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一、教学目标

1.树立安全意识,初步形成良好的实验习惯,并能识别一些化学品安全标识。

2.通过粗盐提纯实验,进一步掌握溶解、过滤、蒸发等基本方法;在此基础上练习蒸馏、萃取等分离方法。并通过实验中杂质离子的检验与除杂质方法的讨论,加深对提纯操作原理和方法的理解。

3.了解摩尔质量的概念,理解物质的量、摩尔质量与物质质量的关系。

4.理解物质的量浓度的概念,掌握一定物质的量浓度溶液的配制方法和应用。

5.体验科学探究的过程,学习运用以实验为基础的实证研究方法。

二、内容分析

1.地位和功能

根据《普通高中化学课程标准(实验)》所确定的“内容标准”,在必修课程的6个主题“认识化学科学”“化学实验基础”“常见无机物及其应用”“物质结构基础”“化学反应与能量”“化学与可持续发展”中,“化学实验基础”是必修课程内容的核心。化学是一门以实验为基础的科学,要让学生学好化学首先要了解化学学科的这一特征,并引导学生通过实验去学习化学。实验是了解物质性质的最好方法,也是认识元素周期律的最佳途径;通过实验可以感受化学反应与能量的关系,认识并研究能量的利用问题;通过实验还能切实了解材料、环境、绿色化学等问题。教科书把化学实验列为第一章体现了课程标准所反映的教学思想。

此外,教科书把“化学实验”不仅作为专题内容,还把它安排在第一章,突出了化学实验的基础性,既起到与初中化学实验以及化学知识的衔接,又为高中化学新知识学习穿针引线,通过实验把学生引入化学世界,由此决定了本章教学内容的基础性和重要性。

2.内容的选择与呈现

实验是中学化学的基础,在初中阶段学生已经学习了一些实验知识和技能。在高中阶段开始,根据课程标准的内容要求,本章选择物质的检验、分离、提纯和溶液配制等内容。对于检验、分离、提纯等基本操作,以初中学习过的粗盐提纯操作为主要线索,复习、深化;对于溶液的配制,以有关物质的量等概念作为基础知识,在此基础上学习溶液配制的方法和操作。

这一章的教学内容是以实验基本方法和基本操作(包括一定物质的量浓度溶液的配制)为主要内容,对化学基础知识进行应用,对整个高中化学的学习起着重要的指导作用。这一章是高中化学的第一章,对课程标准所提到的有关实验的内容标准,不可能一步达到要求,如实验方案设计、实验条件的控制、数据处理等方法和技能,将在整个必修化学中逐步完成。

3.内容结构

本章以化学实验方法和技能为主要内容和线索,结合基本概念等化学基础知识。将实验方法、实验技能与化学基础知识紧密结合。

全章分两节内容,第一节“化学实验基本方法”在强调化学实验安全性的基础上,通过初中化学实验“粗盐的提纯”, 复习过滤和蒸发,对于蒸馏则是在初中简易操作的基础上,引入使用冷凝管这一较正规的操作;在复习拓宽的基础上再介绍一种新的方法──萃取。这一节还结合实际操作引入物质检验的知识。这样由已知到新知,由简单到复杂,逐步深入。

第二节“化学计量在实验中的应用”则是在化学基本概念的基础上通过实验介绍一定物质的量浓度溶液的配制方法。溶液的配制方法作为基本化学实验方法和技能,也作为对知识的应用,而物质的量的有关知识,作为化学实验中的计量来呈现,从而突出实验主题。

三、教学建议

第一节  化学实验基本方法

1.强调实验室规则,严格规范实验行为,培养学生良好的实验习惯

第一课时应该先对学生进行化学学科特点和化学学习方法的教育,教育的重点放在实验的必要性和重要性上。实验安全教育可以结合具体实验内容,如当酒精灯内酒精的体积小于酒精灯容积的1/3时,用于加热可能会发生什么后果?用一盏酒精灯点燃另一盏酒精灯,或向燃着的酒精灯添加酒精,会造成什么后果?给盛有液体的烧瓶加热时,不加碎瓷片或沸石会造成什么后果?等等。使学生认识到化学实验的操作应该规范,应该仔细检查安全措施,确保实验的安全和成功。

可利用教科书中的[思考与交流],让学生根据自己的经验或了解的情况进行讨论,加深对安全实验的认识。

教学中要强调严格实验的规范,让学生掌握实验程序:实验名称→实验目的→实验药品与装置→实验操作步骤→实验结果。要求学生做到,实验前做好预习,熟悉实验的内容,制定实验的方案,了解安全操作事项,检查实验的仪器和药品;实验时要认真观察与记录、分析实验现象并得出结论。使学生认识到良好的习惯是实验顺利进行的保证。

