中學(xué)化學(xué)計量概念教學(xué)研究

劉凱

中學(xué)化學(xué)計量概念是化學(xué)學(xué)習(xí)由定性認識到定量認識的基石，是定量研究的保證，支撐著學(xué)科的科學(xué)性發(fā)展。計量概念教學(xué)是概念教學(xué)的重要組成部分。部分教師教學(xué)過程中過于關(guān)注計量概念本身，比如表達式、計算方法等，而忽視計量概念本身的內(nèi)涵，學(xué)生只能簡單地參考公式、套用公式，導(dǎo)致基于概念的變式練習(xí)或深層次理解的角度進行考查時，學(xué)生答題幾近“全軍覆沒”，相當(dāng)一部分學(xué)生在碰到計算類的填空等題目時，直接放棄，非?？上??？梢姡嬃扛拍畹恼莆张c應(yīng)用是學(xué)生的軟肋，是教學(xué)的難點所在。本文以高中階段最重要的兩個計量概念“物質(zhì)的量”和“平衡常數(shù)”為研究對象，就計量概念的教學(xué)策略進行探討。

一、計量概念概述

中學(xué)化學(xué)階段，涉及的計量概念眾多，初中階段、高中階段均有，如表1所示。

二、計量概念教學(xué)策略與運用

1.強化概念在學(xué)科體系中的功用

在“物質(zhì)的量”內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，教材僅以“為了將一定數(shù)目的微觀粒子與可稱量的宏觀物質(zhì)之間聯(lián)系起來，在化學(xué)上特引入物質(zhì)的量”、“物質(zhì)的量是國際單位制中的基本物理量之一，符號為n，單位為摩爾”等概括性的信息。學(xué)生通過一階段的教學(xué)活動會知道物質(zhì)的量的定義以及運用幾個相關(guān)公式進行簡單的計算（如圖1）。這也基本達到了課標的教學(xué)要求。但是，很少去思考為什么要學(xué)習(xí)這個概念，這個概念的學(xué)習(xí)對學(xué)生發(fā)展會有怎樣的幫助？這是概念的功用問題。盡管大家都知道物質(zhì)的量是聯(lián)系宏觀與微觀的橋梁，但要做到不斷深化并說明其重要性，還值得教師不斷提醒自己在教學(xué)中時時滲透，尤其在高一，學(xué)生剛剛由初三定性學(xué)習(xí)化學(xué)到定量學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變的重要階段。例如在物質(zhì)的量相關(guān)的教學(xué)中，隨著教學(xué)的逐步遞進，應(yīng)該告訴學(xué)生物質(zhì)的量不僅是將宏觀可稱量的物質(zhì)的質(zhì)量與肉眼看不到的微觀粒子聯(lián)系起來。比如稱量了56.0 g的鐵，實際上相當(dāng)于稱量了約6.02×1023個鐵原子；還可以將宏觀可以量取的液體或氣體的體積與微觀粒子聯(lián)系起來，比如喝下18.0 mL水，就相當(dāng)于喝下了6.02×1023個水分子；標準狀況下，收集到22.4 L的氧氣，就相當(dāng)于捕捉到了6.02×1023個氧分子……類似觀念的滲透，就將宏觀與微觀的聯(lián)系變得具體，物質(zhì)的量的橋梁作用一目了然，學(xué)生感受更加深刻。

在“化學(xué)平衡常數(shù)”教材內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過教學(xué)活動能收獲：從定量角度描述化學(xué)平衡狀態(tài)，利用化學(xué)平衡常數(shù)進行定量表征和比較不同的化學(xué)反應(yīng)的限度，化學(xué)平衡常數(shù)跟溫度有關(guān)，并能運用化學(xué)平衡常數(shù)表達式進行一些簡單的計算。教學(xué)設(shè)計越好，學(xué)生在課堂的的收獲會更多且具體

