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摘要:本文分析了中学化学中混合物组分含量测定教学的原理,提出了此类问题教学的基本模式,即:测一种物质(计算另一种物质的含量)——测定方便测定的物质——确定测定原理——确定测定方法——测定仪器的组装。按此步骤教学,引导学生主动理解测定中每一步的原理,促进学生主动构建知识形成解决问题的能力。
关键词:混合物;含量测定;教学设计原理
文章编号:1008-0546(2010)10-0011-03中图分类号:G633.8文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2010.10.004
物质大多是以多组分混合而存在的,混合物中各组分含量的测定是科研和生产中的一项十分常见和非常重要的工作,因此化学分析有化学科研和化工生产的眼睛之称。
测定含两种或两种以上物质组成的混合物中各组分的含量是中学化学中的重要学习内容。混合物中各组分含量的测定是一种应用综合性程度比较高的内容,将化学的思维、化学的基本知识和原理、化学实验知识、物理学中的有关知识高度综合,不但培养学生的综合知识运用能力,也能形成实用的解决问题能力。由于这类问题能较好地考查学生解决问题的能力,因此是高考考查的重点。混合物中各组分含量测定也是中学化学学习中的难点。混合物中各物质的含量测定之所以是学习的难点,一是因为测定的原理多样,对于不同的混合物有不同的测定方法,对于一定的混合物的含量测定必须找到一种相应的方法,同一份混合物可能有多种测定方法。二是测定物质的含量需要一定的装置和仪器,如何根据测定的需要选择仪器和搭配装置、搭配装置是否合理,这些都是学生感到困难的问题。在中学化学教学中需要花大量的时间和精力,通过大量的练习去训练学生解决此类问题,如何使学生快速形成解决此类问题的能力,一直是中学化学教学研究中的热门问题,但有关混合物含量测定的教学论文却很少,且只是研究了混合物的计算及鉴别与分离 [1,2],未能涉及教学原理的研究。本文主要探讨中学化学教学中混合物中各组分含量测定教学原理及教学设计的基本模式,以期对此类问题的解决教学提供有效的教学设计理论。
一、混合物中各组分含量测定教学原理
中学化学教学中的混合物各组分含量的测定是一类人为拟定的、简化了的问题,这些混合物一般只涉及到两种组分,三种组分都极少,因此解决此类问题的方法就比之常规的化学分析要简单得多。
混合物各组分含量的测定可以转化成测定某一组分的含量,然后通过计算确定另一组分的含量的简单问题。例如,测定含有过氧化钠中氧化钠的含量,就可以测定过氧化钠的含量,然后计算氧化钠的量。例如测定含碳酸钡的硫酸钡的含量,只测碳酸钡的含量或只测硫酸钡的含量都可以。
混合物中各组分含量测定问题的解决主要由以下几个方面组成:测什么物质、如何测、测定装置。
1.测什么物质?
在两组分混合物中,并不是两种组分的含量都要一一测定,一般是测定一种组分的含量,计算确定另一组分的含量。这就存在测定组分的选择。一般的选择原则是测定能测、易测组分的含量。如:过氧化钠和氧化钠组成的混合物中,测定氧化钠的含量受到过氧化钠的干扰而不可测,只能测定过氧化钠的含量;碳酸钠与硫酸钠组成的混合物中,测定硫酸钠的含量(沉淀法)比测定碳酸钙含量方便。而碳酸钡和硫酸钡组成的混合物,则测定硫酸钡更简单,当然也可以测定碳酸钡的含量,但其测定由于要测量二氧化碳的体积比较困难,所以比测硫酸钡含量较为困难。
2.如何测?