2.通过复习粗盐提纯方法,提高学生进行完整实验的能力

高一新生来自不同的初级中学,有的学校实验条件良好,有的学校实验条件可能比较差,因此学生的实验水平参差不齐。通过粗盐提纯这一涉及基本操作比较多的典型实验,复习实验原理和步骤,使学生掌握溶解、过滤、蒸发等基本操作。

3.尽量采用边讲边实验的教学方法,培养学生实验技能

实验的体验和成功,有利于激发学生学习化学的兴趣。在教科书中,不区分演示实验和学生实验,提倡教师多用边讲边实验的教学方式。这样有利于学生掌握实验技能,同时获得成功感。实验过程中,教师可以分阶段讲解实验的操作要点和需要注意的事项,让学生在实验过程中注意。在教学中,教师还应及时掌握学生实验的情况,及时评价实验,对动手能力比较差的学生进行重点指导,使教师的引导、示范和调控作用得到充分发挥。

4.通过比较和归纳,使学生学会选择物质检验和分离的方法

过滤所得的食盐溶液中仍含有SO42-、Ca2+、Mg2+等离子,除去这些离子,试剂的选择是难点,要引导学生根据物质的溶解性表,选择试剂。说明检验的试剂与除离子的试剂有所不同,应尽量具有单一性,因此需要加以比较和选择;为了确定某一离子的存在,还要设法排除其他离子的干扰。在学生学习了过滤、蒸发、蒸馏、萃取等物质分离方法后,要帮助学生比较和归纳,了解这些方法的原理、操作步骤和要点,引导学生从生活中寻找物质分离的事例进行分析和应用。

【实验1-1】

建议安排一节课复习粗盐的提纯。实验前教师先准备好学生的实验报告,格式参考:实验名称→实验目的→实验药品与装置→实验操作步骤→实验结果处理,把教材中的操作步骤和实验现象作为实验报告内容。报告中可用讨论形式复习溶解、过滤、蒸发的操作要点。操作步骤可以参考下表:

实验步骤

实验现象

(1)溶解:称取约4 g粗盐加到盛有约10 mL 水的烧杯中,边加边用玻璃棒搅拌,直至粗盐不再溶解为止。 固体食盐逐渐溶解而减少,食盐水略显浑浊。
(2)过滤: 将烧杯中的液体沿玻璃棒倒入过滤器中, 过滤器中的液面不能超过滤纸的边缘。 若滤液浑浊, 则再过滤一次。 不溶物留在滤纸上,液体渗过滤纸,沿漏斗颈流入另一烧杯中。
(3)蒸发:将滤液倒入蒸发皿中,然后用酒精灯加热,同时用玻璃棒不断搅拌溶液,待出现较多固体时停止加热。 水分蒸发,逐渐析出固体。

思考分析:仅通过溶解、过滤、蒸发得到的固体仍然是不纯的食盐,因为从海水晒制的粗盐中除含有不溶于水的泥沙等杂质外,还含有可溶性CaCl2、MgCl2及一些硫酸盐,这些可溶性杂质过滤时进入滤液。

【实验1-2】

与粗盐提纯实验同一课时内完成。向学生说明,在进行物质检验时,一般先对试样的外观进行观察,确定其颜色、状态、气味等,然后准备试样进行检验。当试样是固体时,一般应将固体试样溶解,了解试样的溶解性、溶解后溶液的颜色、在溶解过程中有无气体产生、有无沉淀生成以及沉淀的颜色等。如需要加鉴别试剂检验时,应从溶液中取出一部分样品,再滴加几滴试剂检验,观察现象。

【实验1-3】

实验前介绍萃取分离的原理和萃取、分液的专用仪器──分液漏斗;讲清加萃取剂、用力振荡、分液前打开玻璃塞、分液时控制活塞等操作的目的。

实验现象:(1)加四氯化碳时,四氯化碳不溶于水,且比水重,在下层;(2)用力振荡,水与四氯化碳充分混合;(3)静置后四氯化碳层变紫色,水层中黄色变浅或接近无色。

【学与问】

化学所指的杂质不一定是有害或无价值的,如水中含有一些矿物质和微量元素是对人体有益的。可见,杂质要视其性质来评价其是否有害或在人类活动中是否有利用的价值。化学中除杂,主要是因为杂质的存在会影响某物质的利用价值,如在化学反应中杂质的存在可能会引起一些副反应,或反应中杂质的存在可能会引起催化剂中毒等。

