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高中化学定量实验与定性实验相比较,除了考查原理、装置、操作以外,最大的不同是定量实验要通过准确测量一个量或几个量而解决某一具体问题,由于数据的获得及处理与多种因素相关,常使学生感到定量实验问题信息量大,解决困难。本文在剖析高中化学定量实验问题特点的基础上,重点研究高中化学定量实验问题的解决策略。
1.高中化学定量实验问题的特点
高中化学定量实验的特点是对化学实验有较严格的“量”的要求,这个“定量”要贯穿实验的全过程。
1.1化学反应计量关系要定量
定量实验一般要通过化学反应的定量的计量关系去计算一些难以测量量的数值,例如在1mol气体体积的测定中,氢气的质量比较难测定,可以通过镁与硫酸反应,通过确定的计量关系,转换成测镁固体的质量,再算出1mol气体体积,这就决定可逆反应或有副反应的反应不适宜做高中化学定量实验的实验原理。
1.2计量仪器要保证一定的精度
在确定实验原理之后,根据实验原理确定需准确测量的量,例如物质的质量、液体的体积、气体的体积。再根据量所要求的精度选择适当的测量工具,例如量取液体的体积时,配制一定物质的量浓度的溶液选取量筒,在酸碱中和滴定中则要用滴定管等。
1.3操作要严格控制变量
定量实验为了保证测量结果的准确性,一般比定性实验需要控制更多的变量,例如测定1mol气体的体积的实验,就要关注室温的变化,配制一定物质的量浓度溶液时,在转移步骤前也要注意冷却。
1.4进行相关的数据处理及误差分析
化学定量实验中的计算难度虽不高,但要求学生在理解数据化学意义的层面上处理数据,不仅要求学生有较高的数学技能,还要求学生有扎实的化学基础和一定的推理能力。例如在1mol气体的体积测定的实验中关于镁的质量的确定就要在理解化学原理、了解实验装置等前提下进行计算,而不仅仅是一个简单的列比例式就解决的数学问题。
2.高中化学定量实验问题解决策略
基于定量实验问题背景复杂的特点,在定量实验问题的解决过程中首先快速理清理准题意;其次准确确定测定方法和反应原理,分析需测定的量,再根据原理确定实验装置和步骤;第三是对问题解决过程的各个环节进行监控和调节。
2.1 通过良好的表征习惯,快速走进情境,获取有效信息
表征问题是个体运用相关知识对相关问题所进行的分析,表征是解决问题的必要前提,表征的深度和广度影响解决策略的选择。由于高中化学定量实验问题在很多情况下,为控制实验误差得到准确的某个量的数据,要增加一些必要的实验步骤,如果全部用文字叙述,就会使题目信息量大,为了快速理清题意,表征类型的选择至关重要,化学知识有多种类型的表征方式,具体见下表:
可根据实验情况选择合适的表征类型,对较复杂的定量步骤的表征,言语表征不如图式表征一目了然。图式表征会大大减少阅读量,充分体现实验步骤之间逻辑联系,有利于获取有效的信息。例如2008年上海高考卷27对实验的实验步骤用图式表征很复杂的实验过程变得一目了然了。不同的表征形式具有不同的优势,化学符号表征有简约性、综合性、直观性,言语表征具有抽象性,在问题的表征过程中需综合运用才能起到好的效果。如果不想把题目以图式的形式表征出来,划出关键词也是非常有利于问题解决的一种良好的表征习惯,习惯的养成需要老师在平时的教学中做示范,并让学生在平时做题时养成找出关键词,关键数据和关键步骤的习惯,也有利于快速理清题义。
2.2 构建完善的知识结构,快速处理信息,形成解决方案
对高中化学定量实验问题的解决,需要学生有关于定量实验较完善的知识结构,完善的知识结构主要指清楚每种类型定量实验的实验原理、实验步骤、仪器的选择和使用、数据处理及分析,并能通过类比迁移去解决其它类似的问题。
例如:(节选)
2、如果用二氧化锰和双氧水溶液制取氧气,再用化学反应气体体积测定仪测定常温下1mol氧气的体积(假设不考滤氧气在溶液中的溶解)。据此回答下列问题:
(1)制取氧气的化学方程式_________________________________。
(2)仪器A 中预先盛放的试剂是__________,用注射向A中注入的试剂是____________。
(3)仪器C的刻度范围一般是_____________________________,若取10 ml过氧化氢溶液,那么实验中使用的过氧化氢的浓度最大约为____________mol/L,最小约为________mol/L,(已知室温下,1mol氧气的体积取24.0L)
(4) 现取10 ml0.95 mol/L的过氧化氢溶液完全反应,用注射器抽掉2.0 ml气体后,仪器C的读数为120.0 mL计算室温下1mol氧气的体积测定值是_________L。
首先明确该题属于气体法类型的定量实验,主要迁移“1mol气体的体积的测定”的原理和操作,根据一次称量、二次加料、三次使用注射器、记录四个数据实验步骤完成(2),再根据储液瓶的量程确定过氧化氢浓度的最大值和最小值,最后根据化学反应定量关系和测得的氧气的体积通过计算得出1mol氧气的体积。
再如测定含有少量氯化钠的碳酸氢钠的含量首先确定属于滴定型定量实验,头脑中就要再现滴定法的实验原理及实验步骤:
总之学习者头脑中要有必要的背景知识,并能根据问题情境自动提取,这样的知识结构才能快速处理获取的信息,准确的形成解决方案。例如以上上两例先确定实验类型,再根据重量法、容量法、气体法的原理去设计实验,解决相关的问题。
2.3通过自我提问,监控解决过程,得出并评价结果
定量实验问题通常考查的知识点比较多,为了问题整体解决的过程中思路都比较清晰,可以养成在解决问题时进行自我提问的习惯,在解题过程中可以对自已进行下列提问,使问题解决的思路清晰起来。
高中化学定量实验重点实验有几种类型?
