燃燒法確定分子式的習(xí)題鏈的教學(xué)設(shè)計(jì)與答疑

王曉雯

【摘要】化學(xué)計(jì)算中有許多有規(guī)律可循的解題手段，課堂上如何將有效的計(jì)算方法傳授給學(xué)生則需要經(jīng)過(guò)一定的設(shè)計(jì)，習(xí)題鏈方式的運(yùn)用對(duì)于由簡(jiǎn)到繁依次遞進(jìn)的課堂教學(xué)有一定效果。在有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中，分子式的確定作為有機(jī)基礎(chǔ)和高考必考內(nèi)容，有多重計(jì)算方法，燃燒法就是其中一種，也是最適宜運(yùn)用習(xí)題鏈依次遞進(jìn)教學(xué)的，本文針對(duì)該教學(xué)內(nèi)容的課堂形成進(jìn)行相關(guān)總結(jié)，期待對(duì)化學(xué)計(jì)算的教學(xué)等方面有所幫助。

【關(guān)鍵詞】習(xí)題鏈? 有機(jī)分子式? 燃燒法

【課題項(xiàng)目】本論文是煙臺(tái)市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃課題中基于學(xué)科核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)改革科學(xué)學(xué)部專項(xiàng)課題《核心素養(yǎng)視域下促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的高中化學(xué)問(wèn)題群策略研究》成果，課題立項(xiàng)號(hào)：KXXBZX073。

【中圖分類號(hào)】G633.8 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）40-0156-02

燃燒法在有機(jī)化學(xué)的確定烴類物質(zhì)分子式上題型較多，因此在設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容時(shí)，往往會(huì)采取循序漸進(jìn)的“習(xí)題鏈”方式，即從單一烷烴的燃燒計(jì)算，遞進(jìn)到單一烴類的燃燒計(jì)算，再進(jìn)階到兩種混合烴燃燒后根據(jù)平均分子量或其他相關(guān)信息進(jìn)行計(jì)算。教師隨著授課年齡的增加會(huì)逐漸形成自己的教學(xué)模式，同時(shí)也會(huì)忽略一些學(xué)生疑惑的基礎(chǔ)問(wèn)題，而這些基礎(chǔ)問(wèn)題往往就是卡住學(xué)生思維的難點(diǎn)，因此課堂生成的學(xué)生問(wèn)題是教師需要格外重視的部分。本文就是結(jié)合一堂有機(jī)物燃燒法確定分子式的習(xí)題課授課過(guò)程，展示并探究面對(duì)學(xué)生疑惑點(diǎn)時(shí)應(yīng)該如何解答。

【梯度練習(xí)1——單一烴的燃燒計(jì)算】某烴在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為3.215 g/ L，現(xiàn)取3.6g該烴完全燃燒，將全部產(chǎn)物依次通過(guò)足量的濃硫酸和堿石灰，濃硫酸增重5.4g，堿石灰增重11 g：

（1）該烴分子的摩爾質(zhì)量約？

（2）該烴的分子式為？

【考查知識(shí)點(diǎn)1  密度與摩爾質(zhì)量】已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氣體摩爾體積為22.4L/mol，可以通過(guò)單位的換算發(fā)現(xiàn)解題思路，M=ρVM=3.215 g/L×22.4L/mol=72g/mol。

【考查知識(shí)點(diǎn)2（梯度1目標(biāo)）? 掌握烴類燃燒通式】根據(jù)有機(jī)物完全燃燒反應(yīng)的通式及反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量（物質(zhì)的量或體積）關(guān)系利用原子個(gè)數(shù)守恒來(lái)求出1mol有機(jī)物所含C、H原子的物質(zhì)的量，從而求出分子式[1]。

基本思路：

濃硫酸增重為水，推算n（H2O）=5.4g/（18g/mol）=0.3mol，堿石灰增重為二氧化碳，推算n（CO2）=11g/（44g/mol）=0.25mol，n（有機(jī)物）=3.6g/（72g/mol）=0.05mol。

