解 偉 費永利 唐華亮
(1.廣東省湛江市第二十中學 廣東湛江 524000;2.廣東省湛江市第六中學 廣東湛江 524000)
化學核心素養(yǎng)主要培養(yǎng)學生具有科學思維、自主學習能力等關鍵能力和必備品質(zhì)[1]。化學學科核心素養(yǎng)對微觀探析、反應的動態(tài)規(guī)律、推理與本質(zhì)規(guī)律、探究與創(chuàng)新和環(huán)保等五個方面提出標準[2]。在人教版選修四《化學反應原理》第三章《水溶液中的離子平衡》教學中,如何貫徹核心素養(yǎng)理論,將離子平衡知識與核心素養(yǎng)理念結(jié)合,全面培養(yǎng)學生學科素養(yǎng),是本文討論的問題關鍵。
1.明確平衡與變化思想貫徹始終。全章共有弱電解質(zhì)的電離、水的電離、鹽類的水解、難溶電解質(zhì)的溶解平衡等四種類型。培養(yǎng)學生總結(jié)其共性和分析其特性的能力。
2.體會平衡的動態(tài)性。動態(tài)平衡是平衡的重要特征。外界條件對平衡的影響最終都是通過動態(tài)平衡實現(xiàn)的。只有把握動態(tài)平衡這一特點,才能具體闡述在恒定的密閉容器中,加入一定量的生成物,如果生成物的物質(zhì)的量轉(zhuǎn)化為反應物的物質(zhì)的量時,與加入反應物的物質(zhì)的量相同則最終形成等效的平衡這一特點。
3.認識平衡的獨立性與關聯(lián)性。醋酸存在電離平衡。在醋酸中加入氫氟酸。醋酸的平衡逆向移動。達到平衡后,醋酸分子濃度不再變化,醋酸根和氫離子濃度也不再變化。此時,氫氟酸也存在電離平衡。兩個平衡之間,氫離子濃度相同,平衡常數(shù)不變。同理可知,水溶液中,加入酸溶液,水的平衡保持獨立性,即平衡常數(shù)不變。水與弱酸分別建立獨立的電離平衡,同時氫離子濃度相同使得兩個平衡具有關聯(lián)性。
宏觀與微觀是事物的兩個側(cè)面。而構(gòu)建兩者之間的聯(lián)系是十分重要。宏觀現(xiàn)象的辨識能夠為微觀提供依據(jù),微觀的分析能夠解析宏觀的現(xiàn)象。根據(jù)鹽類的水解一節(jié)內(nèi)容,用pH 試紙測試強酸強堿鹽、強酸弱堿鹽、強堿弱酸鹽的酸堿性,進而探究出鹽類水解的本質(zhì)。使學生體會宏觀現(xiàn)象是微觀的表征,微觀反應是宏觀現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和本質(zhì)。由此建立起宏觀模型,從模型中抽象出事物的本質(zhì)規(guī)律。進一步利用本質(zhì)規(guī)律解決一系列高考考查問題和生活中遇到的問題。
通過宏觀辨識反向判斷微觀本質(zhì)也是常用的方法。如鹽類的水解涉及的問題中,在1 mol/L 碳酸氫鈉溶液中,顯堿性,而1 mol/L 亞硫酸氫鈉溶液顯酸性。碳酸氫鈉顯堿性,因此我們判斷碳酸氫鈉的水解大于電離,而亞硫酸氫鈉顯酸性,由此我們判斷亞硫酸氫鈉是電離大于水解。現(xiàn)象反映本質(zhì),宏觀對微觀進行判斷和分析。宏觀是微觀的判斷,微觀是宏觀的本質(zhì),體現(xiàn)宏觀和微觀哲學上的辯證統(tǒng)一。
解決離子濃度大小比較問題時,需要建立起離子平衡模型。以1 mol/LNa2CO3溶液中離子濃度大小為例,首先分析鹽的電離和碳酸根的水解以及水的電離平衡。根據(jù)鹽的電離可知,離子濃度最大的是鈉離子濃度。假定碳酸鈉溶液中,碳酸根不水解的情況下,鈉離子濃度是碳酸根濃度的兩倍。而碳酸根水解,碳酸根減少。所以鈉離子濃度最大。其次是碳酸根離子濃度。雖然碳酸根會有少部分水解。但是碳酸鈉在水溶液中完全電離成鈉離子和碳酸根。而碳酸根的水解,相對于碳酸鈉的電離,是極其微弱的。假定碳酸氫根和氫氧根在碳酸根水解過程中是1:1。由于碳酸氫根繼續(xù)水解成碳酸根和氫氧根,碳酸氫根減少,而氫氧根離子濃度增加。所以,氫氧根離子濃度大于碳酸氫根離子濃度。最后,由于HCO3-會水解成碳酸分子和氫氧根,由于碳酸分子相對于水溶液電離的氫離子而言仍然較大。由此我們可以建立起鹽溶液的水解平衡模型。
在全章學習完成后,設計綜合性實踐課程。以解決朱鵬飛等研究者提出的跨學科核心素養(yǎng)難以真正落地的擔憂[3]。立足于問題解決、科學探究和實踐的項目教與學已經(jīng)成為當今國際科學教育最具活力的方式[4]。
例如設立綜合實踐課題:區(qū)域內(nèi)水資源離子的檢測。取區(qū)域內(nèi)常見河流湖泊等水資源,對其進行水質(zhì)離子檢測。比如SO42-離子檢測,Cl-的檢測,酸堿性的檢測與滴定,F(xiàn)e3+和Cu2+離子檢測與沉淀分離等。這個實驗創(chuàng)新設計,讓學生體會到溶液的配置以及酸堿滴定等實際應用,啟發(fā)學生發(fā)散性思維,讓學生感受到科學創(chuàng)新和實驗中可能遇到的困難以及如何克服。培養(yǎng)學生開放性解決問題的思維和創(chuàng)新意識。
課堂教學是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的主要陣地[5],以學科素養(yǎng)貫徹始終。教學實踐中將所學知識進行規(guī)劃內(nèi)容結(jié)構(gòu)化。再通過綜合實踐課題進行規(guī)劃培養(yǎng)學生實驗探究與創(chuàng)新思維,培養(yǎng)其善于運用化學思維分析解決實際問題的能力,體會學科價值追求[6]。