(1)这个实验属于哪种类型?
(2)要解决的实验的任务是什么?
(3)这种类型定量实验问题解决的常规思路?
(4)这种类型实验的原理和操作?
(5)这个实验的实验原理可以是什么?
(6)每种方法需要测得哪些量?
(7)如何测得?
(8)需要什么仪器?
(9)如何操作?
(10)操作过程如何做到精度要求?否则会对结果产生怎样的影响?
(11)如何进行数据处理?
通过这样的自我提问可以外化思维,明确要获得哪些数据,如何获得,数据如何处理,如何提高实验的精确度等,这样的提问不仅可以清晰解决的思路,也可以巩固知识,有利于知识学生思维能力的提高。
总之解决高中化学定量实验问题是有章可循的,本文只是就定量实验问题本身特点对该类问题解决的一般方法和思维程序做些探讨。因高中化学实验问题的解决影响因素众多,从主观方面来说,问题解决者的智能水平,知识掌握程度,思维习惯,气质、个性、动机,客观方面来说解决问题的环境、问题的呈现方式等都对问题的解决有着重要的影响,因此高中化学定量实验问题的解决策略还有必要根据学生的特点进行深入研究。
1.高中化学定量实验问题的特点
高中化学定量实验的特点是对化学实验有较严格的“量”的要求,这个“定量”要贯穿实验的全过程。
1.1化学反应计量关系要定量
定量实验一般要通过化学反应的定量的计量关系去计算一些难以测量量的数值,例如在1mol气体体积的测定中,氢气的质量比较难测定,可以通过镁与硫酸反应,通过确定的计量关系,转换成测镁固体的质量,再算出1mol气体体积,这就决定可逆反应或有副反应的反应不适宜做高中化学定量实验的实验原理。
1.2计量仪器要保证一定的精度
在确定实验原理之后,根据实验原理确定需准确测量的量,例如物质的质量、液体的体积、气体的体积。再根据量所要求的精度选择适当的测量工具,例如量取液体的体积时,配制一定物质的量浓度的溶液选取量筒,在酸碱中和滴定中则要用滴定管等。
1.3操作要严格控制变量
定量实验为了保证测量结果的准确性,一般比定性实验需要控制更多的变量,例如测定1mol气体的体积的实验,就要关注室温的变化,配制一定物质的量浓度溶液时,在转移步骤前也要注意冷却。
1.4进行相关的数据处理及误差分析
化学定量实验中的计算难度虽不高,但要求学生在理解数据化学意义的层面上处理数据,不仅要求学生有较高的数学技能,还要求学生有扎实的化学基础和一定的推理能力。例如在1mol气体的体积测定的实验中关于镁的质量的确定就要在理解化学原理、了解实验装置等前提下进行计算,而不仅仅是一个简单的列比例式就解决的数学问题。
2.高中化学定量实验问题解决策略
基于定量实验问题背景复杂的特点,在定量实验问题的解决过程中首先快速理清理准题意;其次准确确定测定方法和反应原理,分析需测定的量,再根据原理确定实验装置和步骤;第三是对问题解决过程的各个环节进行监控和调节。
2.1 通过良好的表征习惯,快速走进情境,获取有效信息
表征问题是个体运用相关知识对相关问题所进行的分析,表征是解决问题的必要前提,表征的深度和广度影响解决策略的选择。由于高中化学定量实验问题在很多情况下,为控制实验误差得到准确的某个量的数据,要增加一些必要的实验步骤,如果全部用文字叙述,就会使题目信息量大,为了快速理清题意,表征类型的选择至关重要,化学知识有多种类型的表征方式,具体见下表:
可根据实验情况选择合适的表征类型,对较复杂的定量步骤的表征,言语表征不如图式表征一目了然。图式表征会大大减少阅读量,充分体现实验步骤之间逻辑联系,有利于获取有效的信息。例如2008年上海高考卷27对实验的实验步骤用图式表征很复杂的实验过程变得一目了然了。不同的表征形式具有不同的优势,化学符号表征有简约性、综合性、直观性,言语表征具有抽象性,在问题的表征过程中需综合运用才能起到好的效果。如果不想把题目以图式的形式表征出来,划出关键词也是非常有利于问题解决的一种良好的表征习惯,习惯的养成需要老师在平时的教学中做示范,并让学生在平时做题时养成找出关键词,关键数据和关键步骤的习惯,也有利于快速理清题义。
