謝祥林

（湖南師范大學化學化工學院湖南長沙410081）

混合物中各組分含量測定教學設(shè)計原理

謝祥林

（湖南師范大學化學化工學院湖南長沙410081）

本文分析了中學化學中混合物組分含量測定教學的原理，提出了此類問題教學的基本模式，即：測一種物質(zhì)（計算另一種物質(zhì)的含量）——測定方便測定的物質(zhì)——確定測定原理——確定測定方法——測定儀器的組裝。按此步驟教學，引導學生主動理解測定中每一步的原理，促進學生主動構(gòu)建知識形成解決問題的能力。

混合物；含量測定；教學設(shè)計原理

物質(zhì)大多是以多組分混合而存在的，混合物中各組分含量的測定是科研和生產(chǎn)中的一項十分常見和非常重要的工作，因此化學分析有化學科研和化工生產(chǎn)的眼睛之稱。

測定含兩種或兩種以上物質(zhì)組成的混合物中各組分的含量是中學化學中的重要學習內(nèi)容?；旌衔镏懈鹘M分含量的測定是一種應(yīng)用綜合性程度比較高的內(nèi)容，將化學的思維、化學的基本知識和原理、化學實驗知識、物理學中的有關(guān)知識高度綜合，不但培養(yǎng)學生的綜合知識運用能力，也能形成實用的解決問題能力。由于這類問題能較好地考查學生解決問題的能力，因此是高考考查的重點。混合物中各組分含量測定也是中學化學學習中的難點?；旌衔镏懈魑镔|(zhì)的含量測定之所以是學習的難點，一是因為測定的原理多樣，對于不同的混合物有不同的測定方法，對于一定的混合物的含量測定必須找到一種相應(yīng)的方法，同一份混合物可能有多種測定方法。二是測定物質(zhì)的含量需要一定的裝置和儀器，如何根據(jù)測定的需要選擇儀器和搭配裝置、搭配裝置是否合理，這些都是學生感到困難的問題。在中學化學教學中需要花大量的時間和精力，通過大量的練習去訓練學生解決此類問題，如何使學生快速形成解決此類問題的能力，一直是中學化學教學研究中的熱門問題，但有關(guān)混合物含量測定的教學論文卻很少，且只是研究了混合物的計算及鑒別與分離［1，2］，未能涉及教學原理的研究。本文主要探討中學化學教學中混合物中各組分含量測定教學原理及教學設(shè)計的基本模式，以期對此類問題的解決教學提供有效的教學設(shè)計理論。

一、混合物中各組分含量測定教學原理

中學化學教學中的混合物各組分含量的測定是一類人為擬定的、簡化了的問題，這些混合物一般只涉及到兩種組分，三種組分都極少，因此解決此類問題的方法就比之常規(guī)的化學分析要簡單得多。

混合物各組分含量的測定可以轉(zhuǎn)化成測定某一組分的含量，然后通過計算確定另一組分的含量的簡單問題。例如，測定含有過氧化鈉中氧化鈉的含量，就可以測定過氧化鈉的含量，然后計算氧化鈉的量。例如測定含碳酸鋇的硫酸鋇的含量，只測碳酸鋇的含量或只測硫酸鋇的含量都可以。

混合物中各組分含量測定問題的解決主要由以下幾個方面組成：測什么物質(zhì)、如何測、測定裝置。

1.測什么物質(zhì)？

在兩組分混合物中，并不是兩種組分的含量都要一一測定，一般是測定一種組分的含量，計算確定另一組分的含量。這就存在測定組分的選擇。一般的選擇原則是測定能測、易測組分的含量。如：過氧化鈉和氧化鈉組成的混合物中，測定氧化鈉的含量受到過氧化鈉的干擾而不可測，只能測定過氧化鈉的含量；碳酸鈉與硫酸鈉組成的混合物中，測定硫酸鈉的含量（沉淀法）比測定碳酸鈣含量方便。而碳酸鋇和硫酸鋇組成的混合物，則測定硫酸鋇更簡單，當然也可以測定碳酸鋇的含量，但其測定由于要測量二氧化碳的體積比較困難，所以比測硫酸鋇含量較為困難。

