張運(yùn)飛 李紅英
[摘? ?要]化學(xué)之美,美在實(shí)驗(yàn)、美在真實(shí)、美在和諧。通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識(shí),落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),讓學(xué)生感受化學(xué)之美、生活之美。
[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)之美;化學(xué)平衡;影響條件;勒夏特列原理
[中圖分類號(hào)]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058(2020)29-0069-03
《化學(xué)平衡》是人教版高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》第二章第三節(jié)的教學(xué)內(nèi)容,是高中二年級(jí)選學(xué)理科學(xué)生需要學(xué)習(xí)的重點(diǎn)知識(shí)。根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,結(jié)合教學(xué)參考用書的建議,該部分內(nèi)容的教學(xué)安排5課時(shí)。本節(jié)課是第2課時(shí),教學(xué)重點(diǎn)為:影響化學(xué)平衡移動(dòng)的條件探究及勒夏特列原理的歸納總結(jié)。
一、教學(xué)背景
1.課程標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)影響化學(xué)平衡移動(dòng)因素的學(xué)習(xí)要求,新課程標(biāo)準(zhǔn)中使用的行為動(dòng)詞為“了解”,具體為:通過實(shí)驗(yàn)探究,了解濃度、壓強(qiáng)、溫度對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)的影響。新課程標(biāo)準(zhǔn)明確要求“探究影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素”為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。在開展“外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響”實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中,發(fā)展學(xué)生的演繹推理、系統(tǒng)假設(shè)等思維能力。
2.學(xué)情分析
在必修2《化學(xué)反應(yīng)的速率和限度》一節(jié)中,學(xué)生對(duì)“化學(xué)平衡的建立”有了一定的了解,知道可逆反應(yīng)具有一定的反應(yīng)限度,了解了化學(xué)反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在該條件下的最大轉(zhuǎn)化率。學(xué)生初步學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡理論知識(shí),本節(jié)課將從實(shí)驗(yàn)的角度讓學(xué)生體驗(yàn)外界條件對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)的影響。
二、教學(xué)節(jié)選
教學(xué)環(huán)節(jié)1 演示實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)規(guī)律
【演示實(shí)驗(yàn)】向大試管中加入約8 mL蒸餾水,滴加4滴FeCl3溶液(顏色很淡),滴加2滴0.01 mol/L KSCN溶液,靜置。
【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:KSCN溶液滴入后,立刻變?yōu)榧t色,且紅色逐漸擴(kuò)散開來?,F(xiàn)象很美,學(xué)生驚嘆。
【教師提問】FeCl3溶液中滴加KSCN溶液后溶液顏色為何變紅?能否用化學(xué)方程式表示該變化過程?請(qǐng)嘗試在速率關(guān)系圖上分析該變化過程。
【學(xué)生活動(dòng)】利用所學(xué)知識(shí)解釋觀察到的現(xiàn)象:溶液變紅色是由于Fe3+與SCN-反應(yīng)生成了Fe(SCN)3(紅色),反應(yīng)的離子方程式為Fe3++3SCN-[?]Fe(SCN)3;畫出速率時(shí)間關(guān)系圖,最終溶液紅色不再改變,說明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。
【演示實(shí)驗(yàn)】用長滴管吸取大試管中的紅色液體于兩支小試管中(各2滴管),分別向其中滴加1滴1 mol/L KSCN溶液和3滴飽和FeCl3溶液,與大試管中的液體顏色對(duì)比。
【教師提問】溶液紅色加深,說明哪種微粒的濃度發(fā)生了變化?如何變化?加入的是什么微粒?濃度又有何變化?所用溶液的濃度和數(shù)量的意義何在?
【學(xué)生活動(dòng)】思考,交流,匯報(bào):兩支小試管中溶液紅色都加深了,說明Fe (SCN)3溶液濃度都發(fā)生了改變,且都是增大。第一支小試管加入的是1滴1 mol/L KSCN溶液,與未加入前相比,KSCN溶液剛加入的瞬間,SCN-濃度增大,溶液紅色加深,說明Fe3+和SCN-發(fā)生反應(yīng)繼續(xù)生成Fe (SCN)3,SCN-濃度在剛加入的瞬間增大后又因反應(yīng)消耗而降低。第二支試管中加入的是3滴飽和FeCl3溶液,與未加入前相比,F(xiàn)eCl3溶液剛加入的瞬間,F(xiàn)e3+濃度增大,溶液紅色加深,說明Fe3+和SCN-發(fā)生反應(yīng)繼續(xù)生成Fe (SCN)3,F(xiàn)e3+濃度在剛加入的瞬間增大后又因反應(yīng)消耗而降低。畫速率時(shí)間關(guān)系圖,分析速率圖。
【演示實(shí)驗(yàn)】分別向上述兩支小試管中各滴加2滴0.01 mol∕L NaOH溶液。
【學(xué)生活動(dòng)】觀察現(xiàn)象,思考,匯報(bào):滴加2滴0.01 mol∕L NaOH溶液后,溶液紅色變淺。
【教師提問】溶液紅色為何變淺?說明什么問題?