2.2 构建完善的知识结构,快速处理信息,形成解决方案
对高中化学定量实验问题的解决,需要学生有关于定量实验较完善的知识结构,完善的知识结构主要指清楚每种类型定量实验的实验原理、实验步骤、仪器的选择和使用、数据处理及分析,并能通过类比迁移去解决其它类似的问题。
例如:(节选)
2、如果用二氧化锰和双氧水溶液制取氧气,再用化学反应气体体积测定仪测定常温下1mol氧气的体积(假设不考滤氧气在溶液中的溶解)。据此回答下列问题:
(1)制取氧气的化学方程式_________________________________。
(2)仪器A 中预先盛放的试剂是__________,用注射向A中注入的试剂是____________。
(3)仪器C的刻度范围一般是_____________________________,若取10 ml过氧化氢溶液,那么实验中使用的过氧化氢的浓度最大约为____________mol/L,最小约为________mol/L,(已知室温下,1mol氧气的体积取24.0L)
(4) 现取10 ml0.95 mol/L的过氧化氢溶液完全反应,用注射器抽掉2.0 ml气体后,仪器C的读数为120.0 mL计算室温下1mol氧气的体积测定值是_________L。
首先明确该题属于气体法类型的定量实验,主要迁移“1mol气体的体积的测定”的原理和操作,根据一次称量、二次加料、三次使用注射器、记录四个数据实验步骤完成(2),再根据储液瓶的量程确定过氧化氢浓度的最大值和最小值,最后根据化学反应定量关系和测得的氧气的体积通过计算得出1mol氧气的体积。
再如测定含有少量氯化钠的碳酸氢钠的含量首先确定属于滴定型定量实验,头脑中就要再现滴定法的实验原理及实验步骤:
总之学习者头脑中要有必要的背景知识,并能根据问题情境自动提取,这样的知识结构才能快速处理获取的信息,准确的形成解决方案。例如以上上两例先确定实验类型,再根据重量法、容量法、气体法的原理去设计实验,解决相关的问题。
2.3通过自我提问,监控解决过程,得出并评价结果
定量实验问题通常考查的知识点比较多,为了问题整体解决的过程中思路都比较清晰,可以养成在解决问题时进行自我提问的习惯,在解题过程中可以对自已进行下列提问,使问题解决的思路清晰起来。
高中化学定量实验重点实验有几种类型?
(1)这个实验属于哪种类型?
(2)要解决的实验的任务是什么?
(3)这种类型定量实验问题解决的常规思路?
(4)这种类型实验的原理和操作?
(5)这个实验的实验原理可以是什么?
(6)每种方法需要测得哪些量?
(7)如何测得?
(8)需要什么仪器?
(9)如何操作?
(10)操作过程如何做到精度要求?否则会对结果产生怎样的影响?
(11)如何进行数据处理?
通过这样的自我提问可以外化思维,明确要获得哪些数据,如何获得,数据如何处理,如何提高实验的精确度等,这样的提问不仅可以清晰解决的思路,也可以巩固知识,有利于知识学生思维能力的提高。
总之解决高中化学定量实验问题是有章可循的,本文只是就定量实验问题本身特点对该类问题解决的一般方法和思维程序做些探讨。因高中化学实验问题的解决影响因素众多,从主观方面来说,问题解决者的智能水平,知识掌握程度,思维习惯,气质、个性、动机,客观方面来说解决问题的环境、问题的呈现方式等都对问题的解决有着重要的影响,因此高中化学定量实验问题的解决策略还有必要根据学生的特点进行深入研究。