“测定1mol气体体积”第一课时教学设计

摘要：“测定1mol气体的体积”的教学，让学生在已有能力的基础上自己设计装置，体验实验方案的设计过程；在充分的讨论中，发现问题，解决问题，培养严谨思维品质和科学素养。

关键词：气体体积测定；实验教学；教学构思

“测定1mol气体的体积”是上海高二化学教材中新增加的教学内容，相对于“结晶水合物中结晶水含量的测定”和“酸碱滴定”两个定量实验，这个实验是教师和学生都比较陌生的。作者在教学实践中发现，直接向学生介绍有关的原理、装置和操作等，效果很难令人满意。为了使学生更好地理解这个实验，先请学生自己设计实验装置，再分析这些学生熟悉的实验装置的优缺点，引导学生思考如何改进，可以使学生比较深刻地理解这个定量实验装置的背景原理和关键步骤。这样的教学设计以学生为本，注意引导学生思考，在整个教学过程中，学生思维活跃，积极讨论交流，学得主动，较好地实现本节课的教学目标。在区教学研讨活动中，本节课受到了外校教师和教研员的高度评价。现将有关的教学构思介绍如下。

1　教学内容分析

气体密度法、重量法和容量法(滴定法)是定量分析的三种基本方法，在新课程中设置这些内容有利于完善中学化学实验知识板块的内容，强调实验设计和测定中的准确性要求和误差分析，对于训练学生科学方法，养成科学态度，提高科学素养有重要意义。在高考实验中也多次考查过测定气体体积的方法及装置设计和实验操作。

“测定1mol!气体的体积”的教学内容，主要是介绍化学反应气体体积测定仪的构造和各组成部分的作用和测定方法。该实验的操作步骤比较复杂，需要1次称量，2次加料，3次使用注射器，要记录4个数据。这个定量实验是教学的重点，也是学生学习的难点。真正理解了这个实验的原理和步骤，既有利于学生形成严谨思维品质和科学素养，又能够为今后综合性实验的学习打下良好的基础。

2　学生实际情况分析

学生在高一时学过气体的摩尔体积，对于这部分知识可能已经有点淡忘，而本节课的实验内容是在学生理解气体摩尔体积的基础上进行定量测定，要求较高。化学反应气体体积测定仪是学生非常陌生的装置，而整个实验对于数据精确度的要求和复杂的操作也会使学生望而生畏。如果照本宣科，会使学生缺乏对整个实验过程的理解，在过程和方法的教学上有严重欠缺。

学生在高一学习氯气的制取时，已经了解了常见气体的性质和制备方法，基本掌握了选择气体发生装置和选择气体收集装置的原则。因此，可以在学生已有能力的基础上，让他们自己来设计装置，体验实验方案的设计和改进、完善过程，体会定量实验与定性实验的区别。

3　教学目标构思

如果让学生直接看课本上的装置，由于陌生而且难度较大，他们往往理解不深，也难以培养他们的实验设计能力和创新能力。为此，可以先安排学生自己设计实验装置，再通过对学生所设计装置的评价，使他们处于一种愤悱状态，此时再介绍课本的装置，学生不但容易感受到课本装置的合理性，也能发现课本装置就是由气体发生装置、排液装置和量液装置组成，体会这些装置的共性，激发他们的再创新欲望。所以，本节课的重点在于学生利用实验室常见的实验仪器，设计一套气体摩尔体积的测定装置并分析实验装置存在的问题。对于化学反应气体体积测定仪的操作步骤和各种误差的讨论，选择在下一课时教学。

知识与技能目标：理解测定1mol!气体体积的原理；学会测定1mol氢气体积的方法；认识定性实验与定量实验的区别，定量实验中的直接测量与间接测量及其相互关系。

过程与方法目标：认识排水量气法测量气体体积的方法；根据实验原理来设计实验装置，经历实验设计和创造性思维训练过程，学习分析、比较，归纳、综合等思维方法。

情感态度与价值观目标：通过测定1摩尔气体体积的实验设计，体验改进、创新过程和思考、学习、设计的快乐，初步形成严谨的科学态度和习惯。

4　重点难点分析

重点：利用实验室常见的实验仪器，设计一套气体摩尔体积的测定装置，实验误差分析。

难点：分析设计出的装置存在哪些误差问题，如何解决这些问题。

5　教学程序构思

本节课的教学目的是通过学生对自己设计的气体摩尔体积测定装置的分析理解教材装置的结构和步骤，认识依据化学原理设计实验步骤的过程和方法。教师在教学中重在引导，通过一些演示实验启发学生思考，使学生体验设计的过程及实验装置发展改进的过程。