。但實際上，為什么要學(xué)習(xí)化學(xué)平衡常數(shù)遠非一節(jié)課的內(nèi)容學(xué)習(xí)就能滲透的。隨著學(xué)習(xí)的深入，應(yīng)該讓學(xué)生明白通過學(xué)習(xí)化學(xué)平衡常數(shù)，可以把定性描述化學(xué)平衡、化學(xué)平衡移動原理（勒夏特列原理）從定量角度進行解釋，從而為調(diào)控化學(xué)平衡形成思路。這點特別是在后續(xù)的弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽類水解、沉淀溶解平衡等的學(xué)習(xí)、理解與應(yīng)用中，可以充分體現(xiàn)化學(xué)平衡常數(shù)（幾類平衡常數(shù)）的價值與功能。這樣的做法使得學(xué)生對化學(xué)平衡常數(shù)的認識由孤立發(fā)展為系統(tǒng)。同時，結(jié)合日常生產(chǎn)生活實踐，多舉一些與平衡常數(shù)知識相關(guān)的應(yīng)用，如工業(yè)合成氨、沉淀轉(zhuǎn)化法在工業(yè)酸性廢水中的應(yīng)用等，學(xué)生對平衡常數(shù)的認識會更加立體、豐富。

2.重視概念的建構(gòu)過程

（1）關(guān)注學(xué)生前概念

以物質(zhì)的量為例，以學(xué)生前概念（相對原子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量等）為基礎(chǔ)的建構(gòu)值得借鑒。例如，C+O2CO2，學(xué)生理解此方程式表示的意義是沒問題的。

C+O2

CO2

微觀：一個碳原子，一個氧分子，一個二氧化碳分子

宏觀：12 g碳32 g氧氣，44g二氧化碳

同一個化學(xué)方程式表示的意義相同，因此，微觀粒子和宏觀質(zhì)量之間存在著聯(lián)系。到底有什么聯(lián)系呢？教師提供一組數(shù)據(jù)，一個碳原子的質(zhì)量為m（C）=1.993×10-23g，一個氧分子的質(zhì)量

m（O2）=5.316×10-23g。通過計算12 g碳、32 g氧氣中含有的微粒數(shù)發(fā)現(xiàn)，二者含有的微粒數(shù)相同，該數(shù)值大約為6.02×1023。是不是其他物質(zhì)也含有相同的微粒數(shù)呢？接著給出一組不同微粒數(shù)的質(zhì)量，來計算其所含有的微粒數(shù)目，如表2所示。

（1）按要求填表

培養(yǎng)學(xué)生基本計算能力

（2）第1、2組數(shù)據(jù)說明了什么？

反應(yīng)物的濃度與平衡常數(shù)的關(guān)系

（3）第3、4組數(shù)據(jù)說明了什么？

生成物的濃度與平衡常數(shù)的關(guān)系

（4）你能從上面4組數(shù)據(jù)得到什么結(jié)論？平衡常數(shù)與濃度無關(guān)

學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，各組數(shù)據(jù)平衡濃度按照關(guān)系式計算所得結(jié)果幾乎一致。4組數(shù)據(jù)得到的結(jié)論是：對一個確定的化學(xué)方程式平衡濃度間各物質(zhì)間存在某種定量關(guān)系的的規(guī)律；不同起始濃度，不同起始物質(zhì)不影響平衡濃度間的這種定量關(guān)系的規(guī)律。到此，化學(xué)平衡常數(shù)概念基本建立。當(dāng)然，也可以利用其他表格進行補充并挖掘其數(shù)據(jù)的

化學(xué)習(xí)題的解答，常常采用教師或?qū)W生講解評析的方式進行。在教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)對于那些與實驗有關(guān)的習(xí)題，如果習(xí)題涉及的實驗器材、藥品易于準備，操作比較簡單方便，在進行習(xí)題解析時不妨借助實驗來加以強化說明，這樣往往能達到解題思路更清晰，認識化學(xué)原理更充分，理解概念更透徹，課堂教學(xué)更有趣，學(xué)生更容易掌握的良好效果。

