第五章 主题4 物质的化学变化化学计算.docx
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第五章主题4物质的化学变化化学计算
第五章主题4物质的化学变化——化学计算
知识网络梳理
(一)主题4的主要内容
物质世界充满了化学变化,人类的生产、生活离不开化学变化。
化学变化是化学研究的主要内容之一,认识物质的组成和结构必须研究化学变化。
本主题的主要内容如下:
1.物质的化学变化
物质的变化主要包括化学变化的特征,化学反应类型,化学反应中的能量变化、质量守恒定律,化学方程式的表示方法。
认识化学变化的基本特征,理解反应现象和本质的联系。
①物理变化和化学变化的概念;
②物理变化和化学变化的联系和区别;
③物理变化和化学变化的定义;
④物质的变化与性质的区别和联系;
⑤化学变化中遵循的规律——质量守恒定律;
⑥化学反应与能量;
⑦化学变化的基本反应类型;
⑧金属活动顺序表的有关运用。
2.化学计算
化学计算主要包括:
有关化学式的计算、有关化学方程式的计算、有关溶液的计算。
其中化学计算的基本题型有:
(1)化学式的计算类型①计算物质的相对分子质量;②计算组成化合物各元素的质量比;③计算化合物中某元素的质量百分含量;④计算一定量的化合物中某元素的质量。
(2)有关化学方程式计算类型①反应物、生成物都是纯净物的计算;②反应物或生成物中含有一定量的杂质的计算;③关于混合物的计算(只要求掌握混合物中有一种成分参加反应的计算)。
(3)有关溶液的计算类型①怎样求物质的溶解度;②怎样解析出晶体的问题;③怎样解与化学方程式计算相综合的溶液计算。
(二)主题4的知识网络
本主题主要包括物质的变化、化学变化的特征、化学反应中的能量变化、质量守恒定律、化学反应的表示方法和一些简单的有关化学计算等内容。
1.物质的变化
图5-1
2.化学变化
图5-2
3.有关化学式的计算
图5-3
4.质量守恒定律和有关化学方程式的计算
图5-4
图5-5
5.有关溶液的计算
图5-6
主流教材分析
(一)就主题4内容而言,人教版新教材与老教材相比有哪些新变化
教材是基础教育课程改革的重要载体,它是根据课程标准而编写的,是新课程理念的具体化,只要吃透新教材,活用好新教材,就能顺利实现课改的目标。
纵观新教材主题4“物质的化学变化”:
从内容上来看,增加了一些内容,也删减了部分内容;从知识构架上看,改动调整的地方更多;从教学手法上看,增设了更多让学生参与到课堂教学中来的板块。
1.新教材中主题4的编写特色
(1)人教版教材主题4体系编排特点
从常见的燃烧现象入手,介绍燃烧的条件和灭火原理以及一些安全知识。
利用燃烧反应的实例很多,而生活中利用最多的是燃料的燃烧,所以,在介绍了燃烧等知识之后,又介绍了燃料及其用途,以及使用燃料对环境的影响,等等。
社会科学的发展增进了人类对自然的认识,促进了社会的进步。
但某些化学现象可以影响人类生活和社会的可持续发展,因而帮助学生正确认识化学与社会发展的关系是十分重要的。
让学生知道自然资源并不是“取之不尽,用之不竭”的;认识人类要合理地开发和利用资源,树立保护环境、与自然和谐相处的意识,保证社会的可持续发展。
(2)人教版教材主题4知识本身呈现特点
在新教材中把物质的变化作为单独的章节放在首章,并结合了生活生产中熟悉的例子。
与原教材相比,“燃料及其利用”是化学课改教材增添的一个单元,它不仅将散落在老教材中不同章节的内容(如原来在第一章“氧气”中有关燃烧条件的探究,第五章“碳和碳的化合物”中二氧化碳灭火、甲烷及乙醇等燃料的燃烧)融合在一起,还新增加了一些诸如燃料燃烧过程中能量的问题、燃烧后的物质(如酸雨)对空气质量的影响以及新能源开发等知识,使得教材从知识体系上更加系统化,形成了以燃烧作为主线,燃料的利用、燃烧带来的不良后果、新能源急待开发等作为支线的一条知识带。
