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        基于學(xué)科核心素養(yǎng)的化學(xué)概念教學(xué)
        ——以“離子反應(yīng)”第一課時(shí)為例

        2019-05-21 05:46:32袁君亞
        教師博覽 2019年5期
        關(guān)鍵詞:離子反應(yīng)電離水溶液

        袁君亞

        (江蘇省江陰長(zhǎng)涇中學(xué),江蘇 無(wú)錫 214411)

        化學(xué)概念是中學(xué)化學(xué)最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵、最核心的內(nèi)容,是學(xué)生學(xué)好化學(xué)知識(shí)的首要前提,它是人們對(duì)化學(xué)研究最本質(zhì)的概括和認(rèn)識(shí),深刻反映了過(guò)程中最本質(zhì)的化學(xué)特征。[1]

        一、教學(xué)內(nèi)容分析

        “離子反應(yīng)”是人教版化學(xué)必修1第二章第二節(jié)內(nèi)容,是中學(xué)化學(xué)重要的基礎(chǔ)概念之一?!镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年)》中對(duì)本節(jié)內(nèi)容的要求是:認(rèn)識(shí)酸、堿、鹽等電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下能發(fā)生電離。此前,在九年級(jí)化學(xué)教學(xué)中介紹了常見(jiàn)的酸、堿、鹽的組成及其性質(zhì),并且學(xué)習(xí)了復(fù)分解反應(yīng),知道復(fù)分解反應(yīng)的條件是生成沉淀、氣體和水,這是對(duì)水溶液中復(fù)分解反應(yīng)的宏觀認(rèn)識(shí),但是,學(xué)生對(duì)電解質(zhì)在水溶液中的存在狀態(tài)及行為還缺乏足夠的理解和認(rèn)識(shí),對(duì)水溶液中物質(zhì)的認(rèn)識(shí)還沒(méi)有深入到微觀這一層面,對(duì)復(fù)分解反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)還不太清楚,不能從微觀的角度分析離子的存在以及離子之間的相互作用,欠缺研究微觀問(wèn)題的方法和思路。因此本節(jié)內(nèi)容在此基礎(chǔ)之上,由宏觀到微觀,揭示酸、堿、鹽在水溶液中的變化本質(zhì)——電離,從微觀粒子作用觀的角度剖析復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì),從微粒的存在到離子之間的相互作用再到離子之間相互作用的結(jié)果,深刻理解水溶液中物質(zhì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì),建立研究水溶液中物質(zhì)反應(yīng)的新思路和新視角。

        二、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)分析

        高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”5個(gè)方面:

        1.通過(guò)“電離理論”化學(xué)史的學(xué)習(xí),了解酸、堿、鹽電離成自由移動(dòng)離子的過(guò)程。

        2.通過(guò)概括總結(jié),形成酸、堿、鹽及電解質(zhì)的概念,從能否電離的角度對(duì)化合物進(jìn)行分類(lèi)。

        3.通過(guò)手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)探究了解復(fù)分解型離子反應(yīng)的微觀本質(zhì)是離子濃度的減少。

        這些教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)的關(guān)系具體定位如圖1所示。

        圖1 核心素養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為課時(shí)教學(xué)目標(biāo)

        三、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)過(guò)程

        (一)通過(guò)“電離理論”化學(xué)史的學(xué)習(xí),了解酸、堿、鹽在水溶液中的電離

        播放視頻,人在劇烈運(yùn)動(dòng)之后需要喝運(yùn)動(dòng)飲料,運(yùn)動(dòng)飲料中含有電解質(zhì),揭示電解質(zhì)在人體內(nèi)的作用,在細(xì)胞內(nèi)外靠電解質(zhì)維持滲透壓,如圖2所示。

        圖2 電解質(zhì)在人體內(nèi)維持滲透壓示意圖

        師:電解質(zhì)在人體內(nèi)發(fā)揮巨大的作用,與我們?nèi)梭w的健康息息相關(guān),那么什么是電解質(zhì)呢?下面我們一起來(lái)加以研究。

        師:剛才視頻中提到我們最熟悉的食鹽,在人體內(nèi)產(chǎn)生離子。氯化鈉晶體中有離子,氯化鈉溶液中也有離子,它們都能導(dǎo)電嗎?為什么?

        師:在化學(xué)發(fā)展過(guò)程中存在兩種觀點(diǎn),觀點(diǎn)1:法拉第認(rèn)為溶液中的離子是在通電的條件下產(chǎn)生的。

        鏈接史料:1832—1834年,法拉第首次假定電流能使鹽溶液產(chǎn)生帶電物質(zhì),這種物質(zhì)可使溶液導(dǎo)電。就把這種能輸送電流的帶電物質(zhì)稱(chēng)為離子,即法拉第認(rèn)為溶液中的離子是通電后產(chǎn)生的。

        師:觀點(diǎn)2:阿累尼烏斯認(rèn)為導(dǎo)電性溶液的溶質(zhì)在水的作用下自行解離為自由移動(dòng)的離子。到底誰(shuí)的觀點(diǎn)是正確的呢?

