《定量實驗的設(shè)計》案例

《定量實驗的設(shè)計》教學(xué)案例【教學(xué)內(nèi)容】化學(xué)拓展型課程（試用本）高三第九單元Ⅰ：教案一、【教學(xué)目標(biāo)】1、知識與技能：初步學(xué)會定量實驗的設(shè)計方法和步驟。2、過程與方法：通過對定量實驗方案的設(shè)計和評價，強(qiáng)化思維的邏輯性、嚴(yán)密性和發(fā)散性。初步獲得實驗設(shè)計的能力。3、情感態(tài)度與價值觀：獲得挑戰(zhàn)性思維品質(zhì)，感受合作合諧喜悅。二、【教學(xué)重點與難點】【教學(xué)重點】定量實驗的設(shè)計的方法和步驟?！窘虒W(xué)難點】定量實驗方法的運用。三、【教學(xué)準(zhǔn)備】多媒體課件、拼圖四、【教學(xué)過程】引入課題引入設(shè)問：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)我們一起探究定量實驗的設(shè)計，什么是定量實驗？與我們前面學(xué)習(xí)過的定性實驗有什么區(qū)別？投影：例如檢驗碳酸鈉中是否含有碳酸氫鈉是定性實驗，若改為：測定碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，就是定量實驗。類比：例如，如果問“你早上吃了什么?”是定性，那么“你早上吃了幾個饅頭？”就是定量。投影：一、定量實驗1、定義：通過實驗，測定某個量（例如濃度、純度、體積等）。2：與定性實驗的區(qū)別：定性實驗解決“有什么”的問題，定量實驗要解決“有多少”的問題。講述：因此，定量實驗比定性實驗的要求更高。探究定量實驗的方法過渡：定量實驗有哪些方法呢？學(xué)生活動：回憶已學(xué)的三個定量實驗：“硫酸銅晶體中結(jié)晶水含量的測定”“氣體摩爾體積的測定”“酸堿中和滴定”，分析分別是通過測定什么物理量得到定量結(jié)果，運用哪些定量方法？投影：一、定量實驗的方法：重量法（通過測定物質(zhì)變化前后的質(zhì)量得到定量結(jié)果）氣體法（通過測定氣體的體積得到定量結(jié)果）滴定法（通過測定溶液完全反應(yīng)時消耗的體積得到定量結(jié)果）探究定量實驗的步驟討論：請設(shè)計實驗方案測定碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？交流方案：方案1：將固體加熱，測加熱前后固體的質(zhì)量差。方案2：向混合物中加入足量硫酸，測定產(chǎn)生CO2氣體的質(zhì)量。方案3：將混合物溶解，向其中加入足量的CaCl2溶液，測產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量。方案4：將混合物溶解，用標(biāo)準(zhǔn)濃度的鹽酸滴定。方案5：向混合物中加入足量鹽酸，測定產(chǎn)生CO2氣體的體積?！懻摚赫埓蠹曳纸M討論各種定量方法所用的試劑、直接測定的物理量，完成表1。學(xué)生交流：（略）實驗所用試劑有關(guān)方程式直接測定的物理量重量法方案12NaHCO3→Na2CO3+H2O+CO2↑加熱前后樣品的質(zhì)量方案2H2SO4溶液Na2CO3+H2SO4→Na2SO4+H2O+CO2↑2NaHCO3+H2SO4→Na2SO4+H2O+CO2↑樣品的質(zhì)量CO2的質(zhì)量滴定法方案4L的鹽酸、甲基橙Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2O+CO2↑NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑樣品的質(zhì)量消耗標(biāo)準(zhǔn)液鹽酸的體積氣體法方案5HCl溶液Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2O+CO2↑NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑樣品的質(zhì)量CO2的體積討論：設(shè)計方案2的實驗：討論出實驗步驟、畫出實驗裝置。學(xué)生交流：展示實驗裝置連接，講述實驗步驟。相互評價：相互評價、補(bǔ)充。投影：主要實驗步驟如下：①按圖組裝儀器，并檢驗裝置的氣密性②準(zhǔn)確稱量ag試樣，并將其放入錐形瓶中③準(zhǔn)確稱量盛有堿石灰的U型管的質(zhì)量，得到bg（從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣，再連上U型管）④從分液漏斗滴入6mol/L的硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體為止⑤從導(dǎo)管A處緩緩鼓入一定量的空氣⑥再次稱量盛有堿石灰的U型管的質(zhì)量，得到cg⑦重復(fù)步驟⑤和⑥的操作，直到兩次稱量U型管的質(zhì)量相差不超過克，質(zhì)量為dg請?zhí)羁蘸突卮饐栴}：（1）裝置中干燥管B的作用是。