得值會(huì)最接近理論值？而學(xué)生一般認(rèn)為被氧化的鎂條得到的氫氣要比理論計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)小 .3. 為什么光亮的鎂條產(chǎn)生的氫氣會(huì)比實(shí)際值大很多？而學(xué)生認(rèn)為得到的氫氣要比理論計(jì)算出來(lái)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(guò)同學(xué)們的討論和老師現(xiàn)場(chǎng)的一些提示，包括一些驗(yàn)證小實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)這些迷霧也漸漸清晰起來(lái)，也能試著找到以上“不合理”的答案 .1. 差量法的偏差來(lái)自于實(shí)驗(yàn)中錐形

9、瓶里產(chǎn)生的一些水霧 . 通過(guò)數(shù)據(jù)分析，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到， 產(chǎn)生氫氣帶出來(lái)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(méi)有引導(dǎo)學(xué)生討論氫氣密度與空氣密度差距的問(wèn)題 .2. 把 50mL的水通過(guò)分液漏斗加入空的錐形瓶中，連接錐形瓶的導(dǎo)管口會(huì)在水中冒出氣泡 . 經(jīng)過(guò)以上小實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還是比計(jì)算數(shù)據(jù)大一些 . 提示學(xué)生氫氣密度中“標(biāo)準(zhǔn)狀況”的意思，學(xué)生很快就能分析出溫度對(duì)氣體密度和體積的影響， 實(shí)驗(yàn)環(huán)境中氫氣的溫度要比標(biāo)準(zhǔn)狀況的溫度高， 使氫氣的密度變小了， 所以計(jì)算結(jié)果也會(huì)相應(yīng)偏大 . 五、重新計(jì)算在分析實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理中出現(xiàn)的問(wèn)題后， 修正了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算方法：把量筒上體積差數(shù)據(jù)減去 50mL，把標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的密度通過(guò)克拉帕龍方程換算出實(shí)時(shí)的氫氣密度 . 學(xué)生利用實(shí)時(shí)