【思考与交流1】

进行化学实验和探究时应该注意的安全问题,可以从试剂的存放、试剂的取用、实验操作和实验过程中废液等废弃物的处理等方面考虑,如:

① 氧化剂不能与还原剂一起存放;

② 取用化学试剂时不能用手直接去取;

③ 不能用鼻子直接闻气体;

④ 酒精灯内酒精量要适当;

⑤ 不能给燃烧着的酒精灯添加酒精;

⑥ 点燃可燃性气体前要验纯;

⑦ 加热固体时试管口要略低于试管底;

⑧ 加热液体时要放碎瓷片;

⑨ 有加热和洗气(或气体吸收)装置的实验要防止液体倒吸;

⑩ 稀释浓硫酸时要将浓硫酸慢慢沿器壁流入水中。

……

讨论实验中应注意的安全问题时,要让学生敞开思路,充分发表自己的意见。

【思考与交流2】

金是一种很不活泼的金属,在自然界通常以游离态存在。金的密度又很大,所以从沙里淘金,可用水冲洗的方法从沙里提取密度很大的金。在用水冲洗沙时,密度小的泥土、细沙等物质被水冲去,可提取含量极少的金。这也是最简单的一种利用物理性质不同进行物质分离的方法。如果铁屑和沙混合,根据铁能被磁铁吸引的性质,可以用磁铁将混合物中的铁屑分离出来。除此以外,还能不能再用其他方法分离?可以让学生讨论类似的问题。

【思考与交流3】

除去粗盐中含有的可溶性CaCl2、MgCl2及一些硫酸盐,根据资料卡片和【实验1-2】得出,除去这些杂质的试剂可选用Na2CO3、NaOH、BaCl2,它们之间发生的反应有:

杂质

加入的试剂

化学方程式

硫酸盐

BaCl2

  BaCl2+Na2SO4==BaSO4↓+2NaCl

MgCl2

NaOH

  MgCl2+2NaOH==Mg(OH)2↓+2NaCl

CaCl2

Na2CO3

  CaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaCl

为了使杂质能除得比较干净,所加试剂一般要过量,试剂过量则又出现原杂质被除去却可能引入新杂质的问题。为此要设计加入试剂的顺序,即要使前一过量试剂在后续除杂操作中除去。本实验中,一般的加入顺序是BaCl2、NaOH、Na2CO3、HCl。加Na2CO3时可除去过量的BaCl2,最后加HCl可除去过量的Na2CO3和中和过量的NaOH,当溶液达到中性微酸性时得到几乎不含其他杂质的NaCl溶液。

第二节 化学计量在实验中的应用

1.从引入物质的量的必要性入手,激发学生了解物质的量概念的积极性

原子是化学变化的最小粒子,分子与分子、原子与原子按一定的比例定量进行化学反应,而原子或者分子都很小,我们肉眼不可能观察到,更不可能一个一个地进行称量。怎样将微观的粒子数目与宏观的物质的质量联系起来,来研究分子、原子或离子所进行的化学反应呢?这就需要确定一种物理量。第14届国际计量大会通过以“物质的量”作为化学计量的基本物理量,规定1 mol粒子所含的数目为6.02×1023个。此时1 mol任何物质的质量以克为单位时,其数值恰好等于相对原子质量或相对分子质量,这样使用起来就十分方便。当物质的量小于0.1 mol或大于1 000 mol时,正像小于0.1 m或大于1 000 m一样,需要采用“摩”的倍数单位。

2.使学生了解物质的量、摩尔质量的涵义,并能正确运用

要强调“物质的量”是一个基本物理量,四个字是一个整体,不能拆开理解,也不能压缩为“物质量”,否则就改变了原有意义。要与“物质的质量”区分开来。

还要说明“摩”是“物质的量”的单位,不要将两者混淆起来,如“某物质的物质的量是多少”不要说成“某物质的摩尔数是多少”。

应该强调,物质的量这个物理量只适用于微观粒子,即原子、分子、离子,使用摩作单位时,所指粒子必须十分明确,且粒子的种类要用化学式表示。如写成2 mol H、1 mol H2、1.5 mol NaOH、1 mol OH-、1 mol e-