        鏈接史料:1882—1883年期間,瑞典化學(xué)家阿累尼烏斯發(fā)現(xiàn)“水”是將電解質(zhì)離解成陰、陽(yáng)離子的因素。阿累尼烏斯形成了“電離理論”的基本觀點(diǎn)。這一學(xué)說(shuō)與當(dāng)時(shí)化學(xué)界所認(rèn)同的法拉第的觀點(diǎn)(“通電后產(chǎn)生離子”)截然不同。

        實(shí)驗(yàn):測(cè)定NaCl固體、水和NaCl溶液的導(dǎo)電性。

        用電導(dǎo)率便攜式傳感器測(cè)定NaCl 固體和NaCl 溶液的導(dǎo)電性如表1所示。

        表1 不同物質(zhì)的電導(dǎo)率

        師:從表中可以看出,氯化鈉固體雖然含有離子但不導(dǎo)電;氯化鈉溶液很容易導(dǎo)電,而且隨著氯化鈉固體的不斷加入,電導(dǎo)率在不斷升高。有人懷疑,是否是水在導(dǎo)電呢?經(jīng)過(guò)測(cè)定,水幾乎不導(dǎo)電。充分說(shuō)明是水將氯化鈉離解成陰陽(yáng)離子。

        師:我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的宏觀證據(jù),還需要從微觀角度獲得解釋?zhuān)?qǐng)看動(dòng)畫(huà)。

        動(dòng)畫(huà):模擬氯化鈉溶于水的電離過(guò)程。

        師:有沒(méi)有其他方法使氯化鈉導(dǎo)電?

        鏈接史料:1807年,英國(guó)化學(xué)家戴維嘗試用電解法從苛性鉀(KOH)中分離出鉀。但是存在這樣一個(gè)化學(xué)事實(shí),金屬鉀遇水就會(huì)強(qiáng)烈地反應(yīng),同時(shí)生成氫氧化鉀和氫氣。他改用電解熔融態(tài)苛性鉀的方法制得活潑金屬鉀。

        結(jié)論:物質(zhì)(化合物)能導(dǎo)電是因?yàn)殡婋x而產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子。

        師:歸納一下,什么是電離?

        生:物質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下自行解離為離子的過(guò)程。

        (二)用化學(xué)符號(hào)表征電離的過(guò)程

        師:請(qǐng)大家根據(jù)氯化鈉的電離過(guò)程,推測(cè)硫酸、氫氧化鈉、氯酸鉀、氫氧化鋇、氯化銨、硫酸氫鈉和硫酸鐵在水溶液中的存在形式,并寫(xiě)出它們的電離方程式。

        學(xué)生書(shū)寫(xiě)電離方程式,同一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)相互糾錯(cuò)。

        師:書(shū)寫(xiě)電離方程式必須遵循質(zhì)量守恒,電離方程式的兩端原子個(gè)數(shù)必須相等;必須遵循電荷守恒,右側(cè)的離子電荷總數(shù)應(yīng)該為零。

        師:結(jié)合上面的分析,如何從電離角度重新認(rèn)識(shí)酸、堿、鹽?

        生:酸:電離時(shí),生成的陽(yáng)離子全部是H+的化合物。堿:電離時(shí),生成的陰離子全部是OH-的化合物。鹽:電離時(shí),生成金屬陽(yáng)離子(或NH4+)和酸根離子的化合物。

        設(shè)計(jì)意圖:本節(jié)課從化學(xué)史中阿累尼烏斯與法拉第觀點(diǎn)的不同入手,激發(fā)學(xué)生探究的興趣。以電導(dǎo)率傳感器測(cè)定出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為證據(jù)推理說(shuō)明水使Na-Cl發(fā)生電離,微觀模擬NaCl的電離過(guò)程幫助學(xué)生加深理解。根據(jù)學(xué)生的電離方程式典型錯(cuò)誤進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹v解和說(shuō)明,強(qiáng)化質(zhì)量守恒定律和電荷守恒原理。

        師:酸堿鹽是電解質(zhì),如何定義電解質(zhì)?

        生:電解質(zhì):在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物。

        師:根據(jù)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),水也能極其微弱地電離,所以水也是一種電解質(zhì)。

        師:相同體積、相同濃度的不同電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力都相同嗎?以等濃度、等體積的HCl、CH3COOH溶液為例。

        實(shí)驗(yàn):用便攜式電導(dǎo)率傳感器測(cè)定HCl 和CH3COOH溶液的電導(dǎo)率。

        師:根據(jù)電導(dǎo)率的差異請(qǐng)大家猜測(cè)其中可能的原因。

        生:兩種溶液中離子濃度大小不同,HCl中離子濃度比較大,CH3COOH中離子濃度比較小。

        師:通過(guò)微觀模擬HCl 和CH3COOH 的電離過(guò)程,如圖3所示,從中可以得出什么結(jié)論?