5.1明确实验目的，确定实验原理

教师简述实验目的，引导学生讨论实验方法。

1mol理想气体在0.℃、101kPa下的体积约为22.4L。实际气体的摩尔体积并不一定是22.4L。

提出问题：如何测定1mol气体的体积呢?(测定1mol气体的体积，即V=V／n)

气体的物质的量能用实验方法直接测定吗?实验室里直接测定气体的体积和质量容易吗?怎样测定才是合理的方法?

组织学生讨论：可以采用的测定方法。

通过逐渐深入的问题及对气体摩尔体积的计算公式的分析，引发学生思考在测定1mol气体的体积中需要并可以测定的变量，了解间接测量的方法。

指出：由于氢气的制取不需要加热，而且氢气难溶于水，所以我们今天来学习测定1摩尔氢气的体积。

提出问题：实验室中制取氢气是用稀硫酸还是稀盐酸?为什么不用锌粒用镁带?

5.2分组讨论，设计实验装置

指出：知道了实验目的和实验原理之后，需要选择合适的实验装置。

提出任务：请同学用实验室常用的仪器，讨论设计一套测定气体摩尔体积的装置。

(作者预测学生可能设计出的装置为：

在设计中学生可能遇到的问题：

(1)在装置中加人了气体干燥装置。

(2)用气球来收集气体。

(3)用长颈漏斗代替分液漏斗来加入酸液。

让学生自主设计实验方案能提供自由的思维空间，激发学生学习的兴趣。但学生的想法也会有很大的差距。但在教学中一般都能够设计出方案1。对于学生思想的火花和设计时有疑惑的问题要及时鼓励和澄清。)

5.3交流小组设计成果，讨论实验误差

教师可以通过实物投影或数码照片展示学生的不同方案，启发其他学生一起思考讨论实验装置的优缺点。

组织讨论：各个装置的优缺点，可能引起哪些误差。

优点：这套由实验室常见仪器组装，装置简单，操作容易。可以用来测定很多气体的体积。

缺点：精确度不高。

误差①：量简收集溶液后测出溶液体积精确度较低。

演示不同规格的量筒，体会截面积越大，读数误差越大，从而得出结论：量取溶液的仪器，截面积越小，越精确。

误差②：从分液漏斗加人反应器的液体体积无法知道。

误差③：广口瓶与量筒中导管内的液体也无法测出。

演示实验：在上述方案1装置内，只从分液漏斗中

加入水，并没有产生气体，但是洗气瓶内导管液面升高，有水排入量筒。引导学生得出结论：实验中必须考虑加入溶液会占据一定体积。同时可以观察到由于导管内的水柱，使反应器内气体的压强大于外界大气压，使测得的气体的体积偏小。

误差④：量简内的玻璃管也会占有一部分体积。

演示实验：请学生观察装有品红溶液的量简内溶液的体积，然后在量筒内放一根导管，再观察液面的高度。从而得出结论：量简内的导管，会使测得的气体体积偏大。

在学生讨论的基础上，运用化学实验直观、直接解答疑问，通过实验和分析使学生学会分析实验仪器和实验操作中存在的误差。体验实验法在解决实际问题中的重要性。

除了上述可以通过实验解决的误差分析问题，学生还可能遇到的问题：

(1)认为气体发生器内原来有空气，会使测得的气体体积偏大。

(2)想用针筒抽出方案1中导管内的水柱。

围绕一般学生都能设计出的方法，通过对哪些因素会造成实验误差的讨论，交流，体会装置存在的问题，发现自己设计的装置存在的问题，从而激发解决问题的愿望，为介绍新装置做铺垫。

5.4介绍新装置

固定装置用金属底座；A、B、C三个托盘；

反应发生器(A)储液瓶(B)液体量瓶(c)

(1)气体发生装置

气体发生器：带支管的锥形瓶，加料口、橡皮塞。

提出问题：为什么没有用分液漏斗?液体和固体如何加入?

