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一、應充分認識到兩種粒子物質的量換算關系的計算價值
大家都知道初中化學計算以質量為中心,高中應構建以物質的量為中心的計算體系。物質的量在高中化學計算中的中心地位體現(xiàn)在哪些方面呢?我認為主要體現(xiàn)在兩個方面:首先體現(xiàn)在物質的量處于同一種粒子不同量換算關系網絡的中心,這是大家所熟知的;其次體現(xiàn)在物質的量之比是兩種粒子各種換算關系的中心。即兩種粒子的換算關系無論是同種量之比,如質量之比、氣體體積之比(同溫同壓下)以及溶質與對應離子的物質的量濃度之比(同一溶液中)等,還是不同種量之比,如物質的量與質量之比、質量與氣體體積(標準狀況)之比,等等,都可以在物質的量之比基礎上推算得出。同時,由于物質的量之比在既定兩種粒子的各種換算關系中數值最小、計算最便捷,導致物質的量之比成為換算關系運用的主流形式。高中化學計算究其本質主要是兩種不同粒子之間的計算,正確構建兩種粒子的量關系是進行兩種不同粒子量之間換算的橋梁和關鍵。由此可見,正確構建兩種粒子(或物質)之間物質的量換算關系在化學計算中起著至關重要的作用。
二、掌握構建兩種粒子物質的量換算關系的基本方法
在人教版初中化學中,化學式和化學方程式的定量意義可用微觀粒子個數和宏觀質量兩種量揭示。實際計算中,沒有單純利用粒子個數關系進行的計算,主要是依據化學式和化學方程式中蘊藏的兩種粒子質量關系進行的計算。但提取出粒子個數關系是推算質量關系的基礎和必經之路(事實上物質的量關系在其中起橋梁作用)。由此可見,有關化學式和化學方程式的計算雖然用到的是質量關系,但離不開粒子個數關系的奠基。
中學化學計算體系中,計量粒子數目多少的方式有兩種:一種是以單個的方式來計量叫粒子個數,習慣上稱為粒子數;另一種是以集合體的方式來計量叫物質的量,并且兩者之間存在固定的換算關系即阿伏加德羅常數。由此可知,在一定情形下如化學式或化學方程式等一定時,只要同時采用相同的計量方式,其中任意兩種不同粒子的數目關系就一定,即在一定情形下,任意兩種不同粒子的粒子個數之比等于物質的量之比。而平時從定量的角度認識物質的構成及其發(fā)生的化學變化,往往從微觀粒子之間的個數關系著手,并且在微粒之間的多種量關系中個數關系涉及的知識最基礎、數據最簡單、得出最方便。因此,首先從化學式或化學方程式等條件中提取出粒子個數關系,進而轉化為物質的量關系,是構建兩種粒子物質的量換算關系的基本方法和主要途徑。
三、精心設計構建兩種粒子物質的量換算關系的起始形成教學
1. 起始形成教學中存在的問題
無論是從人教版、蘇教版和魯教版這三種新教材的編排來看,還是從實際教學的安排來看,關于兩種不同粒子的個數之比等于物質的量之比這一結論的起始形成與運用教學,基本上都安排在“阿伏加德羅常數”之后、“摩爾質量”之前,而且都是以化學式作為研究對象,即本質上把物質的量應用于化學式的計算教學作為粒子個數之比等于物質的量之比這一結論的起始教學。但從實際教學過程與效果來看,這部分教學內容的選擇、組織以及安排等方面還存在不少問題,致使教學效果不夠理想。那么現(xiàn)行物質的量應用于化學式的計算教學究竟存在哪些問題?經歸納后得出問題主要有:
(1)物質的量應用于化學式計算的教學隱性化
很多教師把物質的量應用于化學式的計算教學,與物質的量與粒子個數的換算教學混雜在一起,并隱藏于其中,導致為形成物質的量與粒子個數換算公式所舉的例證類型不單一,嚴重干擾了物質的量與粒子個數換算公式的自然生成。同時由于物質的量應用于化學式的計算教學環(huán)節(jié)沒有在教學中單列凸顯,導致學生對物質的量應用于化學式的計算內容認識模糊、膚淺。