测定原理有两个,直接测定和间接测定。一般来说直接测定是指用一定的机器进行测定,如元素分析仪,原子吸收等,这些都是直接测定其物质的含量的方法。一般的化学分析都是用间接测定。最常见的酸碱滴定、氧化还原滴定都是间接测定法,不过这种间接法直接指示出了所测定物质的含量。另一种基本的间接测定方法是选择一种试剂,与待测混合物中的一种物质发生化学反应,生成另一种可直接测定的物质,如沉淀物、气体,然后测定沉淀物或气体的量,根据化学式的转换计算出来。例如前面所说的氧化钠中含有过氧化钠和氧化钠的混合物,可将过氧化钠进行分解产生氧气,以测定产生氧气的体积可计算出过氧化钠的质量。
在中学化学中常见的间接测定的方法可归为三种:沉淀法、气体法和氧化还原法。沉淀法是将一种组分形成沉淀,称其沉淀的质量,转化为待测组分质量,如测定氯化钠中含碳酸钠的量。气体法是使混合物中某一组分进行化学反应产生气体,测定气体体积,然后转化成待测组分的质量。这类方法用得比较多,且装置复杂,变化多。氧化还原法是将混合物中某一组分通过氧化或还原,而另一组分不变,测定混合物总体质量的增加或减少,计算待测组分的质量。如测定FeO、Fe2O3混合物的组成,可将FeO氧化成Fe2O3,使混合物总体质量增加。
3.测定装置的选择和装配
对于沉淀法,其测定过程比较简单,只要选择与待测组分反应产生沉淀的试剂,沉淀、过滤、洗涤、干燥、称重、计算等步骤就可完成,一般不需要成套装置。测定装置主要是气体测定装置。气体测定装置主要的组成部分有:气体发生装置、气体净化装置、气体体积或质量测定装置等,这些装置的设计组装都有一定的原理或要求。
氧化还原测定装置与气体测定装置类似,只是多了一个加热部分(因为大部分氧化还原反应都利用气体——氧气或氢气反应,需加热才能进行),有时会加上一个气体反应产物的吸收装置。气体的计量一般有计量体积(排水法)、计量质量(用一定的吸收剂吸收气体)
让学生有序地体验到混合物中各组分含量的测定方法,是学习此类知识和技能的关键。有关混合物中各组分含量的测定题目繁多,形式各异,其实解决问题的规律很简单,“测什么物质、如何测、测定装置”就是解决问题的主线,掌握这个主线后,其他各个细节的问题更容易引导学生自主解决。在教学中一定让学生清晰地体验到这个思路,抓住这个主线,然后下面的问题便一个个有序解决,这样经过少量的练习便可使学生达到较好的解决问题能力。否则,学生就会每一道习题都是一个解决方法,互不关联,大大增加学生的记忆负担,且不能灵活运用来解决问题。
二、混合物中各组分含量测定教学设计原理
混合物中各组分含量测定是技能型学习,也是综合性较强的问题解决技能学习,需要多学科知识及生活中积累经验的综合运用。但关键还是让学生系统、明晰地形成解决问题的原理和一般方法,让学生建立起解决此类问题的基本模式,即首先确定测哪种物质的含量(了解哪种物质易测)——确定测定的化学方程式——确定测定的方法——设计测定的装置(气体测定装置包括:气体发生、气体净化、气体体积测定或气体吸收)。
技能学习主要是学习解决问题的方法和解决问题的规则,达到熟练程度靠的是练习。解决问题的方法和规则可以是在解决问题的过程中形成的,也可以是按已定的方法和规则执行的。因此混合物中各组分含量测定教学有两种基本过程。第一种模式是通过一系列问题解决,对解决的问题进行抽象,总结出解决问题的方法和规则,从而让学生得到深刻的体会。第二种模式是先由教师告知学生方法和规则并做出具体的演示和讲解,学生可以在此方法和规则的基础上进行练习。但不管是哪种过程,教师都必须清楚明白地给学生有个清晰的解决问题的一般思路。不能只靠做大量的练习来让学生将所有可能出现的问题都做一遍。
三、教学设计思路举例
例:设计测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的含量。
问题分析:此混合物中含碳酸钠和碳酸氢钠。
测定物质确定:应测定何种物质的含量?测定的化学原理为何?[学生思考回答,综合学生答案,确定测定碳酸氢钠含量;利用加热分解碳酸氢钠生成水和二氧化碳测定产生的二氧化碳的含量(两种物质的热分解性的差异)]。
设计测定方法:
