中學化學計量概念教學研究

劉凱

中學化學計量概念是化學學習由定性認識到定量認識的基石，是定量研究的保證，支撐著學科的科學性發展。計量概念教學是概念教學的重要組成部分。部分教師教學過程中過于關注計量概念本身，比如表達式、計算方法等，而忽視計量概念本身的內涵，學生只能簡單地參考公式、套用公式，導致基于概念的變式練習或深層次理解的角度進行考查時，學生答題幾近“全軍覆沒”，相當一部分學生在碰到計算類的填空等題目時，直接放棄，非常可惜。可見，計量概念的掌握與應用是學生的軟肋，是教學的難點所在。本文以高中階段最重要的兩個計量概念“物質的量”和“平衡常數”為研究對象，就計量概念的教學策略進行探討。

一、計量概念概述

中學化學階段，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、計量概念教學策略與運用

1.強化概念在學科體系中的功用

在“物質的量”內容的學習中，教材僅以“為了將一定數目的微觀粒子與可稱量的宏觀物質之間聯系起來，在化學上特引入物質的量”、“物質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。學生通過一階段的教學活動會知道物質的量的定義以及運用幾個相關公式進行簡單的計算（如圖1）。這也基本達到了課標的教學要求。但是，很少去思考為什么要學習這個概念，這個概念的學習對學生發展會有怎樣的幫助？這是概念的功用問題。盡管大家都知道物質的量是聯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中時時滲透，尤其在高一，學生剛剛由初三定性學習化學到定量學習的轉變的重要階段。例如在物質的量相關的教學中，隨著教學的逐步遞進，應該告訴學生物質的量不僅是將宏觀可稱量的物質的質量與肉眼看不到的微觀粒子聯系起來。比如稱量了56.0 g的鐵，實際上相當于稱量了約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系起來，比如喝下18.0 mL水，就相當于喝下了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系變得具體，物質的量的橋梁作用一目了然，學生感受更加深刻。

在“化學平衡常數”教材內容的學習中，學生通過教學活動能收獲：從定量角度描述化學平衡狀態，利用化學平衡常數進行定量表征和比較不同的化學反應的限度，化學平衡常數跟溫度有關，并能運用化學平衡常數表達式進行一些簡單的計算。教學設計越好，學生在課堂的的收獲會更多且具體

。但實際上，為什么要學習化學平衡常數遠非一節課的內容學習就能滲透的。隨著學習的深入，應該讓學生明白通過學習化學平衡常數，可以把定性描述化學平衡、化學平衡移動原理（勒夏特列原理）從定量角度進行解釋，從而為調控化學平衡形成思路。這點特別是在后續的弱電解質的電離平衡、鹽類水解、沉淀溶解平衡等的學習、理解與應用中，可以充分體現化學平衡常數（幾類平衡常數）的價值與功能。這樣的做法使得學生對化學平衡常數的認識由孤立發展為系統。同時，結合日常生產生活實踐，多舉一些與平衡常數知識相關的應用，如工業合成氨、沉淀轉化法在工業酸性廢水中的應用等，學生對平衡常數的認識會更加立體、豐富。

2.重視概念的建構過程

（1）關注學生前概念

以物質的量為例，以學生前概念（相對原子質量、相對分子質量等）為基礎的建構值得借鑒。例如，C+O2CO2，學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

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

m（O2）=5.316×10-23g。通過計算12 g碳、32 g氧氣中含有的微粒數發現，二者含有的微粒數相同，該數值大約為6.02×1023。是不是其他物質也含有相同的微粒數呢？接著給出一組不同微粒數的質量，來計算其所含有的微粒數目，如表2所示。

（1）按要求填表

培養學生基本計算能力

（2）第1、2組數據說明了什么？

反應物的濃度與平衡常數的關系

（3）第3、4組數據說明了什么？

生成物的濃度與平衡常數的關系

（4）你能從上面4組數據得到什么結論？平衡常數與濃度無關

學生不難發現，各組數據平衡濃度按照關系式計算所得結果幾乎一致。4組數據得到的結論是：對一個確定的化學方程式平衡濃度間各物質間存在某種定量關系的的規律；不同起始濃度，不同起始物質不影響平衡濃度間的這種定量關系的規律。到此，化學平衡常數概念基本建立。當然，也可以利用其他表格進行補充并挖掘其數據的

化學習題的解答，常常采用教師或學生講解評析的方式進行。在教學中筆者發現對于那些與實驗有關的習題，如果習題涉及的實驗器材、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，認識化學原理更充分，理解概念更透徹，課堂教學更有趣，學生更容易掌握的良好效果。

一、運用實驗解析有關化學實驗類習題

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”的實驗現象是否相同？哪種方法可以得到平穩的氧氣流？在習題講解時，對于答案有部分同學難理解，特別是說不清楚原因，于是筆者準備好藥品和儀器，請一位學生分別按題中要求進行操作，讓其他學生觀察，結果現象十分明顯，并且看到現象后又追問“為什么”，結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鍵的步驟“先撤導管后熄滅酒精燈”，筆者按照錯誤的步驟演示給學生，當水回流到導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，從而避免了學生純機械記憶此知識。

功能，得到更為全面認識的化學平衡常數。

3.變式練習，提高認知水平

一般來說，關于計量概念的考查通常是圍繞某個關系式（或等式）展開，知道了兩個相關量，就可以求未知量。學生在做此類題目時的難點通常表現在關系式（或等式）找不到或相關量找不到。有些相關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NA可以表示為（）。

A.14n/molB.28n/mol

C.n/14molD.n/28mol

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

有些題目中相關量線索明顯，但相關量被隱藏，如例2。

例2工業生產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。

學生很快就能知道要求Cr（OH）3的Ksp當然要知道c（Cr3+）和c（OH-）。問題在于，這兩個相關量不好找。c（OH-）的相關量是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。當然，學生還得知道n=3，g·L-1還得轉化為mol·L-1，才可以準確求解。

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

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

（收稿日期：2016-09-15）