(2)忽視結論的起始形成教學
有的教師把由物質的量與粒子個數換算公式推導出的粒子個數之比等于物質的量之比(同種粒子),直接用于化學式的計算(不同種粒子之間),學生感到非常突兀。缺失結論粒子個數之比等于物質的量之比的形成教學,必然致使學生對結論缺乏透徹全面的理解,運用難以靈活自如。事實上物質的量用于化學式的計算依據雖然表述與前者相同,但形成過程以及適用范圍是不同的。
2. 立足教材解決問題的方法
那么立足教材現(xiàn)狀如何解決實際教學存在的主要問題呢?筆者認為,應把物質的量應用于化學式的計算教學,與物質的量應用于化學方程式的計算教學同等對待,進行主題顯性化教學。這樣做不僅可有效解決問題,而且可促進相關計算整體教學效果的提升。具體做法如下。
(1)通過比較吃透教材
如果圍繞研究主題對三種教材先逐一分析再進行比較將發(fā)現(xiàn),盡管三種教材正文對物質的量應用于化學式的計算內容處理方式與編排內容各不相同,如蘇教版凸顯結論粒子個數比等于物質的量比在化學式計算中的應用,魯教版凸顯結論粒子個數比等于物質的量比的形成過程,人教版保持了老教材原有省略的做法;但共同點是正文末尾的習題中都安排了相關習題。這些事實充分說明了三種教材都一致認為物質的量應用于化學式計算教學的必要性和重要性。事實上,物質的量應用于化學式的計算與物質的量應用于化學方程式的計算同等重要,兩者是高中化學計算中的兩種重要的基礎性計算類型。
(2)運用整合設計教學
如何進行物質的量應用于化學式計算的起始教學呢?由于單一粒子物質的量與粒子個數的換算與物質的量應用于化學式的計算是兩類不同的計算,宜應采用先分類后綜合的教學策略。分類教學顯然先單一粒子物質的量與粒子個數換算后物質的量應用于化學式的計算。下面就圍繞物質的量應用于化學式計算的起始教學設計這一主題將自己實踐與思考介紹如下。
①從物質的量的視角認識化學式結論的形成教學
從三種教材的編排來看,只有魯教版呈現(xiàn)了引導學生從物質的量視角認識化學式獲取新認識的過程。魯教版旨在用“圖”引導學生運用剛學的物質的量與粒子個數的換算關系,以及初三所學化學式的微觀定量意義,通過自主、探究和合作的學習方式解決問題。但“圖”中由于采用了3個可逆符號,導致推導線路思路不明確、難分辨。為此,實際教學時,筆者將“圖”中可逆符號換成單向箭頭符號,并將水分子個數由已知還原為未知。改進后的“圖”為:
不難看出,改進后的“圖”較原圖問題指向明確,解決問題線路清晰。然而實際教學中如何用“圖”效果好呢?教學實踐表明,教學中可先不提供“圖”,而讓學生充分思考:1molH2O中有多少mol的H,多少mol的O?當獨立想到上“圖”思路的學生介紹后,再投影改進后的“圖”。這樣做能有效激活學生的思維,更好地落實新課程理念。同時教師逐步板書:
H2O——2H——O
粒子個數之比 1 ∶ 2 ∶ 1
物質的量之比 1mol ∶ 2mol ∶1mol
引導學生得出結論:對于任意兩種粒子,粒子個數之比等于物質的量之比。
②結論的應用教學
化學式主要包含共價分子的分子式,離子化合物的化學式以及復雜離子的離子符號等。物質的量應用于化學式計算的基本類型,從已知與未知粒子的大小差異來細分,主要包括由大粒子(整體)求小粒子(部分)和由小粒子(部分)反求大粒子(整體)兩種涉及物質的量計算的類型。為了提高結論應用教學的有效性,必須加強練習選擇的針對性和組織的層次性。具體習題分層安排如下:
題組I(運用化學式中任意兩種粒子個數比等于物質的量比的計算)
⒈5mol CO2含有 mol C, mol O。
⒉把1mol Al2(SO4)3溶解于水后,溶液中有
mol Al3+,有 mol ■。