称量一定物的混合物——热分解产生气体二氧化碳和水——测定产生的二氧化碳的量[不测水的量(为什么?如何除去水?——让产生的气体通过浓硫酸)]——如何测定二氧化碳的量[测定其体积(排水法测气体的体积)或其质量(用称过质量的碱石灰干燥管吸收二氧化碳,然后称吸收二氧化碳后碱石灰干燥管质量)]——计算碳酸氢钠质量——计算碳酸钠质量。
设计装置(考虑每一过程测定的准确性):
加热分解装置(注意排除原有的空气)——气体净化装置(用浓硫酸除水)——气体测定装置(排水法量气体体积,吸收法称其气体质量)。
学生画出装置示意图并进行评价。
归纳测定方法(将各阶段标题联在一起形成解决问题的主线)。
练习:测定碳酸钠与氢氧化钠混合物的各组分含量设计。
第二种模式是第一种模式的反式,即先要求学生了解解决问题的基本主线,然后举出实例,引导学生按这个主线逐步解决问题(具体教学设计略)。
混合物含量测定教学中应注意的问题:(1)教师有较清晰的解决问题的思路,能循序渐进地引导学生达成问题的解决;(2)教学过程中,教师只是引导学生思考,让学生自己出主意、想办法,一步一步地设计问题的解决,教师要对学生的设计作出相应的评价和修正。(3)形成解决问题的主线(教学理论中又称这个过程为学习的精制)过程非常重要,这是提高学习能力的重要一环,如果学生能顺利地完成这个阶段任务,说明他已掌握了解决问题的方法,以后碰到类似的问题他会很快地找到解决的方法,不会无从下手。
参考文献
[1]樊海峰.浅谈高考化学题中混合物的有关计算[J].延安教育学院学报,2000,(2):74-75
[2]王莉.浅谈混合物中物质的鉴别与分离[J].兵团教育学院学报,2006,16,(2):43-44
关键词:混合物;含量测定;教学设计原理
文章编号:1008-0546(2010)10-0011-03中图分类号:G633.8文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2010.10.004
物质大多是以多组分混合而存在的,混合物中各组分含量的测定是科研和生产中的一项十分常见和非常重要的工作,因此化学分析有化学科研和化工生产的眼睛之称。
测定含两种或两种以上物质组成的混合物中各组分的含量是中学化学中的重要学习内容。混合物中各组分含量的测定是一种应用综合性程度比较高的内容,将化学的思维、化学的基本知识和原理、化学实验知识、物理学中的有关知识高度综合,不但培养学生的综合知识运用能力,也能形成实用的解决问题能力。由于这类问题能较好地考查学生解决问题的能力,因此是高考考查的重点。混合物中各组分含量测定也是中学化学学习中的难点。混合物中各物质的含量测定之所以是学习的难点,一是因为测定的原理多样,对于不同的混合物有不同的测定方法,对于一定的混合物的含量测定必须找到一种相应的方法,同一份混合物可能有多种测定方法。二是测定物质的含量需要一定的装置和仪器,如何根据测定的需要选择仪器和搭配装置、搭配装置是否合理,这些都是学生感到困难的问题。在中学化学教学中需要花大量的时间和精力,通过大量的练习去训练学生解决此类问题,如何使学生快速形成解决此类问题的能力,一直是中学化学教学研究中的热门问题,但有关混合物含量测定的教学论文却很少,且只是研究了混合物的计算及鉴别与分离 [1,2],未能涉及教学原理的研究。本文主要探讨中学化学教学中混合物中各组分含量测定教学原理及教学设计的基本模式,以期对此类问题的解决教学提供有效的教学设计理论。
一、混合物中各组分含量测定教学原理
中学化学教学中的混合物各组分含量的测定是一类人为拟定的、简化了的问题,这些混合物一般只涉及到两种组分,三种组分都极少,因此解决此类问题的方法就比之常规的化学分析要简单得多。
混合物各组分含量的测定可以转化成测定某一组分的含量,然后通过计算确定另一组分的含量的简单问题。例如,测定含有过氧化钠中氧化钠的含量,就可以测定过氧化钠的含量,然后计算氧化钠的量。例如测定含碳酸钡的硫酸钡的含量,只测碳酸钡的含量或只测硫酸钡的含量都可以。
混合物中各组分含量测定问题的解决主要由以下几个方面组成:测什么物质、如何测、测定装置。
1.测什么物质?
