燃烧法确定分子式的习题链的教学设计与答疑

王晓雯

【摘要】化学计算中有许多有规律可循的解题手段，课堂上如何将有效的计算方法传授给学生则需要经过一定的设计，习题链方式的运用对于由简到繁依次递进的课堂教学有一定效果。在有机化学的教学中，分子式的确定作为有机基础和高考必考内容，有多重计算方法，燃烧法就是其中一种，也是最适宜运用习题链依次递进教学的，本文针对该教学内容的课堂形成进行相关总结，期待对化学计算的教学等方面有所帮助。

【关键词】习题链  有机分子式  燃烧法

【课题项目】本论文是烟台市教育科学“十四五”规划课题中基于学科核心素养的课堂教学改革科学学部专项课题《核心素养视域下促进学生深度学习的高中化学问题群策略研究》成果，课题立项号：KXXBZX073。

【中图分类号】G633.8   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）40-0156-02

燃烧法在有机化学的确定烃类物质分子式上题型较多，因此在设计课堂教学内容时，往往会采取循序渐进的“习题链”方式，即從单一烷烃的燃烧计算，递进到单一烃类的燃烧计算，再进阶到两种混合烃燃烧后根据平均分子量或其他相关信息进行计算。教师随着授课年龄的增加会逐渐形成自己的教学模式，同时也会忽略一些学生疑惑的基础问题，而这些基础问题往往就是卡住学生思维的难点，因此课堂生成的学生问题是教师需要格外重视的部分。本文就是结合一堂有机物燃烧法确定分子式的习题课授课过程，展示并探究面对学生疑惑点时应该如何解答。

【梯度练习1——单一烃的燃烧计算】某烃在标准状况下的密度为3.215 g/ L，现取3.6g该烃完全燃烧，将全部产物依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，浓硫酸增重5.4g，碱石灰增重11 g：

（1）该烃分子的摩尔质量约？

（2）该烃的分子式为？

【考查知识点1  密度与摩尔质量】已知标准状况下，气体摩尔体积为22.4L/mol，可以通过单位的换算发现解题思路，M=ρVM=3.215 g/L×22.4L/mol=72g/mol。

【考查知识点2（梯度1目标）  掌握烃类燃烧通式】根据有机物完全燃烧反应的通式及反应物和生成物的质量（物质的量或体积）关系利用原子个数守恒来求出1mol有机物所含C、H原子的物质的量，从而求出分子式[1]。

基本思路：

浓硫酸增重为水，推算n（H2O）=5.4g/（18g/mol）=0.3mol，碱石灰增重为二氧化碳，推算n（CO2）=11g/（44g/mol）=0.25mol，n（有机物）=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，即该有机物的实验式为C5H12，同时符合其分子式。

【学生疑惑点1  实验式和分子式的差别】为什么分子式在有些时候可以在实验式的基础上扩大相应的倍数关系而有些时候不扩大呢？如CH2的最简式对应分子式可以是C2H4或C3H6等，而CH4和C5H12等无需扩大。

实验式也叫作最简式，是有机物通过实验测得的，用元素符号表示化合物分子中各元素的原子个数比的最简关系式。分子式是用元素符号表示物质（单质、化合物）分子的组成及相对分子质量的化学式，它反映了有机物分子的真实组成[2]。

究其原因，如果有机物分子中各元素的原子个数比没有公约数，有机物的分子式也就是其实验式;但当有机物分子中原子个数比存在公约数时，分子式就是其实验式的整数倍。

【梯度练习2——两种混合烃燃烧计算】一种气态烷烃和一种气态单烯烃组成的混合物共10g，混合气体的密度是相同状况下氢气密度的12.5倍，该混合气体通过溴水时，溴水的质量增加8.4g，则该混合气体可能是（   ）

A.甲烷、乙烯    B.丙烷、乙烯

C.乙烷、丙烯    D.甲烷、丙烯

【考查知识点3  相对密度与摩尔质量】根据阿伏伽德罗定律的推论，同温同压下，两种气体的密度之比等于气体的摩尔质量之比。混合气体的平均相对分子质量M=12.5×2=25。总物质的量n=10g/（25g/mol）=0.4mol。