⒊ mol Fe3O4中含有1mol O,含有 mol Fe。
題組II(運用同種粒子物質的量與粒子個數換算關系以及化學式中任意兩種粒子個數比等于物質的量比的綜合計算)
⒈1mol NaCl中的氯離子數 。
⒉1mol H2SO4中的氧原子數 。
⒊0.1mol ■中含有 N,含有 個H。
⒋ mol Al2O3中含有6.02×1023個Al原子。
題組III(依據粒子個數比等于物質的量比運用化歸方法的計算)
⒈3mol O2和2mol O3中分子個數比是 ,原子個數比是 。
⒉5mol O2、1mol N2、2mol H2中含分子數由大到小的順序是 。
⒊ mol CO2中含有的氧原子數跟1.806×1024個H2O分子中含有的氧原子數相同。
這里只是物質的量應用于化學式計算的起始教學,事實上物質的量應用于化學式的計算以及結論粒子個數之比等于物質的量之比應用范圍都很廣,為提高計算教學的整體效果,應采用整體規(guī)劃統(tǒng)籌安排分步實施的策略。
四、充分重視兩種粒子物質的量換算關系構建方法的訓練環(huán)節(jié)
關鍵詞:認知價值 情意價值 應用價值 物質的量
中圖分類號:G64 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2010)09-148-02
在應試教育中我們對于知識的教育教學價值是非常忽略的,導致老師更多的停留在純粹知識的教學上。例如我們學習了物質的量一節(jié),學生只知道物質的量的定義、摩爾是物質的量的基本單位以及與物質的量相關的幾個公式,在計算題中會應用。然而我們卻很少思考為什么要學習這個概念,學習了這個概念對學生的認識會有什么發(fā)展。實際上,建構主義認為,知識不是獨立于認知主體而存在的各種規(guī)則、定律和理論的集合,它是人類永無止境的探索和研究過程,其中蘊涵著特定的科學過程和科學精神。因此任何知識都具有不同角度和不同層面的教育教學價值。這種多重價值具體表現(xiàn)為知識具有認知價值、情意價值和應用價值。
物質的量是化學教學中的一個十分重要的概念,它貫穿于高中階段(包括普通高中和中等職業(yè)教育)化學學習的始終,在化學計算中處于核心地位。本文擬以物質的量為例,分別從知識的認知價值、情意價值和應用價值三個方面來探討知識的教學在發(fā)展學生的科學認識方面具有的重要價值。
1、知識的認知價值
1.1 認知價值的涵義
心理學認為,一般地,人根據自己對事物的認識或已有的知識來做事,而人在做事的過程中又不斷地形成(積累)新的認識(知識),因此我們認為知識具有認知價值。從某種意義上說,學生的學習過程是一個認知加工過程,是學生認知結構和情意品質不斷豐富和完善的過程。科學知識的認知價值主要是指科學知識在個體的認知結構的完善和認知過程的發(fā)展過程中所起的促進作用。科學知識在認知過程上的價值并不只是在知識本身,而是指學生在主動接受知識過程的中,在已有知識經驗和未知世界之間架起一座橋梁,不斷豐富、拓展和改組自己的認知結構。
1.2 物質的量教學中的認知價值分析
作為國際單位制中七個基本單位之一,“物質的量”起著聯(lián)系微觀與宏觀物質世界的重要作用。
物質的量、物質的量單位“摩爾”、摩爾質量、氣體摩爾體積、物質的量濃度、阿伏加德羅常數等化學量概念構成了聯(lián)系密切的完整的概念體系,我們稱之為“物質的量”概念系統(tǒng)。該概念系統(tǒng)是一套全新的量度物質量多少的系統(tǒng)。學生明確“物質的量”是國際單位制七個基本物理量之一,是新接觸的一種物理量,可以利用它來度量物質,這在學生的認知上是一個發(fā)展。“物質的量”在宏觀物質和物質微粒數之間搭建起了一架橋梁,使學生能夠運用宏觀和微觀相結合的思維方法思考化學問題,使化學與實際結合得更緊密。物質的量與質量、氣體體積、微粒數、物質的量濃度建立起的聯(lián)系,我們可用下圖表示出來:
從上圖可以看出宏觀的質量、氣體體積、物質的量濃度均可通過“物質的量”這一“橋梁”與微觀的微粒數建立起聯(lián)系。物質的量及其相關概念的教育教學價值在知識的觀念取向方面擴展了學生度量物質的新視角,定量認識化學物質的微觀組成的新視角。學習了物質的量濃度使學生對于溶液的濃度表示方法的認識上升到一個新的高度。
另外物質的量的學習完善了學生認識化學反應的視角,之前學生已經可以從質量和微粒數的角度來認識化學反應,現(xiàn)在又可以從物質的量的角度來認識化學反應。例如,對于化學反應2H2+02=2H20的認識:在初中階段學生可以從質量和微粒數的角度來認識化學反應,知道4g氫氣和32克氧氣反應生成36克水,2個氫氣分子和1個氧氣分子反應可生成2個水分子。但很難將分子個數與質量之間建立起聯(lián)系。學習了物質的量之后,學生可以從物質的量的角度來認識該反應:2mol氫氣和1mol氧氣反應生成2mol水。利用公式n=N/NA(n表示物質的量,N表示微粒數,NA為阿伏伽德羅常數)將物質的量與微粒數建立起聯(lián)系,通過n=m/M(m表示物質質量,M表示物質的摩爾質量),n=V/Vm(V表示氣體體積,Vm表示氣體摩爾體積)與宏觀的質量、體積之間建立起聯(lián)系。這樣就使宏觀、微觀和化學符號三重表征有機融合起來,是學生更進一步的認識化學反應和化學學科。
2、知識的情意價值
2.1 情意價值的涵義
學習既是一種認知的過程,也是一種情感熏陶的過程。知識對人的作用一方面它能啟迪人的智慧,另一方面它也可以熏陶人的情感。當然,有些科學知識本身就具有啟迪智慧、熏陶情感的作用。而有些知識雖然本身不具有啟迪或熏陶作用,但是個體在習得這些知識的過程中會受到極大的啟迪和熏陶。我們將知識本身或知識習得過程中所具有的這種能夠啟迪人、熏陶人的作用界定為知識的情意價值。
知識之所以具有情意價值,可以從兩個方面來考察。一方面,從靜態(tài)的角度來看,每一種理論、觀點都體現(xiàn)了科學家的智慧、思想和觀點,也展示了他們的情感和態(tài)度,對學生具有良好的教育意義。另一方面,從動態(tài)的角度來看,學習者能夠在學習的過程中獲得豐富的情感體驗,成功的喜悅,這樣會帶給他們更強烈的學習動機和積極的學習態(tài)度。所以,知識的學習有助于培養(yǎng)學生正確的學習態(tài)度、高尚的道德情操和健康的審美情趣正確的價值觀和積極的人生態(tài)度等情意內容。
2.2 物質的量教學中的情意價值分析
物質的量的單位“摩爾”一詞來源于拉丁文moles,原意為大量和堆集。早在本世紀40至50年代,就曾在歐美的化學教科書中作為克分子量的符號。1961年,化學家E.A.guggen-helm將摩爾稱為“化學家的物質的量”,并闡述了它的涵義。同年,在美國《化學教育》雜志上展開了熱烈的討論,大多數化學家發(fā)表文章表示贊同使用摩爾。直到1971年,在由41個國家參加的第14屆國際計量大會上,正式宣布了國際純粹和應用化學聯(lián)合會、國際純粹和應用物理聯(lián)合會和國際標準化組織關于必須定義一個物質的量的單位的提議,并作出了決議。從此,“物質的量”就成為了國際單位制中的一個基本物理量。
根據摩爾的定義,12g12C中所含的碳原子數目就是lmol,即摩爾這個單位是以12g12C中所含原子的個數為標準,來衡量其他物質中所含基本單元數目的多少。摩爾跟其他的基本計量單位一樣,也有它的倍數單位。1Mmol=1000kmol,1kmol=1000mol,1mol=1000mmol。
