测定1mol气体的体积

测定1mol气体的体积

松江区教师进修学院附属立达中学夏登峰

一、设计思路

化学实验是化学学习中最重要的探究手段，是人们研究物质组成、性质和变化的重要实践活动，有定性实验和定量实验之分。现代化学的发展与定量测定技术的进步密切相关，从量的角度研究化学，要求更高。上海二期课改第一次把定量实验的内容引入高二化学新教材，通过第十章的三个实验（测定1mol气体的体积、结晶水合物中结晶水含量的测定和酸碱滴定）让学生了解测定原理，学会测定方法，体验定量实验在化学中的重要作用。本篇欲从“测定1mol气体的体积学习训练”做一些探讨。

1.学情分析

定量实验是学生学习中的难点。主要是因为学生没有正面接触定量实验，缺乏定量实验的概念、方法和经验，思维层次较浅，由于实验的综合性增强，学生的批判性思维品质和全面分析的能力较弱，况且，本校高二学生学习基础相对较弱，这就使学习难度增大了。关于教材，其中二、三两节“结晶水合物中结晶水含量的测定”和“酸碱滴定”在以前的教材中曾以单个实验的形式出现过，而第一节“测定1mol气体的体积”则是新的，因此，对于新、老教师来说当然也是新的。这就为本章的教学带来了新的问题。

但是本章实验的观察、动手操作机会较多，因此，学生的学习积极性会比较高，作为教师应该珍惜、爱护、发展这种积极性，如果在学习中铺以适当的练习，一定能够取得预想的效果，对于学习比较困难的学生，选做题可以不做。

2.学习目标

通过学习训练，理解氢气摩尔体积的测定实验和误差分析，学习必要的实验技能以及分析、综合、归纳和比较等科学思维方法，在增强实践能力的同时，培养科学精神、科学态度和创新能力。