在两组分混合物中,并不是两种组分的含量都要一一测定,一般是测定一种组分的含量,计算确定另一组分的含量。这就存在测定组分的选择。一般的选择原则是测定能测、易测组分的含量。如:过氧化钠和氧化钠组成的混合物中,测定氧化钠的含量受到过氧化钠的干扰而不可测,只能测定过氧化钠的含量;碳酸钠与硫酸钠组成的混合物中,测定硫酸钠的含量(沉淀法)比测定碳酸钙含量方便。而碳酸钡和硫酸钡组成的混合物,则测定硫酸钡更简单,当然也可以测定碳酸钡的含量,但其测定由于要测量二氧化碳的体积比较困难,所以比测硫酸钡含量较为困难。
2.如何测?
测定原理有两个,直接测定和间接测定。一般来说直接测定是指用一定的机器进行测定,如元素分析仪,原子吸收等,这些都是直接测定其物质的含量的方法。一般的化学分析都是用间接测定。最常见的酸碱滴定、氧化还原滴定都是间接测定法,不过这种间接法直接指示出了所测定物质的含量。另一种基本的间接测定方法是选择一种试剂,与待测混合物中的一种物质发生化学反应,生成另一种可直接测定的物质,如沉淀物、气体,然后测定沉淀物或气体的量,根据化学式的转换计算出来。例如前面所说的氧化钠中含有过氧化钠和氧化钠的混合物,可将过氧化钠进行分解产生氧气,以测定产生氧气的体积可计算出过氧化钠的质量。
在中学化学中常见的间接测定的方法可归为三种:沉淀法、气体法和氧化还原法。沉淀法是将一种组分形成沉淀,称其沉淀的质量,转化为待测组分质量,如测定氯化钠中含碳酸钠的量。气体法是使混合物中某一组分进行化学反应产生气体,测定气体体积,然后转化成待测组分的质量。这类方法用得比较多,且装置复杂,变化多。氧化还原法是将混合物中某一组分通过氧化或还原,而另一组分不变,测定混合物总体质量的增加或减少,计算待测组分的质量。如测定FeO、Fe2O3混合物的组成,可将FeO氧化成Fe2O3,使混合物总体质量增加。
3.测定装置的选择和装配
对于沉淀法,其测定过程比较简单,只要选择与待测组分反应产生沉淀的试剂,沉淀、过滤、洗涤、干燥、称重、计算等步骤就可完成,一般不需要成套装置。测定装置主要是气体测定装置。气体测定装置主要的组成部分有:气体发生装置、气体净化装置、气体体积或质量测定装置等,这些装置的设计组装都有一定的原理或要求。
氧化还原测定装置与气体测定装置类似,只是多了一个加热部分(因为大部分氧化还原反应都利用气体——氧气或氢气反应,需加热才能进行),有时会加上一个气体反应产物的吸收装置。气体的计量一般有计量体积(排水法)、计量质量(用一定的吸收剂吸收气体)
让学生有序地体验到混合物中各组分含量的测定方法,是学习此类知识和技能的关键。有关混合物中各组分含量的测定题目繁多,形式各异,其实解决问题的规律很简单,“测什么物质、如何测、测定装置”就是解决问题的主线,掌握这个主线后,其他各个细节的问题更容易引导学生自主解决。在教学中一定让学生清晰地体验到这个思路,抓住这个主线,然后下面的问题便一个个有序解决,这样经过少量的练习便可使学生达到较好的解决问题能力。否则,学生就会每一道习题都是一个解决方法,互不关联,大大增加学生的记忆负担,且不能灵活运用来解决问题。
二、混合物中各组分含量测定教学设计原理