這樣通過“摩爾”一詞的來歷介紹將我們今天看來理所當然的化學概念還原到當初產生它的社會文化背景中,使學生意識到知識是在怎樣的理論水平和技術條件下發(fā)展起來的,在理解知識的同時學會用歷史的觀點辯證地看待科學的發(fā)展幫助
學生建立科學發(fā)展觀。同時讓學生獲得了理性的、情感的深層次的發(fā)展,激發(fā)學生的化學學習的熱情,培養(yǎng)其科學精神品質。
通過物質的量這一聯(lián)系微觀與宏觀的物理量的學習,引導學生以化學的眼光、從微觀的角度認識豐富多彩的物質世界,認識到宏觀和微觀的相互轉化是研究化學的科學方法之一。在教學過程中,可以通過模擬科學家解決實際問題的探究活動,讓學生感受科學家在面對實際問題時,如何分析、聯(lián)想、類比、遷移、概括和總結,如何建立數學模型,培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。例如,引入“物質的量”概念時,很多教師都采用了非常巧妙的方法,例如,從“曹沖稱象”到“數一簍一元硬幣的個數”;從“化整為零”思想,到“聚零為整”的思想。讓學生思考如何建立“模具”來度量“一大堆”微小的原子、分子、離子等。這樣做的意義就在于把人類已經建好的模型進行還原,讓孩子們自己去建立模型。通過模擬科學家解決實際問題的探究活動,激發(fā)學生探索未知世界的興趣,讓他們享受到探究未知世界的樂趣。
另外,通過配制一定物質的量濃度溶液的實踐活動,培養(yǎng)學生嚴謹認真的科學態(tài)度和精神。
總之,“物質的量”概念教學,不僅為其它化學知識的教學奠定基礎,同時還為培養(yǎng)學生的辯證唯物主義觀點、觀察能力、思維能力、分析能力和自學能力等起著積極的作用。
3、知識的應用價值
3.1 應用價值的涵義
知識不是獨立于認知主體而存在的,知識具有重要的實踐應用價值。從科學知識的基本屬性而言,任何知識總是為人所用,總必然地具有某種效用性,正是由于這種效用性,人們才試圖通過接受和掌握知識去提高社會行為或個體行為的質量,并在知識的運用過程中不斷超越知識本身的目標,追求更高的價值。知識的應用價值是與指導個體的具體行為相聯(lián)系的一種價值,指知識的的學習對學生分析和解決實際問題的能力所產生的影響。
3.2 物質的量教學中的應用價值分析
物質的量是學習化學的重要工具。物質的量的引入,將一定數目的原子、分子、離子等微觀粒子與可稱量的物質聯(lián)系起來,實現(xiàn)了化學的微觀研究到宏觀應用的飛躍。對學生而言。從最初的對分子、原子等微粒的定性認識上升為借助物質的量這一工具,從量的層次上理解、分析宏觀與微觀概念并加以運用,既是學生認識不斷深化的必然路徑,也是學生思維方式從以感性認識為主向以邏輯思維為主轉向的具體表現(xiàn),更是學生將來學習其他相關概念、進行化學計算以及相關實驗的基礎。
我們可以來做一個簡單的關于化學方程式的計算,如CI2+2NaOH=NaCI+NaCIO+H2O,實驗室里有配制好的NaOH溶液,一瓶所貼標簽為4.0mol?L-1,另一瓶所貼標簽為14%(密度為1.14g?mL-1),問這兩種溶液各多少升才能分別2.24L(STP)的氯氣恰好完全反應?(計算過程略)其實這兩種溶液的濃度一樣大,但是用物質的量濃度表示卻給計算帶來了很大的方便。這樣更凸顯了將“物質的量”作為一種學習化學的基本工具的應用價值。
學生在掌握配制一定物質的量濃度的溶液的實驗方法的基礎上理解引入物質的量濃度的重要意義,實現(xiàn)了學習與生活實踐的有機銜接,體會化學理論知識在實際生活生產中的應用。