2.如何測？

測定原理有兩個，直接測定和間接測定。一般來說直接測定是指用一定的機器進行測定，如元素分析儀，原子吸收等，這些都是直接測定其物質(zhì)的含量的方法。一般的化學分析都是用間接測定。最常見的酸堿滴定、氧化還原滴定都是間接測定法，不過這種間接法直接指示出了所測定物質(zhì)的含量。另一種基本的間接測定方法是選擇一種試劑，與待測混合物中的一種物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，生成另一種可直接測定的物質(zhì)，如沉淀物、氣體，然后測定沉淀物或氣體的量，根據(jù)化學式的轉(zhuǎn)換計算出來。例如前面所說的氧化鈉中含有過氧化鈉和氧化鈉的混合物，可將過氧化鈉進行分解產(chǎn)生氧氣，以測定產(chǎn)生氧氣的體積可計算出過氧化鈉的質(zhì)量。

在中學化學中常見的間接測定的方法可歸為三種：沉淀法、氣體法和氧化還原法。沉淀法是將一種組分形成沉淀，稱其沉淀的質(zhì)量，轉(zhuǎn)化為待測組分質(zhì)量，如測定氯化鈉中含碳酸鈉的量。氣體法是使混合物中某一組分進行化學反應(yīng)產(chǎn)生氣體，測定氣體體積，然后轉(zhuǎn)化成待測組分的質(zhì)量。這類方法用得比較多，且裝置復(fù)雜，變化多。氧化還原法是將混合物中某一組分通過氧化或還原，而另一組分不變，測定混合物總體質(zhì)量的增加或減少，計算待測組分的質(zhì)量。如測定FeO、Fe2O3混合物的組成，可將FeO氧化成Fe2O3，使混合物總體質(zhì)量增加。

3.測定裝置的選擇和裝配

對于沉淀法，其測定過程比較簡單，只要選擇與待測組分反應(yīng)產(chǎn)生沉淀的試劑，沉淀、過濾、洗滌、干燥、稱重、計算等步驟就可完成，一般不需要成套裝置。測定裝置主要是氣體測定裝置。氣體測定裝置主要的組成部分有：氣體發(fā)生裝置、氣體凈化裝置、氣體體積或質(zhì)量測定裝置等，這些裝置的設(shè)計組裝都有一定的原理或要求。

氧化還原測定裝置與氣體測定裝置類似，只是多了一個加熱部分（因為大部分氧化還原反應(yīng)都利用氣體——氧氣或氫氣反應(yīng)，需加熱才能進行），有時會加上一個氣體反應(yīng)產(chǎn)物的吸收裝置。氣體的計量一般有計量體積（排水法）、計量質(zhì)量（用一定的吸收劑吸收氣體）

讓學生有序地體驗到混合物中各組分含量的測定方法，是學習此類知識和技能的關(guān)鍵。有關(guān)混合物中各組分含量的測定題目繁多，形式各異，其實解決問題的規(guī)律很簡單，“測什么物質(zhì)、如何測、測定裝置”就是解決問題的主線，掌握這個主線后，其他各個細節(jié)的問題更容易引導學生自主解決。在教學中一定讓學生清晰地體驗到這個思路，抓住這個主線，然后下面的問題便一個個有序解決，這樣經(jīng)過少量的練習便可使學生達到較好的解決問題能力。否則，學生就會每一道習題都是一個解決方法，互不關(guān)聯(lián)，大大增加學生的記憶負擔，且不能靈活運用來解決問題。

二、混合物中各組分含量測定教學設(shè)計原理

混合物中各組分含量測定是技能型學習，也是綜合性較強的問題解決技能學習，需要多學科知識及生活中積累經(jīng)驗的綜合運用。但關(guān)鍵還是讓學生系統(tǒng)、明晰地形成解決問題的原理和一般方法，讓學生建立起解決此類問題的基本模式，即首先確定測哪種物質(zhì)的含量（了解哪種物質(zhì)易測）——確定測定的化學方程式——確定測定的方法——設(shè)計測定的裝置（氣體測定裝置包括：氣體發(fā)生、氣體凈化、氣體體積測定或氣體吸收）。