3.学习过程

从书面练习到实验探究是本练习的主要过程，由易对难，不断引发学生认知和元认知的冲突，达到更高层次的认知和元认知的平衡。

4.学习方法

从学生的基础着手，进行探究、归纳、演绎。

5.适用范围

现行高二年级。

二、习题

1、通常情况下，1mol不同的固体和气体物质所占有的体积相同吗，为什么？1molH2和O2所占有的体积相同吗，还需要什么条件？

【说明】：自创题。

【意图】：相关旧知识的复习。

【背景】：通过本题训练，复习气体有关知识，尤其是影响气体体积的因素、阿佛加得

罗定律等。为本节实验必须记录温度和压强等实验条件做好铺垫。

【说明】：自创题。

【意图】：相关旧知识的复习。

【背景】：气体摩尔体积、阿佛加得罗定律等有关知识是本节学习的基础，。高一上学

期学习的内容，时间较长，学生可能有些遗忘。通过序号1的练习，帮助学生回忆物质的

量知识中有关体积、质量和密度三者的关系。序号2是气体摩尔体积测定原理的体现，还

未涉及不同物质的物质的量转变，但通过计算，对实验原理及计算方法有了初步认识，为

深入探讨研究方案做好准备。

3、某温度下，4.8g金属镁与足量稀硫酸反应，产生4.48L氢气，则该温度下氢气的气体摩尔体积Vm是多少？（至少考虑两种方法）

【说明】：自创题。

【意图】：推导出计算1molH2气体体积公式。

【背景】：在第二题训练的基础上，通过设置具体情景，减少

学生陌生度，运用物质的量、气体摩尔体积和根据化学方程式计算

等知识，循序渐进，增强学生的认同感。本题已涉及不同物质的物

质的量转变这一关系，通过不同解题思路、方法的讨论交流，均得

出同一结果。使学生建立已有知识和新课知识的联系。最后导出计

算1molH2气体体积公式，并通过比较：Vm =V(H2) ×M(H2)/ m(H2) 和Vm= V(H2) ×

M(Mg)/ m(Mg)，使学生真正理解其含义。

4、(1)右图是气体摩尔体积测定装置，由三部分组成，写出它们的名称：

A：B：C：。

A、B、C装置接口的连接顺序是。

(2)在标准状况下用金属镁和10ml足量的稀硫酸反应，测定氢气的气体体积，其反应的化学方程式为：。

(3) C瓶瓶颈上刻度为110—130ml，电子天平的精确度为0.001g，则应该称量的金属镁质量范围为：。实验中注射器使用了次。

(4)要使实验获得成功，必须掌握的关键操作你认为有哪些（至少三点）：

。

(5)（选做题）已知NaHCO3的摩尔质量是M，称得固体mg测得CO2的体积为Vml,则CO2的气体摩尔体积的计算式为：Vm=

（6）（选做题）B瓶中的品红溶液应改为：溶液。

（7）（选做题）用甲、乙、丙装置和用A、B、C装置来测定CO2的气体体积哪个更好？。

为什么？、

。

【说明】：改编题。

【意图】：达到两个目的。

（1）技能训练：实验原理——实验装置——实验步骤

（2）思维训练：基本题——思维提高题——思维发散题——实验评价

【背景】：此题在本节训练中起着重要作用。（1）题、（2）题是对实验原理的认识和装置的了解；抽气的目的是为了知道已被气体压出储液瓶但又未流入液体量瓶的液体的体积数，通过校正使得到的数据更为精确，因此(3)题是理解气体体积的读取在整个实验中的核心作用，知道金属镁质量范围的由来，通过对实验过程中注射器次数的回顾，使学生熟悉整个实验过程，尤其是第三次注射器的使用意义的探究，明确怎样准确取得产生气体的体积数；(4)题是定量实验的要求和实验操作的关键感悟，学生必须通过亲自实验，才能获得体验，在熟悉实验的基础上自己认为哪些是关键的；(5)题、（6）题则是知识的迁移，推广到其它气体的情况，通过练习，使学生的能力得到有效的提升；（7）题通过对实验装置的不断熟悉，能够初步对实验装置的优劣进行评价。

5、完成实验报告。温度：200C

两次实验的平均值=

。

实验温度下，1mol 氢气体积的理论值为24.0L ，计算实验误差：

相对误差= 。

引起该误差的可能原因是 。

【说明】：改编题。

【意图】：通过对平行实验数据的计算分析，加深对实验原理的理解。

【背景】：学生刚刚接触定量实验，对平行实验在定量实验中的作用并不清楚，因此，设置此题是让他们体会在定量实验中是如何通过多次重复的实验来消除偶然误差的影响，对相对误差也有真实的体会。误差原因的分析应引导学生根据计算公式中V(H2)、M(Mg)、m(Mg)偏差引起Vm 的变化来进行分析，进行发散思维，从中找出规律。

6、探究活动

（1）理论探究（选做题）：

已知标准状况O 2的密度为1.43g/L,试确定250C/101kPa 时1molO 2气体体积的理论值。

（2）实验探究（选做题）：

用化学反应气体体积测定仪（如图）测定常温下1molO 2的体积。

试剂：MnO 2、H 2O 2溶液。

【说明】：改编题。

【意图】：拓展学生的知识视野，培养学生

的探究精神，提升学生的实验能力。

【背景】：（1）在前面训练的基础上，为了拓

展学生的视野，提升学生的能力，利用教材资

源，通过对教材“拓展视野”的阅读理解，了解不仅在标准状况下，而且在其它状况下，都可以测定1mol 氢气体积的理论值，从而扩展了学生原有“标准状况”这一概念，产生飞跃。

这种迁移、发散的思维方法对学生的思维发展很有作用。

（2）通过实验探究，从实验方案的设计，原理、装置、步骤等环节的考虑，到实际操作，让学生得到真正的实践锻炼，由此让学生不仅理解气体摩尔体积的测定，了解定量实验的意义和方法，而且对定量实验产生兴趣和欲望，为后两节实验的学习打下坚实的基础。

三、“学习训练”小结

本学习训练围绕着一个主题，理解定量测定的基本方法，即：提出问题——化学原理——设计步骤——数据记录处理——误差分析。

达到一个效果，通过定量实验的学习和理解，培养学生能够根据化学原理，设计实验步骤，学会数据处理和实验误差分析等实验能力，培养学生的学习兴趣和科学态度。

四、参考答案

1、提示：（1）决定物质所占体积大小因素（构成这种物质的粒子数目、粒子的大小和粒子之间的距离三个因素）（2）当分子数目相同时，影响气体体积的因素主要是气体分子之间的距离，而不是分子本身体积的大小。因为气体分子之间的距离受温度、压强影响大，所以气体的体积与温度、压强等外界条件的关系非常密切。