任何科學知識都具有多重教育教學價值。物質的量知識如此,其它知識也是如此。只要我們去認真思考、深入挖掘,設計有效的教學方案,就可以實現(xiàn)知識的多重價值,從而提升學生的科學素養(yǎng),促進學生的全面發(fā)展。
參考文獻:
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創(chuàng)新能力是一種非常重要的能力,不論是對于學生的化學學習,還是以后的工作生活,都有很重要的意義。在高中化學教學教學中,教師應該培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。可以通過以下幾點加強創(chuàng)新思維的培養(yǎng):
1)傳統(tǒng)的教學方式比較保守,對于課堂教學太過重視,導致教師一味的進行“填鴨式”知識灌輸,學生的學習興趣索然,再加上教師的主體地位,讓學生在學習中處在比較被動的地位,學習動力和思維都受到了一定限制。所以說,教師應該緊跟“新課改”和“素質教育”的步伐,改變教學方式,讓學生的思維得到解放。
2)進行課堂教學時,不能將時間都用在知識傳授上,而應該留出一定量時間,讓學生進行自主學習和思考,一開始,可以由教師引導學生的思維發(fā)展方向,然后逐漸讓學生進行自主思維的建立。這種方式能夠增加學生學習化學的興趣,如果通過自主思考,得到了比較好的方法、見解,還會因此受到鼓舞,提高自己在學習中的自信心,這種方式能夠極大的增加學生自主學習的動力。
3)輕松活潑的課堂教學能夠讓學生保持學習熱情,高中生的求知欲和好奇心仍然很強,可以針對他們的這個特點,進行情境課堂的建設。化學知識豐富多彩,趣味性較強,各種各樣有趣的化學反映,能夠讓學生輕松的了解到各種化學原理。例如在“化學族”的學習中,因為同一族的化學元素,性質上都有相似性,在學生學習時,可以根據這個特點進行記憶和理解,通過一種物質的化學反應,推斷出同一族中另一種物質的化學反應現(xiàn)象,這種方式能夠很好的培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。按照傳統(tǒng)的學習方法,雖然同一族元素有相似性,但是進行推斷的時候,難免發(fā)生偏差,創(chuàng)新思維能夠讓學生的化學思維得到延伸,清楚的認識到同一族元素雖然相似但是也有不同。
2建模思維在化學教學中的應用
在工業(yè)生產、農業(yè)生產中,有很多用到化學的地方。所以,要培養(yǎng)學生的“化學建模”思維,什么是建模思維,就是通過建立一個模型,對抽象化學反映的具體過程進行分析,達到解決問題的目的。距離來說,“差量法”是應用很多的一種思維方法,在化學問題中,找到“理論差值”,可以是質量茶、體積差或者壓強差等等,通過這個差值,作為問題的解決入口,借助差值和其他量之間的比例關系,進行解題,能夠將繁瑣的化學問題變得容易解決。“差量法”的原理,就是數學中經常用到的比例式,在化學問題中,一般一種物質的量發(fā)生變化,另一種物質的量也會呈比例的變化,用數學比例式表達就是:x1/x2=y1/y2=(x1-y1)(/x2-y2),應該注意這幾個變量的單位應該保持一致。
同樣的建模方法還有“守恒法”,這是化學解題中經常用到的方法,主要原理是利用化學變化中一種物質量不變作為解題突破點,能夠減少化學解題的繁瑣步驟,繞開題目中給出的繁雜條件,直接找到各種物質的守恒關系,列出等式進行解題。在化學反應中,有很多的守恒關系,例如“物質的量”“、元素化合價升降”等守恒。在化學學習中有幾種常見守恒,其中“電荷守恒”是在混合物、化合物中,負電荷數目和正電荷數目是相同的,代數和為零。還有“元素守恒”,化學反應遵循“物質守恒定律”,即化學反應前后,物質的總質量。總的物質的量。原子、離子數目等,都是不變的,在解題時,只需要找到守恒的物質或者離子,列出關系式,就能夠很容易的解決問題。