一、運用實驗解析有關(guān)化學(xué)實驗類習(xí)題

1.人教版上冊第42頁第4題（1）題“把二氧化錳加入裝有過氧化氫溶液的試管中”與“把過氧化氫溶液緩緩的加入盛有少量二氧化錳的試管中”的實驗現(xiàn)象是否相同？哪種方法可以得到平穩(wěn)的氧氣流？在習(xí)題講解時，對于答案有部分同學(xué)難理解，特別是說不清楚原因，于是筆者準備好藥品和儀器，請一位學(xué)生分別按題中要求進行操作，讓其他學(xué)生觀察，結(jié)果現(xiàn)象十分明顯，并且看到現(xiàn)象后又追問“為什么”，結(jié)合實驗很快就理解并解決問題。

2.用加熱高錳酸鉀或氯酸鉀并用排水法收集氧氣時，實驗操作中一個很關(guān)鍵的步驟“先撤導(dǎo)管后熄滅酒精燈”，筆者按照錯誤的步驟演示給學(xué)生，當(dāng)水回流到導(dǎo)管又即將到達試管口時，再迅速地補上點燃的酒精燈，明顯地觀察到導(dǎo)管中的水柱被“趕”了出來。這時“如果先熄滅酒精燈，水槽中的水可能會倒吸入試管，使試管因驟冷而炸裂”的描述就容易理解了，從而避免了學(xué)生純機械記憶此知識。

功能，得到更為全面認識的化學(xué)平衡常數(shù)。

3.變式練習(xí)，提高認知水平

一般來說，關(guān)于計量概念的考查通常是圍繞某個關(guān)系式（或等式）展開，知道了兩個相關(guān)量，就可以求未知量。學(xué)生在做此類題目時的難點通常表現(xiàn)在關(guān)系式（或等式）找不到或相關(guān)量找不到。有些相關(guān)量涉及這些核心概念的理解，如例1。

例11 g N2中含有n個N2分子，則阿伏加德羅常數(shù)NA可以表示為（）。

A.14n/molB.28n/mol

C.n/14molD.n/28mol

學(xué)生必須想到宏觀（1 g）與微觀（n個）的聯(lián)系要以物質(zhì)的量作為橋梁，并以此建立關(guān)系式（見圖1），就不難選出正確答案。

有些題目中相關(guān)量線索明顯，但相關(guān)量被隱藏，如例2。

例2工業(yè)生產(chǎn)中有時采用陽離子交換樹脂法來測定沉淀后溶液中Cr3+的含量，其原理是Mn++nNaRnNa++MRn，其中NaR為陽離子交換樹脂，Mn+為要測定的離子。某次測定過程中，將pH=5的廢水經(jīng)過陽離子交換樹脂后，測得溶液中Na+比交換前增加了4.6×10-2 g·L-1，則該條件下Cr（OH）3的Ksp的值為。

學(xué)生很快就能知道要求Cr（OH）3的Ksp當(dāng)然要知道c（Cr3+）和c（OH-）。問題在于，這兩個相關(guān)量不好找。c（OH-）的相關(guān)量是c（H+），通過pH、Kw可以求解；而c（Cr3+）通過分析則只能通過題目條件中的方程式來求解。當(dāng)然，學(xué)生還得知道n=3，g·L-1還得轉(zhuǎn)化為mol·L-1，才可以準確求解。

要說明的是，教學(xué)過程中沒有必要實行題海戰(zhàn)或是為了尋求難度而出難題。把握學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的障礙點，有針對性地選擇習(xí)題進行鞏固與突破，訓(xùn)練學(xué)生的基本知識與基本技能，同時訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，起到事半功倍的效果。

以上是對兩個重要的計量概念教學(xué)的一些思考，旨在拋磚引玉。該類概念的教學(xué)與探索值得思考與實踐，讓學(xué)生從心理上全面地理解與接受它，真正做到學(xué)生聽得懂、學(xué)得會、用得活。

（收稿日期：2016-09-15）