2、

（1）1molH2气体的体积=2.016g /0.0899

（2）0.0067mol

n(H2) =V(H2)/Vm

Vm = V(H2)/ n(H2)

=V(H2)×M(H2)/ m(H2)

=0.1503L×2.016g/mol/0.0133g

=22.78L/mol

3、多种思路的解法讨论：（1）化学方程式直接计算：

Mg + H2SO4(稀) →MgSO4+ H2

24g Vm

4.8g 4.48L

Vm =4.48L×24g/4.8g

=2.24L 即Vm = V(H2)×M(Mg)/ m(Mg)

（2）列比例式进行计算：

4.8/24mol : 4.48L = 1mol :Vm

Vm =4.48L×24g/4.8g

=2.24L 即Vm = V(H2)×M(Mg)/ m(Mg)

(3)通过物质的量的转换计算：

n(H2) =V(H2)/Vm

Vm = V(H2)/ n(H2) 因为n (H2) = n(Mg)

Vm = V(H2)/ n(Mg)

= V(H2)×M(Mg)/ m(Mg)

=2.24L即Vm = V(H2)×M(Mg) / m(Mg)

4、（1）A 气体发生器 B 储气瓶 C 液体量瓶；1-3-2-4

（2）Mg + H2SO4(稀) →MgSO4+ H2

（3）0.107g-0.129g 3次

(4 ) (略)

（5）Vm = V×M/ m×10-3L

（6）饱和NaHCO3

（7）A、B、C (略)

5、实验1：V(H2)=106.5ml Vm=25.56L/mol

实验2：V(H2)=119.0ml Vm=25.50L/mol

两次实验的平均值：Vm=25.53L/mol

相对误差：6.4% 误差偏大原因：(略)

6、（1）提示：先求标准状况下O2的体积V0，再根据公式P0V0/T0=P1V1/T1，求250C/101kPa 时O2的体积V1。

（2）(略)

五、主要参考文献：

上海市新教材高二化学试用本上海市中学化学课程标准

中学化学双基过关随堂练（高二）

[评语]：

学习训练围绕一个主题，理解定量测定的基本方法，即：提出问题---化学原理---设计步骤---数据记录处理---误差分析。重点突出，思路清晰，也有拓展。这套学习训练，作为学生学习新课时的学案更适合。

优点：能结合本校学生特点设计习题，习题目的性强，为新知识学习打下基础。对题目设计的意图和背景书写比较到位。习题能针对不同学生设计，符合不同学生的发展需求。

改进建议：用了新课本，图也要用新的。

松江二中陆晓君

习题类型：实验题原创题

一、设计思路介绍

一道实验题，考察的点应该全方位的，既要突出基本知识的考察，又要考察学生利用知识综合解题的能力。

本题在学生具备了铁及其化合物的相关知识后，以“中国居民营养与健康状况调查”为情境，引出缺铁性贫血，借助补血剂通过（1）（3）（4）及两个离子方程式的书写，重点考察基础知识，包含：Fe2+ 和Fe3+ 的检验、保存、相互转化；离子方程式的书写；氧化还原反应以及基本的实验仪器。（5）对维生素C加入后溶液的血红色褪去原因的分析及探究实验的设计，侧重考察学生分析问题的能力和思维的严密性，培养学生敢于在今后学习过程中提出质疑，提升科学思辨能力，进一步提高学生解决实际问题的科学探究能力。通过对定性检验后得出药品合格结论的讨论，考察学生的社会关注程度。最后一问“还有什么做法也可预防和控制缺铁性贫血的发生”，答案不唯一，合理就给分，让学生综合利用知识解决问题，同时也让学生养成关注生活、关注社会的习惯，培养社会责任感。本题综合性很强，既考察学生基础知识的掌握情况，又能考察学生的学习能力，有较好的区分度。