3化學教學中其他思維的培養(yǎng)
除了上面說到的化學思維,教師在教學過程中,應該引導學生結合生活實際進行學習。可以看到,許多化學知識,在我們的日常生活中都有體現(xiàn),學生學習的最終目標就是“學以致用”,在“有機化合物”的學習中,有關乙醇的知識,學生們在生活中就很常見,例如醫(yī)用酒精、無水酒精等,都是乙醇為主要原料制作的,在學習的時候,學生也可以自己動手,找到乙醇這種物質,進行觀察和實驗,在生活中獲取化學知識。
關鍵詞:示意圖法;滴定分析教學;應用
在滴定分析教學中,常常需要判斷滴定方式和明確待測物的物質的量與滴定劑物質的量的關系。一般情況下,這些問題是通過文字敘述以及寫出相應的化學反應方程式來解決的(以下簡稱反應式法)。這種方法在滴定反應比較簡單時,應用效果較好;但如果滴定反應比較復雜時,則顯得十分繁瑣,且容易出錯。因此在教學當中,反應式法的實際效果不是很好。而用示意圖法來處理上述問題時,由于其直觀、簡潔的描述方式,有利于獲得良好的教學效果。在本文中,示意圖法指的是根據文字敘述,將滴定反應中各反應物之間的關系用方框表示出來,以確定待測物與滴定劑之間物質的量的關系的一種方法。需要注意的是,為了簡化計算,在方框中的反應物是以適當的基本單元的形式來確定其物質的量的,且對于參加不同反應的同一種物質,其基本單元要一致。以下通過反應式法和示意圖法的比較,來說明示意圖法的一些具體應用及優(yōu)點。
滴定方式主要有四種,即:直接滴定法、返滴定法、置換滴定法和間接滴定法。
以上兩個例子和表1中四種經典滴定方式在形式上是不同的,可以認為是經過組合式處理的滴定分析方式。因此在確定待測物與滴定劑之間物質的量的關系時,會比較困難。但是如果使用示意圖法來處理,就會顯得很簡單而明確。
綜上所述,示意圖法在判斷滴定方式和確定待測物與滴定劑之間物質的量的關系方面比反應式法更簡單和有效,便于教與學,是十分有用的教學手段。
參考文獻:
一、解題模型1――關系式法
在實際化工生產中或化學工作者進行科學研究時,往往涉及到多步反應,從原料到產品可能要經過若干步反應。測定某一物質的含量可能要經過若干步中間過程。對于多步反應體系,依據若干化學反應方程式,找出起始物質與最終物質的量的關系,并據此列比例式進行計算求解的方法,稱為“關系式”法。
關系式法常常應用于多步進行的連續(xù)反應。在多步反應中,第一步反應的產物,即是下一步反應的反應物。根據化學方程式,每一步反應的反應物和生成物之間有一定的量的關系,即物質的量之比是一定的。所以,可以利用某中間物質作為“中介”,找出已知物質和所求物質之間的量的關系。它是化學計算中的基本解題方法之一,利用關系式法可以將多步計算轉化為一步計算,免去逐步計算中的麻煩,簡化解題步驟,減少運算量,且計算結果不易出錯,準確率高。
用關系式法解題的關鍵是建立關系式,而建立關系式一般途徑是:(1) 利用化學方程式之間的化學計量數間的關系建立關系式;(2) 利用化學方程式的加合建立關系式;(3) 利用微粒守恒建立關系式。
點評 對于多步反應,可根據各種的關系(主要是化學方程式、守恒等),列出對應的關系式,快速地在要求的物質的數量與題目給出物質的數量之間建立定量關系,從而免除了涉及中間過程的大量運算,不但節(jié)約了運算時間,還避免了運算出錯對計算結果的影響,是最經常使用的計算方法之一。
二、解題模型2――差量法