(2)气体收集装置

储液瓶――带有玻璃瓶塞和伸至瓶底的导液管。上部有数字式温度计的探头。

提出问题：为什么要测量温度?

(3)量体积装置

液体量瓶――量瓶瓶颈上有110―130mL刻度线(可正确读出进入量瓶的液体体积)；形状与容量瓶类似，所装液体较多，但瓶颈较细，截面积小，读数时误差小。

提出问题：为什么有最小刻度和最大刻度?这对实验药品有什么要求?

通过问题引导学生思考新装置的设计意图，逐步分析出实验步骤。

提出问题：按照此装置如果取稀硫酸10mL，且过量。假设标准状况下，金属镁的质量应控制在什么范围内?

要求学生计算并思考。

如果学生深刻理解了加入酸液会排开一部分液体，就能够很容易地计算出镁带质量的范围，也可以理解下面教学中，在操作时必须用针筒加入硫酸，并在实验数据处理时要减去加入硫酸的体积。

5.5总结思想方法，布置思考作业

小结整个设计思路：根据实验目的和实验原理设计装置，通过误差分析、数据处理，操作讨论进一步发现装置存在问题，改进装置，设计出新装置。

课后作业：思考题，此装置能否用来测定1mol气体的体积，有何优缺点?

课堂作业留有很大的研究空间，使课内的讨论延续到课外，体会实验装置改进的步伐永无止境。

6　课后反思

(1)教学内容要符合学生的现有经验和需求，只有设置符合学生认知水平的问题才可以引发学生充分的讨论。有些教师在教学中急于求成，脱离现实，把一些高三的实验题不作任何修改，直接下放到高一、高二。而这些年级的学生，思维一般还处于一个低层次的水平，处于实验能力的原始积累阶段。此时研究这些综合能力要求较高的实验，无疑是拔苗助长，只会使学生一碰到实验题就产生恐慌。实验教学不是一蹴而就的，应该循序渐进。把教学内容和学生现有的认知水平有机地结合在一起，才能激发学生思考的兴趣，才能逐级而上提升思维能力。

(2)通过讨论能够及时发现学生存在的问题。这些问题有时是教师完全忽视的问题。在教学中既要预先设想学生可能出现的问题及解决的方法，又要在教学过程中及时发现整理学生的问题，完善教学过程。学生的问题在个性中常常带有共性，通过澄清这些问题，可以有效地提高教学效率。例如，在本节内容的教学中，几乎每个班级都有一些学生会对这个问题有一些疑惑，“为什么不除去装置内的空气，这些空气会使测得的氢气体积偏大”。这是我们有些教师认为完全不必思考的简单问题，但是学生却倍感困惑。如果在教学中不解决这个问题，在今后的实验装置设计和一些误差分析中必然会后患无穷。所以，记录并整理每一届学生的问题，积累这笔宝贵的财富，在教学中就可以有的放矢，胸有成竹。在教学中预设这些问题，并适时地提出这些问题，引导学生思考，可以及时地解决一些学生的困惑，提高教学效率。

(3)要利用作业延伸教学内容，不能让学生只知其一不知其二。同时，还要教会他们辨证地看待问题，了解科学方法的多样性，提高综合实验水平。一个定量实验的教学不能只是解决一个问题，它应该教会学生一种解决问题、分析问题的方法。可以利用作业来实现在有限教学时间内不能达到的教学目标。例如，通过本节内容的学习，学生已经意识到加入反应液的体积会影响测定气体的体积，而教材中的装置存在操作复杂，仪器价格较贵的缺点。如何进一步改进装置呢?可以设置有效的作业来进一步启发学生思考。再如，在作业中编制一些如图3、4所示的实验装置的习题，拓展学生的思维，可以为进入高三解决一些综合性的实验打下良好的基础。利用Y型试管，既不用计算加入酸液的体积，又能使操作简单；利用铜丝控制镁带的加入；利用橡皮管使分液漏斗与气体发生器相连，来保证整个装置的密闭性，从而可以在实验中不必计算加入酸液的体积，这些解决问题的不同方案可以使学生体会实验设计的多样性，激发他们创新的欲望，进一步拓展思维，提升实验分析能力。