本题设计遵循“从生活走进化学，从化学走向社会”的思路，使学生即使在解题时也感

到化学知识很实用，能解决生活中的问题，从而提高他们学习化学的兴趣和积极性。

二、习题（原创）

最近的“中国居民营养与健康状况调查”显示：钙摄入不足、铁缺乏，是我国居民两大营养“顽症”。调查同时显示全国有两亿多人患缺铁性贫血，因此预防和控制缺铁性贫血将成为我国的公共卫生措施之一。治疗缺铁性贫血常服用一些含元素（标出化合价）的补血剂。某实验小组为了检验某种补血剂是否合格，做了如下实验：（已知：该补血剂主要成分每片含530毫克硫酸亚铁和500毫克维生素C。）

（1）、观察某品牌补血剂，发现其外面包裹一层红色的薄膜衣，它的作用是。

（2）把药片切成两半，发现其分两层：一层为黄色，另一层为白色。为了证明硫酸亚铁在哪层，继续做实验。

（3）去除外面的薄膜衣，分别取白色层和黄色层药片少许，放在中研磨，然后放入100毫升小烧杯中，加少量水溶解，并过滤备用。

（4）用两只试管分别取2毫升无色或黄色溶液，加入，发现白色层溶液变血红色，黄色层溶液不变色。由此得出结论：

。

（5）从药片成分研究小组推断黄色层含有。把烧杯中剩余的黄色溶液倒入已变血红色的试管中，发现血红色褪去，甲同学猜测可能是维生素C有，把Fe3+ 还原成Fe2+ 的原因。但乙同学反对，理由：

。

请你在（5）实验基础上继续设计实验，证明甲、乙观点的正误。

。

通过实验，研究小组认为该药为合格产品，你对此有何看法，理由是什么？

。

请写出（4）中反应的离子方程式：；。

除了平时多吃一些含铁量较丰富的食物外，你认为还有什么做法也可预防和控制缺铁性贫血的发生。。

三、参考答案

+2价Fe；防止硫酸亚铁被空气中氧气氧化；研钵；KSCN溶液和新制氯水（或KSCN溶液和其他合理的氧化剂）；白色层含硫酸亚铁，黄色层无硫酸亚铁；维生素C；还原性；如果维生素C把SCN- 破坏或结合了，血红色也会褪去；往褪色的溶液中加硫酸铁或加氧化剂，如果溶液重新变成血红色，则甲正确，反之乙正确（其它答案合理即可）；我认为不对，药品合格与否，除了有这种物质外，还必须要达到规定的含量才行；2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl- ；Fe3++SCN- →[Fe(SCN)]2+；吃铁强化酱油、面粉等，合理即可。

[评语]：

题目的情景联系生活，关注社会，综合性强，既考察了学生有关Fe2+、Fe3+的检验；相互转化及离子方程式的书写等基础知识，同时考察了学生的分析、钻研探究的能力，培养学生质疑精神，提升学生的思维品质。

题目新颖，与生活联系密切，有一定的铺垫，题目全面考查了学生不同方面的能力。问题（3）与（4）已将药片去薄膜衣，同时研钵中研磨，再溶解过滤，必然有Fe2+被氧化成Fe3+,只加KSCN既可，无需同时加入新制的氯水，同时KSCN与氯水同时加入黄色层溶液，氯水与维生素C是否反应，黄色层溶液是否变色还应推敲。

松江一中王灿

出题背景：

水——生命之源。

在“食物金字塔”中，水位于最底层，是人体所需的最基本、最重要的营养素。日前，国内水源污染严重，人们的饮用水问题再次成为关注的焦点。有关营养学家对此表示：“水质量是生活质量的重要组成部分，人们今天的饮水质量将决定他们在10年后的健康状况。”

