以化學建模方法設計《氣體摩爾體積》教學過程

文章編號：1005－6629(2007)07－0043－02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學建模方法是認知主體在一定目的指引下，運用“宏觀—微觀—宏觀”的思維模型，對宏觀化學現象在微觀層面上進行的本質要素提煉來構建新形式的模型，并通過模型所能提供的特征來解釋宏觀現象的方法。

科學探究五階段模式是將科學探究的過程整合成五個階段：即創設問題情境階段；問題與假設階段；實驗與事實階段；解釋與模型階段；運用與推論階段。

在氣體摩爾體積與阿伏加德羅定律的教學中，我運用科學探究五階段模式并結合化學建模方法，讓學生體驗科學探究的推理過程，準確全面地建構氣體摩爾體積和阿伏加德羅定律的概念和要點，最終達到能靈活運用該知識點。

教學過程

1創設問題情境階段

師：(展示實驗裝置圖，并作說明)左邊的干燥管里是純凈的氧氣，用一小滴紅墨水將氧氣與外界封閉；右邊裝純凈的氯氣(選用氯氣作為實驗材料是因為氯氣有顏色且不與氧氣反應)，右邊用橡皮塞與外界隔離。中間的活塞在實驗前應關緊。

2問題與假設階段

師：下面我將打開活塞，請同學推測一下，左邊的一小滴紅墨水將如何移動？并嘗試說明理由。

生甲：紅墨水向右移。因為分子間有間隙，兩種不同的氣體混合，體積應減少。初三時就學過酒精與水混合后體積略小于兩者相加。

生乙：應該不會移動。感覺上都在一個水平位置，打開和不打開應該一樣。

生丙：體積改變，應該是壓強有變化。但壓強如何變呢？我說不太清楚。

3實驗與事實階段

師：請甲同學上講臺打開活塞。別的同學注意氣體的混合情況和紅墨水的移動方向。

生甲：(上講臺實驗，發現當氯氣的黃綠色充滿整滿裝置時，紅墨水沒有移動)。

師：你們發現實驗結果是怎樣的？

生：紅墨水沒有移動；體積不變。

師：那是為什么呢？

生：(驚訝，疑惑，不知如何回答)

4解釋與模型階段

師：今天我們學習的知識，就是能解釋這個現象的。從物理學的知識可以知道，對于一定量的氣體，哪些因素會影響氣體的體積呢？(出示下圖)

生：對于一定量的氣體體積，如果增大壓強，氣體體積減小；如果升高溫度，氣體體積增大。

師：對，溫度與壓強都會改變氣體體積。但從微觀(分子)角度，溫度和壓強是如何影響體積的呢？

生：影響氣體分子之間間距。如果壓強大，分子之間間距減小；如果溫度升高，分子之間間距增大。

師：換句話說，當溫度和壓強一定時，我們可以看作一個分子所占的體積是一定的。你們能否建立一種模型呢？

生：(討論合作，嘗試。最終得出如圖。)

師：對，這種模型很好地表示了一定溫度和壓強下，每一個特定的氣體分子所占的體積大小。事實上所以分子本身的大小對氣體體積的影響可以忽略。下面請同學想想，如何用這種模型來表示大量氣體分子呢？

生：(交流與討論)大量氣體分子可以看作是小立方體整齊地堆積而成。

師：那么，用你們的筆將這種模型畫出來。

生：(動手畫)

師：對，你們所建立的模型很有特點。那么，你們能否根據建立的模型來解釋：在溫度和壓強一定時，任何具有相同微粒數的氣體具有大致相同的體積。

生1：氣體的分子數相等，溫度和壓強一定時，氣體所占的體積也相等。

生2：溫度和壓強一定時，氣體分子數越多，體積數越大。即分子數與體積成正比。

師：你們的結論已經非常接近化學方面一個偉大的定理——阿伏加德羅定律了。請大家看一下課本上阿伏加德定律是如何敘述的。

生：在溫度和壓強一定時，任何具有相同微粒數的氣體具有大致相同的體積。

師：阿伏加德羅定律運用時，應注意是溫度和壓強一定時，微粒數如果也相等，那么體積也相等。請大家判斷一下，下面哪些說法是正確的。

1L N₂和1LO₂在同溫同壓下所含的分子數相等。

1g N₂和1gO₂所含的分子數相等。

1mol N₂和1mol O₂所含的分子數相等。

1mol N₂和1mol O₂的體積相等。

生：(回答并總結錯誤原因)

師：摩爾質量是1mol該物質所具有的質量，單位是g·mol-1，那么請同學試歸納一下，什么是氣體摩爾體積？

生：氣體摩爾體積就是2mol物質氣體所占的體積。

師：注意談到氣體的體積，就應注意其狀態。實驗研究表明，在標準狀況下，1mol任何氣體所占的體積都約為22.4L。

5 運用與推論階段

師：請大家運用阿伏加德羅定律的模型來解釋，在標準狀況下，1摩爾氣體所占的體積都是22.4L。

生：(運用模型來解釋)在標準狀況下，每個氣體分子所占的體積是一定的，而氣體分子的總數都相等，當然，氣體的體積也就一定了。

師：那么如果不在標準狀況下，1mol氣體的體積還是不是22.4L呢？

生：不一定，如果溫度升高，壓強增大，對于某一個分子來說，其所占的體積仍舊可能是那么大。在這種情況下，氣體體積仍舊可以是22.4L。

師：那么請同學歸納一下，運用氣體摩爾體積和阿伏加德羅定律有哪些注意點呢？

生：(討論)首先必須是氣體，其次要注意外界條件。

師：試試做下面一題：在標準狀況下，22.4L由N₂、N₂O組成的混合氣體中所含的N原子物質的量約為多少？

生：2mol。

師：好，現在你能不能解釋一下為什么剛才裝置打開后，氣體體積不變了嗎？而后能得出什么結論？

生：在同溫同壓下，幾種氣體互不反應可以直接相加。這是阿伏加德羅定律的一個應用。

師：好，今天這節課我們通過探究兩種氣體相加的情況，學習了阿伏加德羅定律的氣體摩爾體積。

教學反思

氣體摩爾體積和阿伏加德羅定律是高一化學教學的重點和難點。在該教學過程中，改變以往大量數據的抽象概括，以科學探究的方式進行教學，讓學生處于探究的主體地位，教師適時地進行點撥和引導，使得學生對氣體摩爾體積和阿伏加德羅定律的理解更加深刻。另外，該探究學習利用了真實的實驗設置了學生一般難以預料的情境，緊緊地抓住了學生的好奇心，同時探究過程都是在學生原有的物理知識和日常生活經驗的基礎上，所以學生易于接受，反應良好。