        圖3 HCl與CH3COOH電離情況示意圖

        生:HCl 完全電離,CH3COOH 部分電離,CH3COOH分子和H+和CH3COO-共存。

        設(shè)計(jì)意圖:根據(jù)酸堿鹽的定義,由學(xué)生歸納總結(jié)出電解質(zhì)的定義,促使學(xué)生將概念內(nèi)化,深刻理解化學(xué)的核心概念。通過(guò)測(cè)定相同濃度的HCl 和CH3COOH 的電導(dǎo)率,讓學(xué)生了解HCl 完全電離,CH3COOH 部分電離,目的不是要講強(qiáng)弱電解質(zhì),而是為后面離子方程式中物質(zhì)是否拆解成離子埋下伏筆。

        (三)離子反應(yīng)的本質(zhì)

        教師與學(xué)生活動(dòng)

        師:我們已經(jīng)知道酸和堿等電解質(zhì)能在水溶液中發(fā)生電離,如果將酸和堿混合將會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)(中和反應(yīng)),那么復(fù)分解反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)是什么呢?我們以HCl和Ba(OH)2溶液的反應(yīng)來(lái)探究。

        師:以你的知識(shí),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明二者發(fā)生了反應(yīng)?

        生:向氫氧化鋇溶液中滴加酚酞,然后逐滴滴加鹽酸,觀察溶液顏色的變化。

        學(xué)生實(shí)驗(yàn):液體量取1~2 mL;不要將滴管伸入試管內(nèi),邊加邊振蕩。

        演示實(shí)驗(yàn):利用電導(dǎo)率傳感器探究中和反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)。如圖4所示。

        圖4 HCL和Ba(OH)2溶液反應(yīng)情況示意圖

        師:思考問(wèn)題:1.BC 段是在加入比原溶液離子濃度大的溶液,為什么離子濃度不升反降?用化學(xué)方程式表示其原理。2.C點(diǎn)為什么不為0,且遠(yuǎn)大于純水的電導(dǎo)率300us/cm?

        生:BC 段說(shuō)明離子之間在發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致離子濃度減??;H++OH-=H2O;C 點(diǎn)時(shí)溶液中仍然存在大量離子,所以其電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于純水的電導(dǎo)率300us/cm。

        師:由上述實(shí)驗(yàn)我們清楚地“看到”:鹽酸和氫氧化鋇在水溶液中混合所發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是:鹽酸電離生成的H+和氫氧化鋇電離生成的OH-結(jié)合生成水的反應(yīng),而Cl-和Ba2+并沒(méi)有參與反應(yīng),所以這個(gè)反應(yīng)可表示為:H++OH-=H2O。

        師:像這樣的離子之間的反應(yīng)我們稱(chēng)之為:離子反應(yīng)。

        師:我們可以按照本實(shí)驗(yàn)的思路,探究其他復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)(如:AgNO3與NaCl,Na2CO3與HCl),不難得出:復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是離子之間的反應(yīng),而這類(lèi)離子反應(yīng)所發(fā)生的條件是:生成沉淀、氣體和水。

        師:其實(shí)復(fù)分解型的離子反應(yīng)的發(fā)生條件可以歸為一點(diǎn)就是使溶液中的離子濃度減小。

        師:龍江河發(fā)生鎘污染,鎘元素以Cd2+的形式存在,鎘離子有毒,嚴(yán)重影響廣大人民群眾的安全。

        師:學(xué)習(xí)了離子反應(yīng),請(qǐng)你們幫他們想想辦法,如何處理鎘污染。

        生:讓鎘離子沉淀下來(lái)。

        資料:鎘離子沉淀所需的pH。

        生:投放燒堿或石灰,提高河水的pH 值讓水呈弱堿性,使Cd2+形成Cd(OH)2沉淀不溶于水并從水中分離。

        視頻:實(shí)際處理過(guò)程,除沉淀法外還采用聚合氯化鋁產(chǎn)生氫氧化鋁膠體吸附Cd(OH)2。

        師:大家提到化學(xué)不要談虎色變,其實(shí)化學(xué)不是產(chǎn)生問(wèn)題,學(xué)好化學(xué)可以幫助人們解決問(wèn)題。

        設(shè)計(jì)意圖:離子反應(yīng)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師往往是引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)肉眼觀察沉淀、氣體等的生成來(lái)反推溶液中離子數(shù)目的減少。在教學(xué)中引入手持技術(shù),學(xué)生除了直接觀察以外,還可以通過(guò)手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)觀察到溶液其他數(shù)據(jù)的變化,比如導(dǎo)電率、pH等,且手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還可以直接形成圖像,可以更直觀地表征化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。在曲線表征方面,手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的可觀察角度更多、更全面,也更細(xì)致。通過(guò)龍江河的污染治理,讓學(xué)生知道學(xué)有所用,能夠解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問(wèn)題,讓學(xué)生產(chǎn)生責(zé)任感和使命感,學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)必須為人類(lèi)、為社會(huì)服務(wù)。

        抽象的概念離不開(kāi)感性材料的支撐,通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)合理的問(wèn)題情境提出問(wèn)題,利用實(shí)驗(yàn)手段讓學(xué)生觀察、感受、分析、推理,從微觀角度進(jìn)行分析,解釋宏觀現(xiàn)象,最后抽象概括而引出概念。

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