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“研究物质的实验方法”教学反思之实验与计算的融合

陆小鹏

【摘 要】“研究物质的实验方法”是高中化学实验的最根本所在,在基础实验的教学中融入一点的计算更加能够让学生体会到化学实验方法在化学这门学科中的作用,培养学生的科学素养和严谨的实验态度。由于融入了计算,实验就显得更精致,对学生也更有震撼力。

【关键词】实验;计算;融合;科学素养

近些年高考摒弃了“偏难繁旧”和纯计算大题,而是将化学计算与有关的实验、元素及化合物知识有机地融合,试题更注重对学生化学科学素养的检测与选拔,特别是在江苏高考实施新方案以后尤为明显。

而苏教版《化学1》的第二单元“研究物质的实验方法”是高中化学实验的最根本所在,而且其教学目标为:初步认识实验方案设计、实验条件控制、实验现象分析和实验数据处理在化学学习和科学研究中的应用。从知识内容上看,本单元更加侧重于总结和归纳初中化学中已学知识,更加重视让学生从“研究物质的实验方法”这个角度来重新审视和梳理已有的化学基础知识。对学生来讲,本单元新增加的知识不多,主要侧重于实验方法的学习,让学生从中体会化学研究方法,体验化学家研究化学物质的基本思路。

因此在基础实验的教学中融入一点的计算更加能够让学生体会到化学实验方法在化学这门学科中的作用,培养学生的科学素养和严谨的实验态度。下面就物质的分离与提纯为例,融入一点的计算。

在课本第18页,交流与讨论的内容1,实验室中用KClO3在MnO2催化下受热分解制取氧气。从反应后的KCl和MnO2的混合物中分离、回收这两种物质,需要使用哪些分离方法?请简述理由?

这部分内容好多老师会设计成实验让学生来体验过滤跟蒸发结晶的操作。而在这里面设计一些与计算的融合会有“意外”效果。我是这样设计的:让学生取12.3g的KClO3和1.0g的MnO2固体,充分混合于大试管中,加热充分反应,冷却。接下来让学生先思考,设计实验步骤。

学生采取的方法基本都是:1、加水溶解;2、过滤;3滤液蒸发结晶。

然而学生在实际操作中会存在很大的问题,首先加水溶解时加多少水的问题,加水加得少可能使KCl能完全溶解,加水太多后面的蒸发结晶又要太费时间,浪费能源。

这个时候可以提高给学生一个数据,常温下KCl的溶解度大约为33g,让学生计算出需要加水的量。这个地方的计算融合进去可以培养学生实验的严谨性,又可以巩固刚刚学的有关物质的量的计算,并解决加水量的问题。

n(KClO3)=n(KCl)≈0.1mol

m(KCl)=0.1mol×74.5g/mol=7.45g

33g/100g=m(KCl)/m(H2O)

m(H2O)=V(H2O)≈23mL

通过计算得到加水量V(H2O) ≈23mL

学生接下来就是溶解、过滤操作,将MnO2固体过滤出来,晾干即可得。

老师引出问题:此时得到的固体全部是MnO2吗?如果不是可能还有什么?大家可以称量一下晾干后固体的质量。m≈1.1g。此处先留下伏笔。

学生继续蒸发结晶实验,将结晶出的KCl称出其质量约为7.2g。这时候设计一个计算:算出此次实验产物中KCl的理论产量(MnO2为催化剂)。

m(理论)=7.45g。

引导学生思考为什么实际的KCl产量为什么会比理论值要小,是不是实验操作中有什么问题或者是什么细节没有考虑到位?学生交流讨论。

原因1:过滤后的MnO2固体上残留有KCl溶液,晾干后有KCl固体附着在其表面,从而引起实验数据的偏大。

原因2:在蒸发结晶时可能有KCl损失。(MnO2上多出0.1gKCl,而实际值少了0.25g)

那如何才能解决这些问题呢?

原因1的解决:引入过滤操作后的一个关键的操作:沉淀的洗涤。

沉淀的洗涤问题,最近高考中考察得比较多,主要是洗涤操作的方法、洗涤剂的选择、如何判断是否洗涤干净等方面。

洗涤操作方法:沿玻璃棒向漏斗(过滤器)中的沉淀上加清水至浸没沉淀,静置,使其全部流出后,重复操作两到三次;洗涤剂的选择:可以用蒸馏水、有机溶剂酒精(好处:干燥快)、被洗涤固体的饱和溶液…;判断是否洗净的方法:关键是取最后一次的洗涤液来进行验证。

原因2的解决:蒸发结晶的操作要点:不能将溶液蒸干,出现较多固体即停止加热,且用玻璃棒不断地进行搅拌。

所以,改进后的实验方案为:1、于小烧杯加入约23mL的水溶解固体样品;2、过滤,并用水洗涤MnO2固体;3、蒸发结晶,冷却后称量KCl固体的质量。

这样一个实验方案的形成,由于融入了计算,就显得更精致,对学生更有震撼力。

细致的观察是成功的基础。实验态度的一丝不苟、实验数据的认真记录和处理实验的重要环节,而实验过程中的细致观察,特别是对一些反常现象和数据的观察理解尤为重要。这样通过计算的融入,学生这一节课下来就会掌握更多的实验技巧和实验技能,而且在以后的实验中会以更加严谨的科学态度对待,同时也可以适当提高学生的运算能力和运用已学知识解决实际问题的能力。

(作者单位:江苏省黄埭中学)

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