資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 化學 年級 高一 學期 秋季
課題 如何測定氣體摩爾體積
教科書 書 名：普通高中教科書《化學》必修第一冊 出版社：上海科學技術出版社
教學設計意圖
普通高中化學課程標準（2020年版）主題1：化學科學與實驗探究中提出“認識化學科學研究需要實證與推理，注重宏觀與微觀的聯系；了解實驗、假說、模型、比較、分類等方法在化學科學研究中的運用。”項目教學重在圍繞項目進行問題的提出和界定、資料的收集，通過小組合作最終創造出具體的成果作品，其主要特征之一是要考慮項目活動與所需要掌握的學科核心概念與原理之間的關系，本項目學習活動關注將項目活動與學科概念原理、學生現實生活聯系起來，促進其有機融合。
教學目標
1.從氣體基礎理論與氣體摩爾體積的概念出發，探尋測定氣體摩爾體積的原理。 2.學生分組設計并實施氣體摩爾體積測定的方案。 3.比較各組測定結果，進行誤差分析與比較。
教學重難點
教學重點： 氣體摩爾體積測定方法的設計與評價。 應用氣體摩爾體積的測定解決實際問題。
教學難點： 1. 宏觀與微觀、理論與模型的轉化。
2. 引導學生自主設計實驗方案并進行誤差分析。
教學過程
任務一：通過自制氫氣球引課，復習氣體摩爾體積的概念 [引入]同學們嘗試過自制氫氣球嗎？什么物質之間可以反應產生氫氣呢？我們最熟悉的是活潑金屬與酸發生的置換反應。如果要制作1個體積為2L的氫氣球，需要多少活潑金屬與酸作為原料呢？如果能計算出氫氣的物質的量，就能計算出反應所需要的原料的量。每摩爾氣體所具有的體積叫做氣體摩爾體積，用符號 Vm 表示，常用的單位為 L · mol-1 。一定量氣體的物質的量 ( n )等于氣體的體積除以氣體摩爾體積。常見的非氧化性強酸有鹽酸和稀硫酸，由于鹽酸易揮發，選擇稀硫酸較好。鎂、鐵和鋅都是實驗室常用的金屬，鐵和鋅的摩爾質量較大，鎂的摩爾質量較小，相同質量的三種金屬，鎂的物質的量較大，產生氫氣的物質的量也較大，誤差較小，因此，常選用鎂與稀硫酸反應產生氫氣。 任務二: 展示學生課前查找資料所得方案 圖1：方案1 圖2：方案2 [分析]方案1從分液漏斗中滴加稀硫酸，將產生的氫氣導入注射器中，利用氫氣產生的壓強將注射器的活塞推到相應刻度，確定氫氣的體積。這樣的方法有什么優缺點呢？優點在于裝置簡單，缺點在于注射器活塞運動時存在阻力，氫氣將注射器活塞向右推需要較大的壓強，這會使氫氣的壓強大于大氣壓，從而影響測定結果。 方案2用氫氣將錐形瓶中的水排入量筒中，可以通過讀取量筒中水的體積測定氫氣體積。但由于量筒中的液面與中間錐形瓶中存在高度差，同樣會使氫氣壓強與大氣壓不相等。 圖3：方案3 圖4：方案4 方案3中設計了量氣管，可以將其上下移動，從而使得氫氣壓強與大氣壓相等。需要注意的是，前3個方案中，滴入錐形瓶的稀硫酸也會占據一定的體積，注射器、量筒、量氣管的讀數，需要減去滴入錐形瓶中稀硫酸的體積，才是氫氣的體積。 還有同學設計了用一根量氣管來進行測定，如圖4所示。將25mL 1mol·L-1稀硫酸注入50mL的量氣管中，再注入25mL蒸餾水，將鎂帶固定在銅絲上置于量氣管口。向250mL燒杯中加入約100mL水，翻轉量氣管，使其倒置于水中，用鐵夾固定。稀硫酸會逐漸擴散，接觸到鎂條時，發生反應，將量氣管中的液體排出。這種方案雖然比較粗糙，會因為氫氣的泄露造成誤差，但量氣管的讀數無需扣除稀硫酸的體積，就能測出氫氣的體積。 任務三：完成教材中氣體摩爾體積測定實驗 [提問]如何測定氣體在常溫常壓下的氣體摩爾體積呢？仍然可以借助鎂與稀硫酸的反應。鎂的物質的量與氫氣物質的量相等，根據Vm=V/n，即可計算出氣體摩爾體積。 [演示實驗]教材中的實驗裝置由Y形管、量氣管和水準管組成。通過氣密性檢查、加料、注液、調壓進行讀數、引發反應、記錄終讀數這幾個步驟分別進行演示。 圖5：教材實驗裝置 任務四：探尋氣體體積與溫度、壓強間的關系 [動畫演示]一定物質的量的氣體，在溫度恒定時，體積和壓強成反比。在容器的體積不變時，一定物質的量的氣體，壓強與溫度成正比。一定物質的量的氣體在不同溫度、壓強下的體積存在如下關系： 。 在標準狀況下（273 K，101 kPa），1 mol任何氣體的體積都約為22.4 L，利用壓強傳感器和溫度傳感器測得實驗室中的溫度為27.6℃（300.6K），壓強為100.86kPa，根據公式計算得到實驗條件下1mol氫氣的體積約為24.7L。 任務五：學生分組進行實驗操作和誤差分析 [概念介紹]絕對偏差 = 測量值－參考值；相對偏差 = (測量值 參考值)/參考值×100% [學生分組實驗]前四個小組分別按方案1至方案4的實驗裝置進行實驗，后兩個小組按照教材中的方案進行。通過共享文檔填寫實驗數據，含鎂帶質量、氫氣體積等，并計算出1mol氫氣的體積。 [誤差分析]什么樣的操作會使實驗結果偏小呢？如果鎂帶表面的氧化膜未擦凈，由于氧化膜的成分是氧化鎂，跟硫酸反應不產生氫氣，減少了氫氣的體積；如果裝置漏氣，也會使得氫氣的體積偏小。什么樣的操作會使得實驗結果偏大呢？鎂與稀硫酸的反應放熱，如果氣體未冷卻到室溫即讀數，氣體受熱膨脹，體積偏大，會使得實驗結果偏大。 [自評與互評]在實驗的過程中，你是否積極參與實驗探究，操作是否熟練，數據處理是否精準呢？請同學們進行自評，并且在小組內選擇一位同伴進行互評。老師也會根據實驗過程中的觀察給與同學們相應的評價。 任務六：解決氣球內氣體摩爾體積測定的問題，實踐與應用 [問題解決]通過溫度傳感器和壓強傳感器測出氣球內的溫度和壓強。因為在同溫同壓下，任何氣體具有相同的氣體摩爾體積，可以直接向氣球內打入空氣，然后在氣球口上套一個塞子，插上壓強傳感器和溫度傳感器的探頭，就可以測量出氫氣球內的溫度和壓強，利用 ，由標況下的氣體摩爾體積計算出氫氣球內的氣體摩爾體積，從而完成最開始提出的問題：制作氫氣球需要多少金屬和酸作為原料。 [實踐與應用]氣體摩爾體積在生活中還有很多應用，請同學們課后完成相關練習，假如你是一位汽車安全氣囊設計師，若某種汽車的安全氣囊的體積為50L，需要放入疊氮化鈉多少克？（2NaN3==2Na+3N2 溫度：300K 壓強：100KPa）

展開更多......

收起↑