资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 化学 年级 高一 学期 秋季
课题 如何测定气体摩尔体积
教科书 书 名：普通高中教科书《化学》必修第一册 出版社：上海科学技术出版社
教学设计意图
普通高中化学课程标准（2020年版）主题1：化学科学与实验探究中提出“认识化学科学研究需要实证与推理，注重宏观与微观的联系；了解实验、假说、模型、比较、分类等方法在化学科学研究中的运用。”项目教学重在围绕项目进行问题的提出和界定、资料的收集，通过小组合作最终创造出具体的成果作品，其主要特征之一是要考虑项目活动与所需要掌握的学科核心概念与原理之间的关系，本项目学习活动关注将项目活动与学科概念原理、学生现实生活联系起来，促进其有机融合。
教学目标
1.从气体基础理论与气体摩尔体积的概念出发，探寻测定气体摩尔体积的原理。 2.学生分组设计并实施气体摩尔体积测定的方案。 3.比较各组测定结果，进行误差分析与比较。
教学重难点
教学重点： 气体摩尔体积测定方法的设计与评价。 应用气体摩尔体积的测定解决实际问题。
教学难点： 1. 宏观与微观、理论与模型的转化。
2. 引导学生自主设计实验方案并进行误差分析。
教学过程
任务一：通过自制氢气球引课，复习气体摩尔体积的概念 [引入]同学们尝试过自制氢气球吗？什么物质之间可以反应产生氢气呢？我们最熟悉的是活泼金属与酸发生的置换反应。如果要制作1个体积为2L的氢气球，需要多少活泼金属与酸作为原料呢？如果能计算出氢气的物质的量，就能计算出反应所需要的原料的量。每摩尔气体所具有的体积叫做气体摩尔体积，用符号 Vm 表示，常用的单位为 L · mol-1 。一定量气体的物质的量 ( n )等于气体的体积除以气体摩尔体积。常见的非氧化性强酸有盐酸和稀硫酸，由于盐酸易挥发，选择稀硫酸较好。镁、铁和锌都是实验室常用的金属，铁和锌的摩尔质量较大，镁的摩尔质量较小，相同质量的三种金属，镁的物质的量较大，产生氢气的物质的量也较大，误差较小，因此，常选用镁与稀硫酸反应产生氢气。 任务二: 展示学生课前查找资料所得方案 图1：方案1 图2：方案2 [分析]方案1从分液漏斗中滴加稀硫酸，将产生的氢气导入注射器中，利用氢气产生的压强将注射器的活塞推到相应刻度，确定氢气的体积。这样的方法有什么优缺点呢？优点在于装置简单，缺点在于注射器活塞运动时存在阻力，氢气将注射器活塞向右推需要较大的压强，这会使氢气的压强大于大气压，从而影响测定结果。 方案2用氢气将锥形瓶中的水排入量筒中，可以通过读取量筒中水的体积测定氢气体积。但由于量筒中的液面与中间锥形瓶中存在高度差，同样会使氢气压强与大气压不相等。 图3：方案3 图4：方案4 方案3中设计了量气管，可以将其上下移动，从而使得氢气压强与大气压相等。需要注意的是，前3个方案中，滴入锥形瓶的稀硫酸也会占据一定的体积，注射器、量筒、量气管的读数，需要减去滴入锥形瓶中稀硫酸的体积，才是氢气的体积。 还有同学设计了用一根量气管来进行测定，如图4所示。将25mL 1mol·L-1稀硫酸注入50mL的量气管中，再注入25mL蒸馏水，将镁带固定在铜丝上置于量气管口。向250mL烧杯中加入约100mL水，翻转量气管，使其倒置于水中，用铁夹固定。稀硫酸会逐渐扩散，接触到镁条时，发生反应，将量气管中的液体排出。这种方案虽然比较粗糙，会因为氢气的泄露造成误差，但量气管的读数无需扣除稀硫酸的体积，就能测出氢气的体积。 任务三：完成教材中气体摩尔体积测定实验 [提问]如何测定气体在常温常压下的气体摩尔体积呢？仍然可以借助镁与稀硫酸的反应。镁的物质的量与氢气物质的量相等，根据Vm=V/n，即可计算出气体摩尔体积。 [演示实验]教材中的实验装置由Y形管、量气管和水准管组成。通过气密性检查、加料、注液、调压进行读数、引发反应、记录终读数这几个步骤分别进行演示。 图5：教材实验装置 任务四：探寻气体体积与温度、压强间的关系 [动画演示]一定物质的量的气体，在温度恒定时，体积和压强成反比。在容器的体积不变时，一定物质的量的气体，压强与温度成正比。一定物质的量的气体在不同温度、压强下的体积存在如下关系： 。 在标准状况下（273 K，101 kPa），1 mol任何气体的体积都约为22.4 L，利用压强传感器和温度传感器测得实验室中的温度为27.6℃（300.6K），压强为100.86kPa，根据公式计算得到实验条件下1mol氢气的体积约为24.7L。 任务五：学生分组进行实验操作和误差分析 [概念介绍]绝对偏差 = 测量值－参考值；相对偏差 = (测量值 参考值)/参考值×100% [学生分组实验]前四个小组分别按方案1至方案4的实验装置进行实验，后两个小组按照教材中的方案进行。通过共享文档填写实验数据，含镁带质量、氢气体积等，并计算出1mol氢气的体积。 [误差分析]什么样的操作会使实验结果偏小呢？如果镁带表面的氧化膜未擦净，由于氧化膜的成分是氧化镁，跟硫酸反应不产生氢气，减少了氢气的体积；如果装置漏气，也会使得氢气的体积偏小。什么样的操作会使得实验结果偏大呢？镁与稀硫酸的反应放热，如果气体未冷却到室温即读数，气体受热膨胀，体积偏大，会使得实验结果偏大。 [自评与互评]在实验的过程中，你是否积极参与实验探究，操作是否熟练，数据处理是否精准呢？请同学们进行自评，并且在小组内选择一位同伴进行互评。老师也会根据实验过程中的观察给与同学们相应的评价。 任务六：解决气球内气体摩尔体积测定的问题，实践与应用 [问题解决]通过温度传感器和压强传感器测出气球内的温度和压强。因为在同温同压下，任何气体具有相同的气体摩尔体积，可以直接向气球内打入空气，然后在气球口上套一个塞子，插上压强传感器和温度传感器的探头，就可以测量出氢气球内的温度和压强，利用 ，由标况下的气体摩尔体积计算出氢气球内的气体摩尔体积，从而完成最开始提出的问题：制作氢气球需要多少金属和酸作为原料。 [实践与应用]气体摩尔体积在生活中还有很多应用，请同学们课后完成相关练习，假如你是一位汽车安全气囊设计师，若某种汽车的安全气囊的体积为50L，需要放入叠氮化钠多少克？（2NaN3==2Na+3N2 温度：300K 压强：100KPa）

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