CxHy+（x+y/4）O2→xCO2+（y/2）H2O

1? ? ? ? ? ? ?x? ? ? ? ? ?y/2

0.05? ? ? ? ?0.25? ? ? ? ?0.3

x=5，y=12，即該有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)式為C5H12，同時(shí)符合其分子式。

【學(xué)生疑惑點(diǎn)1? 實(shí)驗(yàn)式和分子式的差別】為什么分子式在有些時(shí)候可以在實(shí)驗(yàn)式的基礎(chǔ)上擴(kuò)大相應(yīng)的倍數(shù)關(guān)系而有些時(shí)候不擴(kuò)大呢？如CH2的最簡(jiǎn)式對(duì)應(yīng)分子式可以是C2H4或C3H6等，而CH4和C5H12等無(wú)需擴(kuò)大。

實(shí)驗(yàn)式也叫作最簡(jiǎn)式，是有機(jī)物通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，用元素符號(hào)表示化合物分子中各元素的原子個(gè)數(shù)比的最簡(jiǎn)關(guān)系式。分子式是用元素符號(hào)表示物質(zhì)（單質(zhì)、化合物）分子的組成及相對(duì)分子質(zhì)量的化學(xué)式，它反映了有機(jī)物分子的真實(shí)組成[2]。

究其原因，如果有機(jī)物分子中各元素的原子個(gè)數(shù)比沒(méi)有公約數(shù)，有機(jī)物的分子式也就是其實(shí)驗(yàn)式;但當(dāng)有機(jī)物分子中原子個(gè)數(shù)比存在公約數(shù)時(shí)，分子式就是其實(shí)驗(yàn)式的整數(shù)倍。

【梯度練習(xí)2——兩種混合烴燃燒計(jì)算】一種氣態(tài)烷烴和一種氣態(tài)單烯烴組成的混合物共10g，混合氣體的密度是相同狀況下氫氣密度的12.5倍，該混合氣體通過(guò)溴水時(shí)，溴水的質(zhì)量增加8.4g，則該混合氣體可能是（? ?）

A.甲烷、乙烯? ? B.丙烷、乙烯

C.乙烷、丙烯? ? D.甲烷、丙烯

【考查知識(shí)點(diǎn)3? 相對(duì)密度與摩爾質(zhì)量】根據(jù)阿伏伽德羅定律的推論，同溫同壓下，兩種氣體的密度之比等于氣體的摩爾質(zhì)量之比。混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量M=12.5×2=25。總物質(zhì)的量n=10g/（25g/mol）=0.4mol。

基本思路：

若單烯烴為CnH2n，能使溴水質(zhì)量增重8.4g，則m（CnH2n）=8.4g

由平均相對(duì)分子質(zhì)量可確定混合氣體中的烷烴必定為CH4;又有m（CH4）=1.6g，則n（CH4）=0.1mol，且n（CnH2n）=0.3mol，解得該烯烴的相對(duì)分子質(zhì)量為28，C2H4，故答案為A。

【學(xué)生疑惑點(diǎn)2? 甲烷的確定】因?yàn)榛旌蠠N平均相對(duì)分子質(zhì)量為25，兩種烴分子量必有一個(gè)大于25，一個(gè)小于25，而相對(duì)分子質(zhì)量小于25的烴類只有甲烷。

【梯度練習(xí)3——數(shù)形結(jié)合的混合烴燃燒計(jì)算】?jī)煞N氣態(tài)烴組成的混合氣體完全燃燒后所得到CO2和H2O的物質(zhì)的量隨混合烴總物質(zhì)的量的變化情況如圖1，則下列對(duì)該混合烴的判斷正確的是（? ）

①一定有乙烯 ②一定有甲烷 ③一定有丙烷④一定沒(méi)有乙烷⑤可能有甲烷

A.①②? B.②④? C.③⑤? D.④⑤

解題思路：根據(jù)圖像和烴類燃燒通式推出兩種氣態(tài)烴的平均分子組成為C1.6H4，烴類物質(zhì)中碳原子數(shù)小于1.6的只有甲烷，則混合氣體中一定含有CH4，故②正確、⑤錯(cuò)誤;由氫原子平均數(shù)為4可知，另一種氣態(tài)烴中氫原子數(shù)為4，碳原子數(shù)大于1.6，且為氣體，可能含有乙烯，一定沒(méi)有乙烷、丙烷，故①③錯(cuò)誤，④正確。B正確。