原先课题1关于绿色化学的介绍,现已放在第二单元课题1“空气”后,在学生理解到空气的污染会给人类带来灾难时,提出“绿色化学”概念,介绍绿色化学的内容更符合学生的认知特点。
(3)人教版教材主题4内容呈现的特点
从根本上改变旧教材单调的呈现方式,利用生动、简明、得体的语言加强与学生的对话功能,以图片、图画资料等方式努力创设学习情景。
新教材在内容的安排上注意从学生的亲身体验出发,选择学生熟悉和生活中常见的知识和现象,增强学生对知识的感受;同时,注意通过活动与探究,调查研究,讨论和实验等形式,培养学生的创新精神和实践能力。
教材中还适当编入与社会发展、新科技等相关的资料,以开阔学生的眼界。
降低了化学计算的难度,只要求掌握一些化学计算的基本技能。
2.与老教材相比的一些变化
对于主题4,人教版新教材(义务教育课程标准实验教科书2006年版)与老教材(九年义务教育三年制初级中学教科书2001年版)相比,新增或改动内容见表5-1。
表5-1人教版新、老教材主题4变化比较
标准本单元课题
新增或改动内容
第一单元走进化学世界
课题2氧气
课题3制取氧气
新增氧气可以使带火星的木条复燃演示试验。
新增双氧水催化制氧。
第二单元我们周围的空气
课题2氧气
铝箔在氧气中燃烧的实验改为铁丝在氧气中燃烧的实验。
第四单元物质构成的奥秘
课题4化学式与化合价
活动与探究中新增练习判定硫的化合价,为后面的练习提供示范作用。
第五单元化学方程式
课题1质量守恒定律
课题2如何正确书写化学方程式
蜡烛燃烧天平不平衡的实验改为盐酸与碳酸钠粉末反应,因有气体放出,使反应后质量总和有所减少。
现象明显,使学生容易理解天平左高右低的原因。
新增讨论题,通过学生讨论天平不平衡的原因,进一步加深对质量守恒规律的认识,并用分子原子观点解释化学反应的本质,从而理解反应前后质量总和守恒的道理。
新增课堂练习:
化学方程式的配平。
第六单元碳和碳的氧化物
课题1金刚石、石墨和C60
课题2二氧化碳的制取
课题3二氧化碳。
新增家庭小实验:
石墨的导电试验。
新增制取二氧化碳的装置选择图和检验气体气密性图。
新增二氧化碳化学性质验证的家庭小实验
第七单元燃料及其利用
课题3使用燃料对空气的影响
新增“酸雨”及其污染知识,
新能源和燃料的开发知识。
第九单元溶液
课题1溶液的形成
课题2溶解度
课题3溶液的质量分数
新增溶解时吸热或放热现象。
新增从海水中提取食盐的知识。
讨论:
汽水中含二氧化碳的生活知识。
新增演示实验:
三种不同组成的硫酸铜溶液的浓度判断。
实验:
配制溶质质量分数一定的溶液。
这次新版“物质的变化”总体印象归纳起来有五点:
①图文排版更趋合理,便于师生使用和学习;
②文笔叙述更为流畅,科学性明显提高;
③承上启下的系统性、严密性进一步增强;
④习题作业分量有所增强,针对性练习明显增多;
⑤淡化概念不是不要概念,新版教材对化学基本概念的重视已明显凸现。
(二)三种主流版本教材主题4的编写各有何特点
随着我国基础教育课程改革的推进和深化,我国基础教育的课程体系、结构、内容都有了调整和变动,提倡在初中阶段实施综合科学课程。
目前,已经开始试验教学的初中义务教育课程标准实验教科书《科学》共有三个版本三套教材,分别是人教版、上教版和鲁教版。
都很好地体现了《科学(7~9年级)课程标准》(实验稿),编印得都很精美。
以下就主题4分别分析三种教材的编写特点:
1.人教版教材的编写特点
(1)人教版教材主题4体系编排特点
新教材十分注重联系学生的生活实际以及材料、能源、健康、环境、生命科学等现代社会问题,反映化学发展的最新成果,并注重培养学生运用知识解决实际问题的能力,在对学生进行科学教育的同时,进行人文精神的教育。
第一单元增设课题1“物质的变化和性质”,原先的编写意图是淡化概念教学,把物质的两类变化与两类性质结合在具体的教学内容中逐步展开实施分散教学,但后来发现:
没有这些最基本的化学概念,不但给学习化学新知识带来困难,而且直接影响到具体的教学内容的展开。
因此,在《绪言》后开篇第一课,集中介绍物质的变化和性质,为后面的探究学习打下基础。
其实,基础化学的本质就是了解物质的变化和性质,了解其用途并应用于生活。
(2)人教版教材主题4知识本身呈现特点
该课题通过新设的四个演示试验,介绍了“物理变化”和“化学变化”的概念,有助于学生理解两类变化的区别。
“物质的性质”重点介绍了熔点、沸点和密度,既与物理学科匹配又完整了学生的知识链,有助于后面化学知识的学习;“化学性质”只是结合生活实例简单介绍,因为它必须在化学变化中才能表现出来。
最后,用图展示了闻气体气味的方法。
课题1的增设,为后面化学知识的探究奠定了最简单也最有用的基础。
其实,许多有经验的教师都会补上这一课的,现行新版教材顺应民意做到了这一点,而且做得更好。
第五单元“化学方程式”,则是物质化学变化的定量描述,介绍了物质化学变化遵循的规律——质量守恒定律、物质化学变化的描述——化学方程式,并在课题三中专门要求了利用化学方程式进行化学变化的简单计算,让学生从宏观和微观上更清楚地认识有关物质的化学变化及在化学变化中各物质之间的量的关系。
化学计算中涉及的知识分别有:
化学式中已知化学式求各元素的化合价和已知各元素的化合价求化学式,化学式中各元素的质量比、化学式中某元素的质量百分含量等简单计算。
在溶液内容中涉及的计算有:
溶液的溶解度、溶质的质量分数等一些基本、简单的计算。
(3)人教版教材主题4内容呈现的特点
教材设置有:
观察,调查,资料收集,讨论,辩论,实验,阅读,写探究活动报告,写心得体会,写调查报告,比赛,编写韵语、歌谣或快板,编制资料卡片,合作学习,等等。
此外,新教材还加强了与学生的对话功能,语言生动,简明,得体;对学生的评价,除传统的纸笔测验外,更注重通过活动表现评价学生的探究能力,情感态度与价值观。
2.鲁教版教材的编写特点
(1)鲁教版教材主题4体系编排特点
该教材依据化学课程标准的要求,在确定教材单元主题时既考虑到学科知识的逻辑关系,又关注学生的已有生活经验和未来社会发展的需求,努力将化学知识与社会生活情景相融合。
选择那些既与社会和生活实际密切相关,又具有一定的内在逻辑联系,同时又是学生能理解的知识内容组成单元主题,引导学生从身边的化学现象入手学习有关物质构成和变化的知识,然后运用所学的化学知识解决社会实际问题,即贯彻“从生活走进化学,从化学走向社会”的改革思路,激发学生学习化学的爱好,促进学生的学习和发展。
(2)鲁教版教材主题4知识本身呈现特点
第一单元第一节“奇妙的化学”,在“二、观察化学变化”这部分内容中,以学生对生活的切身体验提出了物理变化、化学变化的现象和特征,同时以四组试验分别提出了化学变化中伴随的有关现象,如发光发热、颜色变化等,从而引导学生得出化学变化的有关观念。
第四单元第二节“化学反应的表示”,通过对化学反应中反应物和生成物的质量关系的试验探究,使学生认识质量守恒定律,理解质量守恒定律的实质,以学生已有的微观知识和宏观的试验现象了解物质的化学变化。
在第五单元第四节“化学反应中的有关计算”中,化学方程式的有关简单计算,使学生进一步认识在化学反应中各物质之间的质量关系。
在“化学式”中涉及的计算有:
相对分子质量计算,元素的质量分数、化合价,以及各元素的质量比。
在“溶液”内容中,涉及的计算有质量分数的简单计算。
(3)鲁教版教材主题4内容呈现的特点
每一个单元主题都是融合的,力求反映一种基本观念或体现化学知识在社会实践中的应用。
确定单元主题的编排顺序时,充分考虑学生已有的知识经验,处理好学科知识的内在联系与学生认知发展规律间的关系,努力做到由浅入深,由近及远,由简单到复杂,引导学生从身边的化学现象入手学习有关物质构成和变化的知识;然后运用所学的化学知识解决社会实际问题,激发学生学习化学的兴趣,促进学生的学习和发展。