优质饮用天然水和其他饮用水相比的七大优点：

1、不含有毒、有害及有异味的物质；

2、硬度适中；

3、含有适量的人体所需的矿物质和微量元素，而纯净水的矿物质含量明显偏少；

4、PH值呈弱碱性（PH=7. 35），一般纯净水和矿物质水很难达到这个标准；

5、含有新鲜适量的溶解氧，煮沸的自来水里不含有溶解氧。

6、水分子团小，水的生理功能强，其他种类饮用水一般都达不到这个要求。

7、长期饮用能够改善人体的营养健康状况。

本试题灵感来自圣满康水处理科技有限公司负责人到我们学校做宣传时做的几个实验。题目：

由于人体体液呈弱碱性，因此健康饮用水的标准是：无有害物、弱碱性、矿物质适量、小分子团。农夫山泉源出于千岛湖水面下70米，长年水温12摄氏度，天然清纯，味道甘洌。PH值：7.1，水质主要成分：钙、钠、镁、钾、硅酸（H2SiO3）。硅酸只能存在在很稀的溶液中，硅酸钠（Na2SiO3）具有强碱性。

某水处理科技有限公司在介绍各种饮用水水质情况的时候做了如下实验：

取两只烧杯，分别注入自来水和农夫山泉水，做电解实验，一段时间后可看到盛放自来水的烧杯中出现灰绿色和红褐色的沉淀，而农夫山泉水中却无此现象。试回答：（1）与电源正极相连的电极是极，通电后，上述两个实验在该电极上均会出现的现象是：；

（2）农夫山泉饮用水水质呈弱碱性的可能原因：；

（3）根据上述实验现象推测自来水中一定存在离子，可能存在离子。通电后盛自来水的烧杯中出现灰绿色和红褐色沉淀的原因是：

，写出相关的化学方程式，

；

（4）若要进一步确定可能存在的离子，可以通过加试剂，现象：；相关的离子方程式为：。

答案：（1）阳极，有气泡产生；

（2）硅酸钠等盐是强碱弱酸盐，水解后使水溶液呈碱性；（3）Fe2+, Fe3+。通电后，阳极附近有大量的OH-，与Fe2+结合生成白色沉淀Fe(OH)2 , Fe(OH)2不稳定迅速被氧化成Fe(OH)3，2OH-+ Fe2+→Fe(OH)2↓,Fe(OH)2+O2+H2O→Fe(OH)3

（4）KSCN溶液，血红色，Fe3++3SCN-→Fe (SCN)3

[评语]：

题干有一定的信息量，并在问题的解决过程中要充分利用。培养了学生解读文本，分析问题，解决实际问题的能力。

优点：本题取材角度比较贴近生活，有一定新意。主要考察电解和铁的化合物的一些知识，学生做题有新鲜感。

改进建议：对于推测自来水中存在Fe2+，Fe3+也必然存在，而不是可能存在。另解释通电后盛自来水的烧杯中出现灰绿色和红褐色沉淀的原因是：阴极附近由于H+的被还原，OH—浓度增大，而非阳极附近有大量OH—。

以“补血剂与铁元素”为主题背景的一组习题

上海师范大学附属外国语中学杜青

设计思路：在学过铁及其化合物性质及三个定量实验之后，以补血剂的有效成分铁含量的测定、物质的检验为载体，整合铁及其化合物性质、定量实验的基本操作等知识技

能，体会化学及定量实验与人体健康的关系。

学情分析：已学过铁及其化合物性质及三个定量实验的方法，及盐类水解和控制水解的措施，氧化还原反应，对上述理论在实际科研和生活中的运用充满渴望。

学习目标：

知识与技能：巩固强化铁及其化合物性质及定量实验方法

过程与方法：体会学以致用的学习方法。

情感态度与价值观：感悟化学及定量实验与人体健康的关系

背景材料来源：中、高考复习题改编

适用范围：普通中学高二第一学期期末复习练习

组题：

铁是人体必需的微量元素之一，没有铁，血红蛋白就不能结合氧分子进行输氧；一旦患上缺铁性贫血，就会出现疲倦、虚弱、晕眩、呼吸急促、心跳加快、脸色苍白等现象，并且缺乏体力，运动耐力降低、免疫力亦会下降。医学上经常用硫酸亚铁糖衣片给患贫血的病人补铁。某“高铁麦片”就是在麦片中掺进了微量的极细的铁粉。

1、写出铁粉与人体胃液中胃酸反应的化学方程式______________________________。

2、铁元素的常见价态有_______和_______，血红蛋白里存在的是___价的铁。

回答3-8题：

3、硫酸亚铁溶液显_____（酸、中、碱）性，原因用离子方程式表示___________________.

