混合物中各組分含量測(cè)定教學(xué)設(shè)計(jì)原理

謝祥林

（湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院湖南長(zhǎng)沙410081）

混合物中各組分含量測(cè)定教學(xué)設(shè)計(jì)原理

謝祥林

（湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院湖南長(zhǎng)沙410081）

本文分析了中學(xué)化學(xué)中混合物組分含量測(cè)定教學(xué)的原理，提出了此類問(wèn)題教學(xué)的基本模式，即：測(cè)一種物質(zhì)（計(jì)算另一種物質(zhì)的含量）——測(cè)定方便測(cè)定的物質(zhì)——確定測(cè)定原理——確定測(cè)定方法——測(cè)定儀器的組裝。按此步驟教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)理解測(cè)定中每一步的原理，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)形成解決問(wèn)題的能力。

混合物；含量測(cè)定；教學(xué)設(shè)計(jì)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(cè)定是科研和生產(chǎn)中的一項(xiàng)十分常見(jiàn)和非常重要的工作，因此化學(xué)分析有化學(xué)科研和化工生產(chǎn)的眼睛之稱。

測(cè)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(xué)化學(xué)中的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容?；旌衔镏懈鹘M分含量的測(cè)定是一種應(yīng)用綜合性程度比較高的內(nèi)容，將化學(xué)的思維、化學(xué)的基本知識(shí)和原理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)、物理學(xué)中的有關(guān)知識(shí)高度綜合，不但培養(yǎng)學(xué)生的綜合知識(shí)運(yùn)用能力，也能形成實(shí)用的解決問(wèn)題能力。由于這類問(wèn)題能較好地考查學(xué)生解決問(wèn)題的能力，因此是高考考查的重點(diǎn)?；旌衔镏懈鹘M分含量測(cè)定也是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)?；旌衔镏懈魑镔|(zhì)的含量測(cè)定之所以是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，一是因?yàn)闇y(cè)定的原理多樣，對(duì)于不同的混合物有不同的測(cè)定方法，對(duì)于一定的混合物的含量測(cè)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(cè)定方法。二是測(cè)定物質(zhì)的含量需要一定的裝置和儀器，如何根據(jù)測(cè)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(xué)生感到困難的問(wèn)題。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中需要花大量的時(shí)間和精力，通過(guò)大量的練習(xí)去訓(xùn)練學(xué)生解決此類問(wèn)題，如何使學(xué)生快速形成解決此類問(wèn)題的能力，一直是中學(xué)化學(xué)教學(xué)研究中的熱門問(wèn)題，但有關(guān)混合物含量測(cè)定的教學(xué)論文卻很少，且只是研究了混合物的計(jì)算及鑒別與分離［1，2］，未能涉及教學(xué)原理的研究。本文主要探討中學(xué)化學(xué)教學(xué)中混合物中各組分含量測(cè)定教學(xué)原理及教學(xué)設(shè)計(jì)的基本模式，以期對(duì)此類問(wèn)題的解決教學(xué)提供有效的教學(xué)設(shè)計(jì)理論。

一、混合物中各組分含量測(cè)定教學(xué)原理

中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的混合物各組分含量的測(cè)定是一類人為擬定的、簡(jiǎn)化了的問(wèn)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(wèn)題的方法就比之常規(guī)的化學(xué)分析要簡(jiǎn)單得多。

混合物各組分含量的測(cè)定可以轉(zhuǎn)化成測(cè)定某一組分的含量，然后通過(guò)計(jì)算確定另一組分的含量的簡(jiǎn)單問(wèn)題。例如，測(cè)定含有過(guò)氧化鈉中氧化鈉的含量，就可以測(cè)定過(guò)氧化鈉的含量，然后計(jì)算氧化鈉的量。例如測(cè)定含碳酸鋇的硫酸鋇的含量，只測(cè)碳酸鋇的含量或只測(cè)硫酸鋇的含量都可以。

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

1.測(cè)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(cè)定，一般是測(cè)定一種組分的含量，計(jì)算確定另一組分的含量。這就存在測(cè)定組分的選擇。一般的選擇原則是測(cè)定能測(cè)、易測(cè)組分的含量。如：過(guò)氧化鈉和氧化鈉組成的混合物中，測(cè)定氧化鈉的含量受到過(guò)氧化鈉的干擾而不可測(cè)，只能測(cè)定過(guò)氧化鈉的含量；碳酸鈉與硫酸鈉組成的混合物中，測(cè)定硫酸鈉的含量（沉淀法）比測(cè)定碳酸鈣含量方便。而碳酸鋇和硫酸鋇組成的混合物，則測(cè)定硫酸鋇更簡(jiǎn)單，當(dāng)然也可以測(cè)定碳酸鋇的含量，但其測(cè)定由于要測(cè)量二氧化碳的體積比較困難，所以比測(cè)硫酸鋇含量較為困難。

2.如何測(cè)？

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

在中學(xué)化學(xué)中常見(jiàn)的間接測(cè)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(cè)組分質(zhì)量，如測(cè)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體，測(cè)定氣體體積，然后轉(zhuǎn)化成待測(cè)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(guò)氧化或還原，而另一組分不變，測(cè)定混合物總體質(zhì)量的增加或減少，計(jì)算待測(cè)組分的質(zhì)量。如測(cè)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(cè)定裝置的選擇和裝配

對(duì)于沉淀法，其測(cè)定過(guò)程比較簡(jiǎn)單，只要選擇與待測(cè)組分反應(yīng)產(chǎn)生沉淀的試劑，沉淀、過(guò)濾、洗滌、干燥、稱重、計(jì)算等步驟就可完成，一般不需要成套裝置。測(cè)定裝置主要是氣體測(cè)定裝置。氣體測(cè)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(cè)定裝置等，這些裝置的設(shè)計(jì)組裝都有一定的原理或要求。