差量法是根據化學變化前后物質的量發(fā)生的變化,找出所謂的“理論差值”。這個差值可以是質量、氣體物質的體積、壓強、物質的量、反應過程中熱量的變化等。該差值的大小與參與反應的有關量成正比。差量法就是借助于這種比例關系,解決一定量變的計算題。用差量法進行化學計算的優(yōu)點是化難為易、化繁為簡。
解此類題的關鍵是根據題意確定“理論差值”,再根據題目提供的“實際差值”,列出比例式,求出答案。
1。原理:
2。注意:
點評 只與反應前后相應的差量有關,不必追究各成分在反應前和后具體的量,能更深刻地抓住本質,提高思維能力。
三、解題模型3――守恒法
守恒法是一種中學化學典型的解題方法,它利用物質變化過程中某一特定的量固定不變來列式求解,可以免去一些復雜的數學計算,大大簡化解題過程,提高解題速度和正確率。它的優(yōu)點是用宏觀的統(tǒng)攬全局的方式列式,不去探求某些細微末節(jié),直接抓住其中的特有守恒關系,快速建立計算式,巧妙地解答題目。物質在參加反應時,化合價升降的總數,反應物和生成物的元素,各種微粒所帶的電荷總和等等,都必須守恒。所以守恒是解計算題時建立等量關系的依據,守恒法往往穿插在其它方法中同時使用,是各種解題方法的基礎。利用守恒法可以很快建立等量關系。在高中化學計算題中,常考的守恒有:
1。元素守恒:
即化學反應前后各元素的種類不變,各元素的原子個數不變,其物質的量、質量也不變。元素守恒包括原子守恒和離子守恒: 原子守恒法是依據反應前后原子的種類及個數都不變的原理,進行推導或計算的方法。離子守恒是根據反應(非氧化還原反應)前后離子數目不變的原理進行推導和計算。用這種方法計算不需要化學反應式,只需要找到起始和終止反應時離子的對應關系,即可通過簡單的守恒關系,計算出所需結果。
2。電荷守恒:
即對任一電中性的體系,如化合物、混合物、濁液等,電荷的代數和為0,即正電荷總數和負電荷總數相等。電荷守恒是利用反應前后離子所帶電荷總量不變的原理,進行推導或計算。常用于溶液中離子濃度關系的推斷,也可用此原理列等式進行有關反應中某些量的計算。
3。電子得失守恒:
是指在氧化還原反應中,氧化劑得到的電子數一定等于還原劑失去的電子數。它廣泛應用于氧化還原反應中的各種計算,甚至還包括電解產物的計算。
例3 銅和鎂的混合物4。6 g完全溶于一定量濃硝酸中,反應后只生成NO2 0。2 mol和N2O4 0。015 mol,往與硝酸反應后的溶液中加入足量的NaOH溶液,求生成沉淀的質量。
四、解題模型4――極值法
極值法是一種重要的數學思想和分析方法。化學上所謂“極值法”就是對數據不足而感到無從下手的計算或混合物組成判斷的題目,采用極端假設(即為某一成分或者為恰好完全反應)的方法以確定混合體系中各物質的名稱、質量分數、體積分數,這樣使一些抽象的復雜問題具體化、簡單化,可達到事半功倍之效果。
例4 向300 mL KOH溶液中緩慢通入2。24 L CO2氣體(標準狀況),充分反應后,在減壓低溫下蒸發(fā)溶液,得到11。9 g白色固體。請通過計算確定此白色固體的組成及其質量各為多少克?所用KOH溶液的物質的量濃度是多少?
五、其他解題模型
化學計算的方法很多,除了上述4種方法外,還有估算法、討論法、平均值法、十字交叉法、終態(tài)法、等效平衡法等。此外在近幾年的上海高考中,還多次出現(xiàn)了借助數學工具解決化學問題的計算題,測試學生將化學問題抽象成數學問題,利用數學工具,通過計算和推理,解決化學問題的能力。主要包括數軸的應用、函數的思想、討論的方法、空間想象的能力以及不等式的遷移等方面的知識。此類題目的解題模型是:運用所掌握的數學知識,通過分析化學變量之間的相互關系,建立一定的數學關系(等式、函數、圖像關系、不等式、數列等)來解題。