基于初中生的学习现状,为分散教学难点,促进学生对基本概念的理解,采取了理论性知识与事实性知识穿插编排的形式,分层次、分阶段地呈现有关概念,使概念理论的学习建立在具体的事实和情景基础之上,同时通过概念理论的学习又加深学生对物质及其变化的深入理解。
3.上教版教材的编写特点
(1)上教版教材主题4体系编排特点
文本严密流畅,图表和设计的活动具有典型性、代表性,是可读性很强的教材。
建构主义渗透在教材中,探究活动与教材内容结合得很好。
注重教材的本土化,有机结合我国科学史、科学家阐述相关知识,注意与现代生活、现代科技的结合。
(2)上教版教材主题4知识本身呈现特点
第一章第二节“化学研究些什么”,通过生动的生活图片,在引起学生强烈的感官刺激,激发他们的学习欲望的同时,定性地总结出“化学变化”、“物理变化”的概念。
从开篇就给学生呈现出化学学习的切入点,为进一步的学习打下坚实的基础。
第四章第二节“定量认识化学变化”,以质量守恒定律贯穿整个章节,包括化学变化的表示方法、用化学方程式进行简单的定量计算,其意图是让学生从量的角度深入了解化学的本质、特点及原理。
在“化学式”中,涉及的计算有元素的质量分数、求元素的化合价以及化学式中各元素的质量比,在“溶液”内容中涉及的计算有溶液的溶解度、溶质的质量分数等相关计算。
都是一些基本、简单的计算。
(3)上教版教材主题4内容呈现的特点
教材注重设置一定情景让学生学习,关注人类面临的与化学相关的社会问题,在广泛的生活和社会背景下,强化化学知识与技能的相互渗透,实施课程内容的综合性和开放性。
为了改变学生的学习方式,彻底改变传统的“以教师为中心”的教学模式,教材建构了多种栏目的组合,上教版围绕章的主题设有“章导学”、“观察与思考”、“联想与启示”、“活动与探究”、“拓展视野”、“练习与实践”、“交流与讨论”、“你已经知道什么”、“整理与归纳”、“本章作业”及某些隐性栏目(如“科学方法介绍”、“实验安全操作规则”、“化学史实”等),共有11项。
在学习方式方面设置有“观察”、“调查”、“资料收集”、“讨论”、“实验”、“写科普习作”、“阅读”、“分组学习”、“合作学习”、“调查资料记录”、“编写专题科普小报或黑板报”、“举办科普报告会”、“写调查报告”及“归纳整理”等。
三套教材内容范围的选择具有基础性和时代性,关注拓展知识视野和联系现代科学技术的发展。
遵从于《课标》以培养学生科学素养为课程宗旨,教材的文字编写不同于以往的直白陈述,而是以与学生“对话”的方式展开,给教师和学生进行科学探究,体验科学态度,情感与价值观,并且理解科学、技术与社会的关系,留有空间。
教学重点难点
(一)如何进行“化学计算”的教学
化学计算是中学化学的重要内容。
它是借助数学计算的方式从量的方面研究物质及其变化规律的一类习题。
学生通过化学计算的学习,一方面可以掌握化学计算的技能;一方面可以加深从量的方面对化学概念和原理的理解,进一步掌握物质的性质和变化规律,学习分析问题和解决问题;更重要的是通过计算数学,将学到的数学知识应用到化学的研究上,加强学科知识间的渗透,全面提高综合素质品质。
【案例呈现】溶液组成的表示方法
[学习目标]
知识技能目标:
1.掌握“溶质的质量分数”的概念。
2.掌握有关溶质的质量分数的概念和计算。
过程方法目标:
1.通过对溶液的“浓”和“稀”具体分析,提出溶液组成的表示方法——溶质质量分数,为学生的感性认识上升到理性认识奠定基础。
2.讨论影响溶质质量分数大小的因素,加深对“溶质质量分数”概念的理解。
情感态度价值观目标:
通过阅读和练习,对有关溶质的质量分数的计算能做到步骤完整、字迹工整有逻辑性。
知道化学计算格式美。
教学重点:
有关溶质的质量分数的计算。
教学难点:
理解“溶液组成”的含义。
[学习过程]
一、溶液的组成与浓溶液和稀溶液的关系
(阅读)教材第143页第1~2段。
(讨论)怎样判断两杯糖水的浓度大小?