3.运用比较的方法,使学生正确理解“摩尔质量”“物质的量浓度”的涵义

关于摩尔质量,可说明摩尔质量在数值上等于它的相对原子质量或相对分子质量,但摩尔质量与相对原子质量或相对分子质量的区别在于前者的单位是g/mol,后者单位为1。

物质的量浓度与溶液中溶质的质量分数不同点是:前者的溶质用物质的量表示,后者的溶质用质量表示;前者的单位是mol·L-1,后者是质量之比,单位为1;两者的最大区别是相同物质的量浓度、相同体积的不同溶液,它们所含溶质的物质的量相等,而相同质量分数、相同体积的不同溶液,它们所含溶质的物质的量不相等。因为化学反应是根据粒子数目比例进行的,用质量来表示反应的量不太方便,所以我们要引入物质的量浓度。

4.做好一定物质的量浓度溶液的配制实验,使学生掌握溶液配制的要点

配制一定物质的量浓度溶液的方法,是高中学生必须学会的化学实验操作技能之一。教学中要介绍容量瓶特点和使用方法,以及为什么转移溶液时要用玻璃棒;为什么要用水将烧杯洗涤数次,并将洗液倒入容量瓶中;容量瓶中溶液接近瓶颈刻度时为什么要改用胶头滴管加水等,并将一定物质的量浓度溶液配制步骤归纳为:计算、称量、溶解、洗液、定容、摇匀等要点。

5.运用量方程,使学生建立概念之间的联系

通过简单的量方程,使学生建立物质的量等概念之间的联系,会运用其进行简单的计算。但应注意把握教学要求,不要强化计算。

【实验1-4】

(1)选用配制NaCl溶液,是因为NaCl价廉。用100 mL,也是考虑所配NaCl溶液用处不大,减少浪费。目前有的学校条件比较好,配备了分析天平,可用分析天平来称量。若用托盘天平,可向学生简单说明感量问题即可。此实验的目的是使学生学习配溶液的方法和技能。

(2)教学中可以教师先演示,学生再实验。

(3)学生实验后可进行一些误差分析。

【学与问】

1.配制一定物质的量浓度的溶液时,烧杯中的溶液转移到容量瓶后,烧杯的内壁上还粘有少量溶液,若不用蒸馏水洗涤烧杯,容量瓶中的溶质就会减少,即容量瓶内的溶质的物质的量减少,导致所配的溶液的浓度偏低。为了减少溶质的损失,应用蒸馏水洗涤烧杯2~3次,并将洗涤后的溶液全部转移到容量瓶中。

2.如果将烧杯中的溶液转移到容量瓶中时不慎洒到容量瓶外,最后配成的溶液中溶质的实际浓度比所要求的小。因为洒出的溶液中含有溶质,所以转移到容量瓶内的溶质比称量时少,即瓶内溶质的物质的量减少。

3.【实验1-4】配制100 mL 1.00 mol/L NaCl溶液需要NaCl固体5.85 g。用托盘天平称量时,托盘天平的感量为0.1 g,所以不能称出5.85 g固体。如要比较准确地配制100 mL 1.00 mol/L NaCl溶液,应用分析天平进行称量。分析天平的精度比托盘天平高。

【思考与交流】

1. 24.5 g H2SO4的物质的量是0.25 mol,1.50 mol Na2CO3的质量是159 g。教师可以再编一些类似的题进行训练,也可以让学生两人一组,一问一答的形式进行训练。

2.(1)以浓硫酸和稀硫酸为例,在性质上有比较大的差异,如:浓硫酸的密度比稀硫酸大;将浓硫酸、稀硫酸分别滴在蓝色石蕊试纸上,浓硫酸能使石蕊试纸先变红后变黑(纸被腐蚀),而稀硫酸只能使石蕊试纸变红(久置后也会变黑);浓硫酸稀释时会放出大量热,而稀硫酸稀释放出的热量不大;浓硫酸露置在空气中会变稀,稀硫酸露置在空气中浓度变化不大;浓硫酸常温下不与铁反应,稀硫酸能与铁反应产生氢气等。可以让学生思考,由于浓硫酸与稀硫酸浓度相差很大,所以性质也有很大差异,若浓度比较接近的稀硫酸性质也会有明显差异吗?

(2)将5 mL浓硫酸稀释为20 mL稀硫酸,得到的稀硫酸与原浓硫酸中所含H2SO4的物质量相等,这是因为稀释前与稀释后H2SO4的质量是不变的,只是溶液体积增大了,所以两溶液的物质量浓度不同。(讨论:如果从这20 mL稀硫酸溶液中取出5 mL,与原5 mL浓硫酸比,溶质的物质的量、溶液的物质的量浓度是否相同?为什么?)

自《普通高中课程标准实验教科书 化学 必修1 必修2》培训资料

    
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