4、实验时用35.5%的盐酸配制1mol/L盐酸，所需的仪器除量筒、玻璃棒、胶头滴管外

还有______

A容量瓶B烧杯C烧瓶D试管

5、体育课学生不慎摔伤，校医常用双氧水（H2O2）给伤口消毒，说明双氧水在一定条

件下有___________(氧化性、还原性)。试推测在上述实验里滤液中加入过量双氧水

的目的是______________________________________________。

6、加入的x是_____________,反应的离子方程式是__________________________。

7、从红褐色的悬浊液到最后的称量，其过程中所需的基本操作有_______________(按

操作的顺序写)

A 过滤B洗涤C萃取D分液E冷却F灼烧

8、若最后称得固体的质量为ag，则每片补血剂中含硫酸亚铁的质量为_________g，称重操作至少要进行____次。

9、硫酸亚铁糖衣片外的糖衣，除了可以改善口感、帮助服用以外，还有一个作用是___________________________________。另一研究性学习小组乙对某瓶硫酸亚铁片是否变质及所余有效成分的含量进行研究，试回答以下问题

10、可以检验硫酸亚铁是否被氧化的试剂是____________（化学式）

11、鉴定硫酸亚铁的成分时，需加水溶解，并加入一滴稀盐酸，盐酸的作用是___________,检验硫酸盐可用的试剂是_______________检验亚铁盐可用的试剂是__________,现象是___________________________。

12、在有效含量测定时，该小组取药片10片，加稀硫酸6mL与新沸过的冷水适量使硫酸亚铁片溶解，再用新沸过的冷水稀释为200mL，用干燥滤纸迅速过滤，正确量取滤液30 mL，立即用已知浓度的高锰酸钾溶液滴定。

①把水煮沸的原因是____________________，操作时注意“迅速”“立即”，原因是_________________________。

②已知：2MnO4－+10Cl－+16H＋→2Mn2＋+5Cl2+8H2O，在有效含量测定的实验中，高锰酸钾溶液要事先酸化，用于酸化的酸是

A稀硝酸B稀硫酸C稀盐酸D浓硝酸

③滴定时高锰酸钾溶液放在_______________________(仪器名称),滴定终点时溶液颜色为___________________________

13、比较甲乙二组所用的定量实验方法，甲组用的是_______，乙组用的是________。

Ａ测气法Ｂ重量法Ｃ滴定法

答案:

1 Fe＋2HCl →FeCl2＋H2↑

2 +2，+3，+2

3 酸，Fe2＋＋2H2O Fe(OH)2＋2H＋

4 A

5 氧化性，使Fe2＋完全氧化成Fe3＋

6 NaOH；Fe3＋＋3OH－→Fe(OH)3↓

7 ABFE

8 0.19a, 2

9 隔绝空气，防止Fe2＋被氧化。

10 KSCN

11 防止Fe2＋水解；盐酸酸化过的氯化钡；氢氧化钠溶液；生成白色沉淀，迅速变成灰绿色最后变成红褐色。

12 ①除去水中溶解的氧气；防止Fe2＋被空气中氧气氧化。②B ③酸式滴定管；紫

13 B；C

[评语]：

与生活的联系较为密切，从不同角度考查了学生对相关知识点的掌握。整套题目围绕“补血剂与铁元素”这一主题，结合了包括盐类水解、氧化还原反应、溶液的配制、物质的检验、定量实验等基础知识及基本技能，综合性较强，是一组很好的题目。

优点：本题综合性较强，考察的知识点多，虽然是一些题目的汇编，但能用补血剂把这些题目衔接起来，且衔接得比较好。

改进建议：题目缺乏一些新意。既然题目涉及了两个定量实验，就可考察这些实验中的关键操作和实验的误差分析。且最后的终点判断感觉不会很明显，因为铁离子也有颜色。

对于11题“检验硫酸盐可用的试剂是，检验亚铁盐可用的试剂是，现象是”的问法显得有点突兀，能否更好地融入题目的情景。可以再修改的精练一些，使之成为具有一定内在联系的综合题。