(小结)
(观察)两杯不同浓度硫酸铜溶液。
(讨论)怎样判断两杯硫酸铜溶液浓度的大小?
(小结)
(讨论)决定溶液浓或稀的因素是什么呢?
(小结)
(观察)将一杯硫酸铜溶液分成三等份,其中一份加入少量的水,一份加入少量硫酸铜固体。
(讨论)
(1)每一份溶液的溶质质量分数是否改变?
(2)将其中一份加入少量的水,其溶质、溶剂、溶液的是否改变?
(3)将其中一份加入少量硫酸铜固体,其溶质、溶剂、溶液的是否改变?
(4)原溶液减少溶质,其溶质、溶剂、溶液的是否改变?
(5)原溶液蒸发溶剂,其溶质、溶剂、溶液的是否改变?
(小结)
表5-2
溶质质量
溶剂质量
溶液质量
溶液的组成
每一份
加水
蒸发水
加入溶质
减少溶质
二、溶液组成的表示方法——溶质的质量分数
1.溶质的质量分数
(提问)什么叫溶质的质量分数?
(提问)溶质的质量分数的数学表达式如何?
(提问)怎样理解如下概念?
质量:
__________________________________________________
溶质的质量分数:
_________________________________________
(提问)某硝酸钾溶液的溶质的质量分数为20%,解释其含义。
2.有关溶质的质量分数的计算
(讨论)讨论下表中的数据:
表5-3
硝酸钾溶液
水
硝酸钾固体
溶质的质量分数
100g
96g
?
?
200g
?
10g
?
150g
?
?
16%
?
100g
25g
?
(小结)溶质的质量分数可以科学和精确地表示溶液的浓度。
【案例点评】该案例是在详细介绍了溶液组成的一种表示方法——溶质的质量分数之后,通过例题教会学生有关溶质质量分数的计算。
有关溶质质量分数的计算,可帮助学生加深对有关概念的理解,把有关概念联系起来综合分析,对教材各部分内容融会贯通。
【理论点拨】计算教学应掌握的原则很多,方法也不少,但最重要的一点是:
引导学生灵活运用化学知识,以培养他们积极探索的创造性思维,从而为大面积提高教学质量作贡献。
【解决策略】明确化学计算的根据就是要正确理解和掌握有关的基本概念、基本定律、一些化学量之间的相互关系式,以及它们的适用范围和使用条件等。
其中化学概念是化学计算的基础,因为化学计算是由化学概念的量引申出来的。
化学定律在初中主要是指质量守恒定律,由于化学计算的要求是把数学运算和化学知识有机结合起来,所以,我们在化学知识的学习过程中,必须弄清楚概念的内涵和外延,认识概念间的关系,并注意灵活运用基本定律。
(二)如何进行教材分析
分析化学教材是指教师认识化学教材的结构特点与教育功能的过程。
这是教师为完成教学任务必须进行的基础工作,能否认真分析教材是直接关系实施新课程改革、提高教学质量的重要因素。
任何化学教材都有一定的结构,这种结构就是各知识之间联系的形式。
然而在教材中各种知识内容之间的这种联系是很复杂的,它们除具有科学体系的联系之外,还有认识体系与表述体系的联系。
教材的这种结构特点决定着教材的教育功能,教师只有认识和把握教材的结构特点,才能正确使用化学教材。
但同时,我们必须使用科学的方法,经过认真的剖析才能认识和把握教材的结构,进而有利于正确地使用教材。
【案例呈现】主题4“物质的化学变化”教材分析
1主题4的主要内容
物质的化学变化主要包括化学变化的基本特征、化学反应类型、化学反应中的能量变化,以及质量守恒定律和化学反应表示方法等,这些都是化学变化研究的内容。
2在课程中的地位与作用
学习本主题内容对于化学基本观念的形成十分重要。
物质变化、能量转化、质量守恒等观念的形成都与本主题的学习有关。
学生通过学习,可以认识变化的条件对变化过程和变化结果的影响,理解化学变化和能量变化的密切关系,进一步认识现象和本质的区别和联系。
