《气体摩尔体积》说课稿(省级化学实验说课大赛获奖案例)
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《气体摩尔体积》说课稿
一、使用教材
上海科学技术出版社，《化学》高中一年级第一学期（试用本）第二章第二节
二、实验器材
实验装置：自制数字化自动测定气体体积装置，装置见图-1。
（含：ARDUINO控制模块，压强传感器，排水电机，自制含铁丝的塑料容器，铷磁铁，锥形瓶，储液瓶，烧杯，导管等）实验试剂：1 mol/L 稀硫酸镁条浓硫酸碳酸钠固体
三、实验创新要求/改进要点
1．加样改进：
把固体反应物装入到“含有铁丝的塑料容器”中，用铷磁铁吸住容器；移开磁铁即完成试剂加入，避免加入反应物引起容器内的体积变化。
2．排水改进：
由压强传感器测定容器内压强变化，当压强增大时，ARDUINO控制模块驱动排水电机往外抽水，直到内外压强相等。
3．稳定压强：
在排水电机的上方，引入零压力单向阀，避免排水时产生的水柱产生压力差。
4．精度控制
（1）温度控制：实验过程中，气体温度几乎保持不变。
连续5次温度测定数据见表-1
（2）压强控制：实验中的压强始产生的误差可以忽略不计。
①标准压强选择：利用开机后的10次压强测定的平均值作为基准压强，10次测定所需要的时间约为10秒，开机后自动完成。
②排水压强设定：由于容器内存在气体循环，密闭时压强仍然会有10~30 pa范围内的浮动，当压强测定值大于基准值50 pa时，系统判定排水电机开始排水，使降低容器内压强，实验中发现最后一次排水压强降低约50 pa。
因此，压强会产生约0.05 %的相对误差。
③排水电机设定：设置排水电机每次排水的总量约为1 mL，每次排水造成压强降低，降低的数值约为90 pa，对压强产生的误差可以忽略不计。
排水量设定值与称量固体反应物产生的系统误差相近，电子天平称取固体反应物（例如：Mg称取质量为0.120 g）可能产生的误差，与排水产物误差（例如：上述镁条可排出的水约125 mL）一致。
5．操作简单：
（1）软件操作：本实验的软件，只需要双击打开即可，可以直接查看即时的实验数据。
（2）实验操作：实验准备时，将固体加入内含铁丝的塑料容器；容器密闭后，移开磁铁，反应即开始；待实验结束后直接量取排出水的体积；完成整个实验所需时间只需几分钟。
6．推广性：
本实验选择的数字化气体体积测定装置，基于ARDUINO平台开发，具有非常优秀的推广性。
ARDUINO是全球最流行的开源平台，在开放协议内，可以任意修改原始设计和相应代码；Arduino语言简单清晰，容易学习与快速开发，本实验的代码共约45行，编写简单；Arduino 平台的硬件获取容易，各类网购品台及实体店中都能购买，且可以选择套件或单个零件；拓展模块种类丰富，各类传感器元器件等都为标准化接口，方便组装，且不同品牌型号的传感器兼容性强。
最后，整套装置价格相对便宜，16大传感器、控制主板、三个电机、4个显示屏总价格不到150元，而单个压强传感器的最低价格仅不到6元，整个装置成本较低。
四、实验原理/实验设计思路
排水法测定气体体积的实验中，最复杂的部分在于判断压强保持不变，改进后的实验装置利用控制模块判断压强大小及控制排水电机是否排水，使得实验时无需判断压强大小。
实验时只需完成试剂加入，待实验结束后，直接读取测定数据即可，有效减少实验操作步骤，使得实验测定的数据更加直观。
五、实验教学目标
1．知识与技能：说出阿伏伽德罗常数的含义；描述气体摩尔体积的定义；解释同温同压下1mol气体体积几乎相同的原因。
2．过程与方法：通过实验测定，探究气体体积规律；分析实验数据，推导影响气体体积大小的因素。
3．情感态度价值观：感受定量分析在化学概念学习中的重要作用
六、实验教学内容
本节课的学习内容是探究气体体积规律。
在学习氯气性质之后，从研究气体物质转化过程中定量关系引入，利用数字化气体体积测定装置，测定同温同压下等物质的量气体的体积，归纳得出阿伏伽德罗定律，并讨论分析影响物质体积大小的因素，建立气体摩尔体积的概念。
七、实验教学过程
1．提出问题：气体是常用的反应物，化学反应一般按照一定物质的量之比进行，而气体通常测量体积，提出“气体物质的量与体积之间存在什么关系？”这一问题。
2．实验探究：学生利用数字化气体体积测定装置，分组测定等物质的量的不同气体的体积。
3．形成概念：利用测得的实验数据，归纳得出阿伏伽德罗定律，对比反应物与生成物体积大小，引导学生得出影响物质体积大小的规律，最终建立气体摩尔体积的概念。
八、实验教学评价
1．对教学的影响：
数字化气体体积测定装置操作简单、测定精确、实验数据直观，耗时短，在《探究气体体积规律》的课中引入该实验，突破“利用模型分析气体体积规律”的教学模式，使教学内容更加直观，把感性的认知转化为理性的基于实验结论的推断。
2．对学生的影响：
（1）宏观辨识：学生根据各组测定的实验数据，能从宏观角度归纳气体体积规律，得到阿伏伽德罗定律，培养学生从实验中收集证据，得出合理的结论，提升学习兴趣。
（2）证据推理：学生从反应物到生成物的体积变化，利用物质体积的定量数据对比，进行合理推测，认识从原子、分子水平分析影响物质体积大小的因素，建立起透过现象看本质的思想。
（3）问题解决：运用实验中所测定的数据，类比摩尔质量概念，建立气体体积与气体物质的量的关系，用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的定量问题。