【學(xué)生疑惑點(diǎn)3? 平均分子組成的確定】平均分子組成為C1.6H4為什么不能寫成C3.2H8？進(jìn)而鎖定丙烷C3H8的存在？

烴類燃燒通式的公式使用的是1mol有機(jī)物完全燃燒時(shí)的相關(guān)信息，結(jié)合圖像應(yīng)用縱坐標(biāo)為1時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)，若使用2時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)則烴類燃燒通式應(yīng)擴(kuò)大一倍，且C3.2H8作為實(shí)驗(yàn)式出現(xiàn)并不符合最簡(jiǎn)式的書寫模式，即應(yīng)當(dāng)將公約數(shù)計(jì)算到最后，而3.2和8 都還可以約分，因此解題時(shí)不應(yīng)使用C3.2H8。另一個(gè)方面，若是用曲線數(shù)據(jù)后半段，會(huì)因?yàn)楹w范圍的縮小而有所遺漏。

有機(jī)物分子式的計(jì)算訓(xùn)練不僅是有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)，還是高考的考查熱點(diǎn)之一。2017版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)在相關(guān)內(nèi)容不同層次上提出要“能根據(jù)解決問(wèn)題的需要設(shè)計(jì)典型有機(jī)化合物的組成結(jié)構(gòu)檢測(cè)方案、能基于數(shù)據(jù)進(jìn)行分析推理得出合理結(jié)論、能說(shuō)出測(cè)定有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的常用分析方法” [3]。這就引導(dǎo)我們?cè)诮虒W(xué)中多做設(shè)計(jì)，如問(wèn)題鏈、習(xí)題鏈的使用。本節(jié)課關(guān)于燃燒法求解有機(jī)物分子式的概念的解構(gòu)和問(wèn)題鏈簡(jiǎn)略設(shè)計(jì)如圖2。通過(guò)問(wèn)題鏈構(gòu)建我們可以循序漸進(jìn)的設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)中用到的習(xí)題，即單一烴類燃燒、混合烴類燃燒兩大類型，若課程時(shí)間充裕可以增加烴類衍生物的燃燒求解。而在構(gòu)建分子式的模型認(rèn)知上，我們提出一些諸如有機(jī)物的摩爾質(zhì)量如何使用？最簡(jiǎn)式、實(shí)驗(yàn)式和分子式是否等同？等問(wèn)題，再結(jié)合學(xué)生的疑問(wèn)和思維難點(diǎn)，可以更好地完善整節(jié)課關(guān)于燃燒法求解有機(jī)物分子式的模型，形成相對(duì)應(yīng)的解題思路。

而在創(chuàng)建問(wèn)題鏈、習(xí)題鏈的同時(shí)教師要注意注意幾點(diǎn)問(wèn)題，如問(wèn)題鏈不要太過(guò)于淺顯，欠缺梯度過(guò)于分散或僅滿足于當(dāng)下的課堂，還要合理規(guī)劃等待時(shí)間，不要為了設(shè)問(wèn)而設(shè)問(wèn)，要合理激發(fā)并解答學(xué)生的生成性問(wèn)題。教學(xué)設(shè)計(jì)中注意問(wèn)題鏈、習(xí)題鏈的難易淺深和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，基于學(xué)生近期發(fā)展兼顧知識(shí)的邏輯順序，使他們漸次地掌握一些解決復(fù)雜問(wèn)題的方式方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁敏.燃燒法確定有機(jī)化合物分子式[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（4）：68.

[2]武澤宇.有機(jī)物分子式確定方法探秘[J].中學(xué)生數(shù)理化（學(xué)習(xí)研究），2019（4）：80.

[3]普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版/中華人民共和國(guó)教育部制定[M].北京：人民教育出版社，2018.