学习本主题能帮助学生较好地理解和把握具体物质的性质和变化的知识,认识人类是怎样研究和利用化学反应的,增进对化学与生活、技术、社会之间关系的理解。
学习本主题内容,要进行多项探究活动。
例如,学习质量守恒定律、金属活动性顺序、各种化学反应知识的过程中,应力求通过学生自主探究的方式来进行。
这对于培养学生持续的化学学习兴趣、严谨求实的科学态度和实践探究能力,都是十分重要的。
3学习本主题的要求
学习化学反应知识的根本目的是帮助初中学生形成有关化学变化的科学观念,理解化学变化与人类文明的关系,而不是要求学生记住几种反应类型,说出物质变化的现象,背出有关的化学方程式。
因此,本主题的教学重点应放在引导学生认识、理解化学反应知识的同时,体会物质变化的规律,了解研究化学变化的基本方法,认识利用化学变化知识可以发展生产,改善生活,促进社会的可持续发展。
例如,学习酸与碳酸盐、金属、金属氧化物、碱的作用,要密切联系酸性食品对金属的腐蚀,用酸去除铁锈,用石灰改良酸性土壤等事例。
学习化学反应与能量的关系,要联系燃料的燃烧,植物的光合作用,化学电源(如干电池、蓄电池)等事例,启发学生思考,归纳物质在化学反应过程中发生的各种能量转化形式。
初中学生学习的化学反应的知识是非常粗浅的,要求的水平也是比较低的。
在教学中教师要把握好内容的深广度,有关结论不要过分追求推广,以免增加学生负担。
例如,课程标准对置换反应仅定位在“初步认识”的水平。
因此,教学中只要引导学生从常见的反应实例(如锌与盐酸反应,铁与硫酸铜溶液反应)去认识某些金属与酸或盐能发生置换反应就可以了,重要的是使学生初步了解置换反应遵循的基本规律,能用这些反应知识,解释说明日常生活中的有关现象。
4教学的策略与方法
(1)指导学生进行探究性学习
指导学习进行探究性学习,可以从自然现象、日常生活和生产实际中发现和提出有关化学反应的问题(如怎样判断是否发生了化学变化,物质发生化学变化后质量发生变化吗),鼓励学生大胆提出解决问题的假设或猜想,帮助学生设计实验方案去检验自己提出的假设或猜想,得出结论。
在指导学生进行探究性学习时,要注意方法的训练,如实验观察、范例模仿、定量研究、分析比较等。
例如:
通过观察铜锌原电池实验认识化学反应伴随有能量变化;对化学反应的简单计算,可以通过范例模仿,使学生逐步掌握化学方程式计算的基本方法;学习某种基本的化学反应,可以结合实验现象启发学生分析比较,找出反应的特征。
(2)注意新、旧知识的衔接
本主题内容在教材和教学过程中是分散安排的。
本主题内容和元素化合物知识之间的衔接,处理得当,能取得较好的教学效果;反之,处理不当,就会使学生的学习遇到困难。
比如,过于集中地学习本单元内容,与元素化合物知识脱节,可能使本单元内容的学习变得抽象,难于理解。
相反,不注意本单元知识间的内在联系,缺乏应有的呼应和联系,将使本单元的知识变得支离破碎,使学生不能获得对化学反应知识较为全面、系统的认识,影响化学反应观的形成。
(3)重视学习情景的创设
自然界和生产生活中化学变化的现象时时都有发生,要善于运用这些生动的素材创设学习情景。
这不仅有利于调动学生的学习积极性,也有助于培养学生学会从化学变化的视角观察和研究自然和社会实际。
学习化学反应不应局限于化学实验室,或者单纯地记背反应现象和化学方程式,面向实际能开拓我们的知识视野。
5教学中应注意的问题
(1)本单元的教学重点应放在引导学生认识和理解化学反应知识的同时,体会物质变化的规律,了解研究化学变化的基本方法,认识利用化学变化知识可以发展生产,改善生活,促进社会的可持续发展。
(2)要把握好内容的深广度,有关的结论不要过分追求推广到“类”,以避免增加学生负担。
【案例点评】该
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