技能學習主要是學習解決問題的方法和解決問題的規(guī)則，達到熟練程度靠的是練習。解決問題的方法和規(guī)則可以是在解決問題的過程中形成的，也可以是按已定的方法和規(guī)則執(zhí)行的。因此混合物中各組分含量測定教學有兩種基本過程。第一種模式是通過一系列問題解決，對解決的問題進行抽象，總結(jié)出解決問題的方法和規(guī)則，從而讓學生得到深刻的體會。第二種模式是先由教師告知學生方法和規(guī)則并做出具體的演示和講解，學生可以在此方法和規(guī)則的基礎(chǔ)上進行練習。但不管是哪種過程，教師都必須清楚明白地給學生有個清晰的解決問題的一般思路。不能只靠做大量的練習來讓學生將所有可能出現(xiàn)的問題都做一遍。

三、教學設(shè)計思路舉例

例：設(shè)計測定碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的含量。

問題分析：此混合物中含碳酸鈉和碳酸氫鈉。

測定物質(zhì)確定：應(yīng)測定何種物質(zhì)的含量？測定的化學原理為何？［學生思考回答，綜合學生答案，確定測定碳酸氫鈉含量；利用加熱分解碳酸氫鈉生成水和二氧化碳測定產(chǎn)生的二氧化碳的含量（兩種物質(zhì)的熱分解性的差異）］。

設(shè)計測定方法：

稱量一定物的混合物——熱分解產(chǎn)生氣體二氧化碳和水——測定產(chǎn)生的二氧化碳的量［不測水的量（為什么？如何除去水？——讓產(chǎn)生的氣體通過濃硫酸）］——如何測定二氧化碳的量［測定其體積（排水法測氣體的體積）或其質(zhì)量（用稱過質(zhì)量的堿石灰干燥管吸收二氧化碳，然后稱吸收二氧化碳后堿石灰干燥管質(zhì)量）］——計算碳酸氫鈉質(zhì)量——計算碳酸鈉質(zhì)量。

設(shè)計裝置（考慮每一過程測定的準確性）：

加熱分解裝置（注意排除原有的空氣）——氣體凈化裝置（用濃硫酸除水）——氣體測定裝置（排水法量氣體體積，吸收法稱其氣體質(zhì)量）。

學生畫出裝置示意圖并進行評價。

歸納測定方法（將各階段標題聯(lián)在一起形成解決問題的主線）。

練習：測定碳酸鈉與氫氧化鈉混合物的各組分含量設(shè)計。

第二種模式是第一種模式的反式，即先要求學生了解解決問題的基本主線，然后舉出實例，引導學生按這個主線逐步解決問題（具體教學設(shè)計略）。

混合物含量測定教學中應(yīng)注意的問題：（1）教師有較清晰的解決問題的思路，能循序漸進地引導學生達成問題的解決；（2）教學過程中，教師只是引導學生思考，讓學生自己出主意、想辦法，一步一步地設(shè)計問題的解決，教師要對學生的設(shè)計作出相應(yīng)的評價和修正。（3）形成解決問題的主線（教學理論中又稱這個過程為學習的精制）過程非常重要，這是提高學習能力的重要一環(huán)，如果學生能順利地完成這個階段任務(wù)，說明他已掌握了解決問題的方法，以后碰到類似的問題他會很快地找到解決的方法，不會無從下手。

［1］樊海峰.淺談高考化學題中混合物的有關(guān)計算［J］.延安教育學院學報，2000，（2）：74-75

［2］王莉.淺談混合物中物質(zhì)的鑒別與分離［J］.兵團教育學院學報，2006，16，（2）：43-44

1008-0546（2010）10-0011-03

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2010.10.004