混合物中各组分含量测定是技能型学习,也是综合性较强的问题解决技能学习,需要多学科知识及生活中积累经验的综合运用。但关键还是让学生系统、明晰地形成解决问题的原理和一般方法,让学生建立起解决此类问题的基本模式,即首先确定测哪种物质的含量(了解哪种物质易测)——确定测定的化学方程式——确定测定的方法——设计测定的装置(气体测定装置包括:气体发生、气体净化、气体体积测定或气体吸收)。
技能学习主要是学习解决问题的方法和解决问题的规则,达到熟练程度靠的是练习。解决问题的方法和规则可以是在解决问题的过程中形成的,也可以是按已定的方法和规则执行的。因此混合物中各组分含量测定教学有两种基本过程。第一种模式是通过一系列问题解决,对解决的问题进行抽象,总结出解决问题的方法和规则,从而让学生得到深刻的体会。第二种模式是先由教师告知学生方法和规则并做出具体的演示和讲解,学生可以在此方法和规则的基础上进行练习。但不管是哪种过程,教师都必须清楚明白地给学生有个清晰的解决问题的一般思路。不能只靠做大量的练习来让学生将所有可能出现的问题都做一遍。
三、教学设计思路举例
例:设计测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的含量。
问题分析:此混合物中含碳酸钠和碳酸氢钠。
测定物质确定:应测定何种物质的含量?测定的化学原理为何?[学生思考回答,综合学生答案,确定测定碳酸氢钠含量;利用加热分解碳酸氢钠生成水和二氧化碳测定产生的二氧化碳的含量(两种物质的热分解性的差异)]。
设计测定方法:
称量一定物的混合物——热分解产生气体二氧化碳和水——测定产生的二氧化碳的量[不测水的量(为什么?如何除去水?——让产生的气体通过浓硫酸)]——如何测定二氧化碳的量[测定其体积(排水法测气体的体积)或其质量(用称过质量的碱石灰干燥管吸收二氧化碳,然后称吸收二氧化碳后碱石灰干燥管质量)]——计算碳酸氢钠质量——计算碳酸钠质量。
设计装置(考虑每一过程测定的准确性):
加热分解装置(注意排除原有的空气)——气体净化装置(用浓硫酸除水)——气体测定装置(排水法量气体体积,吸收法称其气体质量)。
学生画出装置示意图并进行评价。
归纳测定方法(将各阶段标题联在一起形成解决问题的主线)。
练习:测定碳酸钠与氢氧化钠混合物的各组分含量设计。
第二种模式是第一种模式的反式,即先要求学生了解解决问题的基本主线,然后举出实例,引导学生按这个主线逐步解决问题(具体教学设计略)。
混合物含量测定教学中应注意的问题:(1)教师有较清晰的解决问题的思路,能循序渐进地引导学生达成问题的解决;(2)教学过程中,教师只是引导学生思考,让学生自己出主意、想办法,一步一步地设计问题的解决,教师要对学生的设计作出相应的评价和修正。(3)形成解决问题的主线(教学理论中又称这个过程为学习的精制)过程非常重要,这是提高学习能力的重要一环,如果学生能顺利地完成这个阶段任务,说明他已掌握了解决问题的方法,以后碰到类似的问题他会很快地找到解决的方法,不会无从下手。
参考文献
[1]樊海峰.浅谈高考化学题中混合物的有关计算[J].延安教育学院学报,2000,(2):74-75
[2]王莉.浅谈混合物中物质的鉴别与分离[J].兵团教育学院学报,2006,16,(2):43-44