（2）如果將分液漏斗中的硫酸換成濃度相同的鹽酸，測試的結(jié)果會。（3）步驟⑤的目的是。（4）步驟⑦的目的是。（5）計算碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的需要用到的數(shù)據(jù)是。評價方案：學(xué)生活動。歸納投影：評價實驗方案考慮的幾個方面：科學(xué)性（實驗方案本身必須科學(xué)，嚴(yán)密、無缺陷）簡約性（實驗步驟、裝置簡單）可行性（所選用的方案、藥品、儀器在現(xiàn)有條件下切實可行）環(huán)保性（符合“綠色化學(xué)”要求）歸納總結(jié)：定量實驗的設(shè)計步驟。投影：定量實驗的設(shè)計步驟：確定方法→設(shè)計操作步驟→控制誤差→選擇儀器、藥品→記錄數(shù)據(jù)→處理數(shù)據(jù)→誤差分析→方案評價定量實驗的方法的運用投影：高考題分析(2022年上海卷第28題)某種含有少量氧化鈉的過氧化鈉試樣。方案一：(已知試樣質(zhì)量為、錐形瓶和水的質(zhì)量為，利用下圖裝置測定混合物中Na2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，每隔相同時間讀得電子天平的數(shù)據(jù)如下表所示：讀數(shù)次數(shù)質(zhì)量(g）錐形瓶＋水＋試樣第1次第2次第3次第4次第5次(1)寫出Na2O2和H2O反應(yīng)的化學(xué)方程式________。實驗裝置圖(2)計算過氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，必需的數(shù)據(jù)是__________。提問：1、這個定量實驗運用了定量實驗的哪種方法？2、具體的實驗步驟呢？學(xué)生活動：重量法。實驗步驟：（1）測定錐形瓶、水、試樣的總質(zhì)量。（2）把盛有水和試樣的錐形瓶放在電子天平上連續(xù)讀數(shù)。（3）根據(jù)質(zhì)量差進(jìn)行計算得出結(jié)論。思考：表格中有了5次讀數(shù)，還需要進(jìn)行第6次讀數(shù)嗎？請計算出過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？學(xué)生活動：不必了。第4次讀數(shù)與第5次讀數(shù)相同，說明已經(jīng)恒重了。過氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為%。討論：雖然這是一道高考題，但是這套裝置有缺陷嗎？導(dǎo)致實驗結(jié)果偏大還是偏小？如何改進(jìn)這套裝置？學(xué)生交流：裝置的缺陷：甲：空氣中的CO2會進(jìn)入瓶中，導(dǎo)致實驗結(jié)果偏小。乙：O2出去的時候會帶走水蒸氣，導(dǎo)致實驗結(jié)果偏大。改進(jìn)措施：實驗開始前在錐形瓶上方安裝一個盛有無水CaCl2的球形干燥管。思考：這個定量實驗還可以其他重量法嗎？交流方案：學(xué)生交流并評價實驗方案的可行性。過渡：我們繼續(xù)看看本題中另一種定量方法。方案二：(3)測定上述樣品中Na2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的另一種方案，其操作流程如下：①操作Ⅰ、Ⅱ的名稱是__________。②需直接測定的物理量是__________。③測定過程中需要的儀器有電子天平、蒸發(fā)皿、酒精燈、還需要__________、__________(固定、夾持儀器除外)。④在轉(zhuǎn)移溶液時，如溶液轉(zhuǎn)移不完全，則Na2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定結(jié)果__________(填偏大、偏小或不變)。方案三：按滴定法進(jìn)行實驗。實驗步驟如下：（1）稱取約試樣，溶解于適量的蒸餾水中，待氧氣放完后，用容量瓶定容為100mL待測液。（思考：需用到哪些儀器？）（2）用滴定管取20mL待測液于錐形瓶中，加1~2滴甲基橙指示劑。（3）另取一滴定管，注入amol/L標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液，滴定，至溶液由色變?yōu)樯?，半分鐘不褪色為滴定終點。記錄數(shù)據(jù)如下表。實驗次數(shù)待測液體積/mL標(biāo)準(zhǔn)鹽酸的體積/mL兩次消耗鹽酸的平均體積滴定前讀數(shù)滴定后讀數(shù)鹽酸體積12①過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：。②若裝堿的滴定管未潤洗，則過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將。（填偏大、偏小、不變，下同）若裝鹽酸的滴定管未潤洗，則過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將。若將錐形瓶潤洗，則過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將。