氧化還原測(cè)定裝置與氣體測(cè)定裝置類似，只是多了一個(gè)加熱部分（因?yàn)榇蟛糠盅趸€原反應(yīng)都利用氣體——氧氣或氫氣反應(yīng)，需加熱才能進(jìn)行），有時(shí)會(huì)加上一個(gè)氣體反應(yīng)產(chǎn)物的吸收裝置。氣體的計(jì)量一般有計(jì)量體積（排水法）、計(jì)量質(zhì)量（用一定的吸收劑吸收氣體）

讓學(xué)生有序地體驗(yàn)到混合物中各組分含量的測(cè)定方法，是學(xué)習(xí)此類知識(shí)和技能的關(guān)鍵。有關(guān)混合物中各組分含量的測(cè)定題目繁多，形式各異，其實(shí)解決問(wèn)題的規(guī)律很簡(jiǎn)單，“測(cè)什么物質(zhì)、如何測(cè)、測(cè)定裝置”就是解決問(wèn)題的主線，掌握這個(gè)主線后，其他各個(gè)細(xì)節(jié)的問(wèn)題更容易引導(dǎo)學(xué)生自主解決。在教學(xué)中一定讓學(xué)生清晰地體驗(yàn)到這個(gè)思路，抓住這個(gè)主線，然后下面的問(wèn)題便一個(gè)個(gè)有序解決，這樣經(jīng)過(guò)少量的練習(xí)便可使學(xué)生達(dá)到較好的解決問(wèn)題能力。否則，學(xué)生就會(huì)每一道習(xí)題都是一個(gè)解決方法，互不關(guān)聯(lián)，大大增加學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān)，且不能靈活運(yùn)用來(lái)解決問(wèn)題。

二、混合物中各組分含量測(cè)定教學(xué)設(shè)計(jì)原理

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

技能學(xué)習(xí)主要是學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的方法和解決問(wèn)題的規(guī)則，達(dá)到熟練程度靠的是練習(xí)。解決問(wèn)題的方法和規(guī)則可以是在解決問(wèn)題的過(guò)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(cè)定教學(xué)有兩種基本過(guò)程。第一種模式是通過(guò)一系列問(wèn)題解決，對(duì)解決的問(wèn)題進(jìn)行抽象，總結(jié)出解決問(wèn)題的方法和規(guī)則，從而讓學(xué)生得到深刻的體會(huì)。第二種模式是先由教師告知學(xué)生方法和規(guī)則并做出具體的演示和講解，學(xué)生可以在此方法和規(guī)則的基礎(chǔ)上進(jìn)行練習(xí)。但不管是哪種過(guò)程，教師都必須清楚明白地給學(xué)生有個(gè)清晰的解決問(wèn)題的一般思路。不能只靠做大量的練習(xí)來(lái)讓學(xué)生將所有可能出現(xiàn)的問(wèn)題都做一遍。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)思路舉例

例：設(shè)計(jì)測(cè)定碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的含量。

問(wèn)題分析：此混合物中含碳酸鈉和碳酸氫鈉。

測(cè)定物質(zhì)確定：應(yīng)測(cè)定何種物質(zhì)的含量？測(cè)定的化學(xué)原理為何？［學(xué)生思考回答，綜合學(xué)生答案，確定測(cè)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(cè)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(jì)測(cè)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(cè)定產(chǎn)生的二氧化碳的量［不測(cè)水的量（為什么？如何除去水？——讓產(chǎn)生的氣體通過(guò)濃硫酸）］——如何測(cè)定二氧化碳的量［測(cè)定其體積（排水法測(cè)氣體的體積）或其質(zhì)量（用稱過(guò)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(jì)算碳酸氫鈉質(zhì)量——計(jì)算碳酸鈉質(zhì)量。

設(shè)計(jì)裝置（考慮每一過(guò)程測(cè)定的準(zhǔn)確性）：

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

學(xué)生畫(huà)出裝置示意圖并進(jìn)行評(píng)價(jià)。

歸納測(cè)定方法（將各階段標(biāo)題聯(lián)在一起形成解決問(wèn)題的主線）。

練習(xí)：測(cè)定碳酸鈉與氫氧化鈉混合物的各組分含量設(shè)計(jì)。

第二種模式是第一種模式的反式，即先要求學(xué)生了解解決問(wèn)題的基本主線，然后舉出實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生按這個(gè)主線逐步解決問(wèn)題（具體教學(xué)設(shè)計(jì)略）。

混合物含量測(cè)定教學(xué)中應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）教師有較清晰的解決問(wèn)題的思路，能循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生達(dá)成問(wèn)題的解決；（2）教學(xué)過(guò)程中，教師只是引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生自己出主意、想辦法，一步一步地設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決，教師要對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)作出相應(yīng)的評(píng)價(jià)和修正。（3）形成解決問(wèn)題的主線（教學(xué)理論中又稱這個(gè)過(guò)程為學(xué)習(xí)的精制）過(guò)程非常重要，這是提高學(xué)習(xí)能力的重要一環(huán)，如果學(xué)生能順利地完成這個(gè)階段任務(wù)，說(shuō)明他已掌握了解決問(wèn)題的方法，以后碰到類似的問(wèn)題他會(huì)很快地找到解決的方法，不會(huì)無(wú)從下手。

［1］樊海峰.淺談高考化學(xué)題中混合物的有關(guān)計(jì)算［J］.延安教育學(xué)院學(xué)報(bào)，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(tuán)教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，16，（2）：43-44

1008-0546（2010）10-0011-03

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2010.10.004