基本思路：

若单烯烃为CnH2n，能使溴水质量增重8.4g，则m（CnH2n）=8.4g

由平均相对分子质量可确定混合气体中的烷烃必定为CH4;又有m（CH4）=1.6g，则n（CH4）=0.1mol，且n（CnH2n）=0.3mol，解得该烯烃的相对分子质量为28，C2H4，故答案为A。

【学生疑惑点2  甲烷的确定】因为混合烃平均相对分子质量为25，两种烃分子量必有一个大于25，一个小于25，而相对分子质量小于25的烃类只有甲烷。

【梯度练习3——数形结合的混合烃燃烧计算】两种气态烃组成的混合气体完全燃烧后所得到CO2和H2O的物质的量随混合烃总物质的量的变化情况如图1，则下列对该混合烃的判断正确的是（  ）

①一定有乙烯 ②一定有甲烷 ③一定有丙烷④一定没有乙烷⑤可能有甲烷

A.①②  B.②④  C.③⑤  D.④⑤

解题思路：根据图像和烃类燃烧通式推出两种气态烴的平均分子组成为C1.6H4，烃类物质中碳原子数小于1.6的只有甲烷，则混合气体中一定含有CH4，故②正确、⑤错误;由氢原子平均数为4可知，另一种气态烃中氢原子数为4，碳原子数大于1.6，且为气体，可能含有乙烯，一定没有乙烷、丙烷，故①③错误，④正确。B正确。

【学生疑惑点3  平均分子组成的确定】平均分子组成为C1.6H4为什么不能写成C3.2H8？进而锁定丙烷C3H8的存在？

烃类燃烧通式的公式使用的是1mol有机物完全燃烧时的相关信息，结合图像应用纵坐标为1时的相关数据，若使用2时的相关数据则烃类燃烧通式应扩大一倍，且C3.2H8作为实验式出现并不符合最简式的书写模式，即应当将公约数计算到最后，而3.2和8 都还可以约分，因此解题时不应使用C3.2H8。另一个方面，若是用曲线数据后半段，会因为涵盖范围的缩小而有所遗漏。

有机物分子式的计算训练不仅是有机化学的基础，还是高考的考查热点之一。2017版普通高中化学课程标准在相关内容不同层次上提出要“能根据解决问题的需要设计典型有机化合物的组成结构检测方案、能基于数据进行分析推理得出合理结论、能说出测定有机化合物分子结构的常用分析方法” [3]。这就引导我们在教学中多做设计，如问题链、习题链的使用。本节课关于燃烧法求解有机物分子式的概念的解构和问题链简略设计如图2。通过问题链构建我们可以循序渐进的设计教学环节中用到的习题，即单一烃类燃烧、混合烃类燃烧两大类型，若课程时间充裕可以增加烃类衍生物的燃烧求解。而在构建分子式的模型认知上，我们提出一些诸如有机物的摩尔质量如何使用？最简式、实验式和分子式是否等同？等问题，再结合学生的疑问和思维难点，可以更好地完善整节课关于燃烧法求解有机物分子式的模型，形成相对应的解题思路。

而在创建问题链、习题链的同时教师要注意注意几点问题，如问题链不要太过于浅显，欠缺梯度过于分散或仅满足于当下的课堂，还要合理规划等待时间，不要为了设问而设问，要合理激发并解答学生的生成性问题。教学设计中注意问题链、习题链的难易浅深和学生的认知规律，基于学生近期发展兼顾知识的逻辑顺序，使他们渐次地掌握一些解决复杂问题的方式方法。

参考文献：

[1]梁敏.燃烧法确定有机化合物分子式[J].中学化学教学参考，2015（4）：68.

[2]武泽宇.有机物分子式确定方法探秘[J].中学生数理化（学习研究），2019（4）：80.

[3]普通高中化学课程标准：2017年版/中华人民共和国教育部制定[M].北京：人民教育出版社，2018.