若終點顏色已變紅，則過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將。方案四：利用右圖進(jìn)行氧氣體積測定1、稱取約試樣，放入A中再注入10mL水，反應(yīng)結(jié)束后，液體量瓶中的液面刻度為(假設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定)，則過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為。2、若測定的結(jié)果偏高，則可能的原因是可采取的措施是。若測定的結(jié)果偏低，則可能的原因是，可采取的措施是。分組討論：請比較評價這四種實驗方案的優(yōu)缺點。你認(rèn)為哪個方案最好？學(xué)生評價：（略）（準(zhǔn)備）課堂小結(jié)本節(jié)課我們介紹了定量實驗的幾種方法。歸納了定量實驗的設(shè)計步驟：確定方法→設(shè)計操作步驟→控制誤差→選擇儀器、藥品→記錄數(shù)據(jù)→處理數(shù)據(jù)→誤差分析→方案評價。初步學(xué)會如何設(shè)計定量實驗。Ⅱ：教案設(shè)計說明化學(xué)實驗高考中非常重要的一塊內(nèi)容，其比例約占20%左右（約30分）。實驗題給我們的感覺是難度比不上其他理論題高，但是是實際統(tǒng)計顯示，實驗題的得分率往往是最低的，有時還低于計算題。主要原因可能是實驗題往往不太“標(biāo)準(zhǔn)”，綜合性強(qiáng)，對題目的理解比較費力，表達(dá)比較困難。所以實驗題高考中的難點，實驗教學(xué)也一直是教學(xué)中的難點。而且高三的實驗課多是綜合性的，而且時間緊要求高，全部靠實驗來教學(xué)已不現(xiàn)實，很多要靠教師的講解、分析。近年來我一直在思索：高三怎樣復(fù)習(xí)實驗？曾多次向幾位一線特級教師取經(jīng)。選擇定量實驗的設(shè)計――這一課題又是實驗教學(xué)中的重點和難點，就是對怎樣上好實驗課的探索，對自己實驗復(fù)習(xí)效能的挑戰(zhàn)。一、教學(xué)設(shè)計運用的理論思想本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計運用了布魯納的認(rèn)知發(fā)現(xiàn)說理論思想。布魯納認(rèn)為，學(xué)習(xí)過程包括三個幾乎同時發(fā)生的過程：=1\*GB3①習(xí)得新信息——這種新信息常常是與一個人已有信息相背的，或是已有信息的一種替代，或者是已有信息的提煉。=2\*GB3②轉(zhuǎn)換——這是一種處理知識以便使其適應(yīng)新任務(wù)的過程。人們可以通過外推、內(nèi)插或變換等方法，把知識整理成另一種形式，以便超越所給予的信息。(3)評價——檢查我們處理信息的方式是否適合于這項任務(wù)，如概括是否合適？外推是否恰當(dāng)?運演是否正確等等。布魯納認(rèn)為，學(xué)生不是被動的知識接受者，而是積極的信息加工者?；诓剪敿{的認(rèn)知發(fā)現(xiàn)說理論，本堂課設(shè)計思路是：通過復(fù)習(xí)高二所學(xué)的三個定量實驗得出定量實驗的方法，這是學(xué)習(xí)過程的第一環(huán)節(jié)——通過對已有信息的提煉習(xí)得新信息；第二環(huán)節(jié)是運用定量實驗的方法設(shè)計實驗方案測定碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，完成已習(xí)得新信息的轉(zhuǎn)換；最后分析近年一道定量實驗高考題，是對已習(xí)得新信息的實戰(zhàn)演練。作業(yè)布置是課堂結(jié)束時提出了實驗裝置的缺陷，請同學(xué)課后進(jìn)行裝置的改進(jìn)，是已習(xí)得新信息的外推。二、教材的處理本節(jié)課的設(shè)計緊扣教材，通過學(xué)生自己總結(jié)、發(fā)現(xiàn)落實了教材上的定量實驗的方法和定量實驗的設(shè)計步驟兩板塊內(nèi)容。例題的選擇是教材上的學(xué)生實驗的使用和延伸，習(xí)題的選擇是2022年上?；瘜W(xué)卷第28題，把本節(jié)課的內(nèi)容與考綱有機(jī)結(jié)合，把本節(jié)教材上的內(nèi)容與前面實驗裝置的選擇、物質(zhì)的分離和提純、誤差的分析有機(jī)結(jié)合。學(xué)生學(xué)會在思索定量實驗的實驗原理、操作原理和儀器的整合原理，學(xué)生形成實驗過程和思維。尋找到定量實驗需要測定什么物理量，如何在將目標(biāo)量轉(zhuǎn)化為可測量的過程中，形成實驗原理，圍繞實驗原理選擇設(shè)計出測定這些物理量的操作和儀器，而操作原理和儀器原理通過相互修正來共同實現(xiàn)實驗原理。Ⅲ：教學(xué)反思本節(jié)課借助于多媒體課件，從復(fù)習(xí)定量實驗方法到定量實驗的設(shè)計的步驟探究的設(shè)計，再到定量實驗的設(shè)計