【學(xué)生活動(dòng)】加入2滴0.01 mol∕L NaOH溶液后,OH-會(huì)消耗溶液中的Fe3+,F(xiàn)e3+濃度降低后,化學(xué)平衡隨之被破壞,并向著生成Fe3+的方向移動(dòng)。畫速率時(shí)間關(guān)系圖,分析速率圖。
【歸納總結(jié)】舊的化學(xué)平衡被破壞,建立新的化學(xué)平衡,此過程被稱為化學(xué)平衡狀態(tài)的移動(dòng),簡稱平衡移動(dòng)。
其他條件不變,增大反應(yīng)物濃度,平衡正向移動(dòng);減小反應(yīng)物濃度,平衡逆向移動(dòng)。
設(shè)計(jì)意圖:本環(huán)節(jié)從學(xué)生非常熟悉的氯化鐵溶液與硫氰化鉀溶液反應(yīng)變紅色的實(shí)驗(yàn)入手,降低學(xué)習(xí)門檻,激發(fā)學(xué)生興趣。學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,從理論的角度分析宏觀現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的微觀本質(zhì),并畫出速率時(shí)間關(guān)系圖,歸納出本節(jié)課的第一個(gè)規(guī)律:在其他條件不變時(shí),改變反應(yīng)物濃度,化學(xué)平衡隨之發(fā)生改變。本環(huán)節(jié)重在培養(yǎng)學(xué)生的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
教學(xué)環(huán)節(jié)2 擴(kuò)大范圍,驗(yàn)證規(guī)律
【教師提問】其他條件不變,減小生成物濃度,或增大生成物濃度,平衡是否移動(dòng)?如果移動(dòng),方向如何?
【提示信息】Cr2O72-? + H2O[?]2CrO42-? + 2H+。
(橙色)? ? ? ? ? ? ? (黃色)
【學(xué)生活動(dòng)】小組交流討論,根據(jù)所給信息設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】取1支試管,向其中加入5 mL 0.1 mol∕L K2Cr2O7溶液,再滴加5~15滴濃H2SO4,溶液由橙黃色變?yōu)槌壬?取1支試管,向其中加入5 mL 0.1 mol∕L K2Cr2O7溶液,再滴加5~15滴6 mol∕L NaOH溶液,溶液由橙黃色變?yōu)辄S色。
【教師提問】加入濃H2SO4和NaOH溶液后,K2Cr2O7溶液顏色發(fā)生改變,原因是什么?
【學(xué)生活動(dòng)】思考,交流,匯報(bào):加入濃H2SO4后,溶液中的H+濃度增大,而化學(xué)平衡向著H+濃度減小的方向移動(dòng),Cr2O72-濃度增大,溶液由橙黃色變?yōu)槌壬?加入NaOH溶液后,溶液中的H+與OH-反應(yīng),H+濃度減小,平衡正向移動(dòng),CrO42-濃度增大,溶液由橙黃色變?yōu)辄S色。畫速率時(shí)間關(guān)系圖,分析速率圖。
【教師提問】當(dāng)濃度發(fā)生變化時(shí),可逆反應(yīng)是如何面對(duì)濃度變化的呢?
【學(xué)生活動(dòng)】思考,交流:通過平衡移動(dòng)減弱濃度變化帶來的影響。
【歸納總結(jié)】其他條件不變,增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度,平衡正向移動(dòng);減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度,平衡逆向移動(dòng)。
設(shè)計(jì)意圖:上一環(huán)節(jié)從反應(yīng)物濃度的變化角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,本環(huán)節(jié)則從生成物濃度的變化角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。學(xué)生根據(jù)所給信息、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、交流討論、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案、預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本環(huán)節(jié)重在培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
教學(xué)環(huán)節(jié)3 學(xué)以致用,推廣規(guī)律
【教師提問】化學(xué)反應(yīng)要么是吸熱反應(yīng),要么是放熱反應(yīng),改變溫度,化學(xué)平衡狀態(tài)會(huì)改變嗎?如果會(huì),做何改變?
【提示信息】2NO2(g)[?]N2O4(g)? ΔH=-56.9 kJ/mol
(紅棕色)? (無色)
【教師活動(dòng)】展示“二氧化氮—四氧化氮”球。
【學(xué)生活動(dòng)】小組交流討論,結(jié)合所給信息,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】取3個(gè)“二氧化氮—四氧化氮”球。將其中1個(gè)放入冰水中,氣體紅棕色變淺;將其中1個(gè)放入熱水中,氣體紅棕色加深;第3個(gè)常溫放置,氣體顏色不變。
【師生活動(dòng)】師生歸結(jié):溫度不同,氣體顏色不同。請(qǐng)學(xué)生分析溫度對(duì)平衡的影響,畫出速率時(shí)間關(guān)系圖,分析速率圖。
【教師提問】當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),該可逆反應(yīng)是如何變化的呢?
【學(xué)生活動(dòng)】通過平衡移動(dòng)減弱溫度變化帶來的影響。
【歸納總結(jié)】其他條件不變,升高溫度,平衡向吸熱方向移動(dòng);降低溫度,平衡向放熱方向移動(dòng)。
設(shè)計(jì)意圖:本環(huán)節(jié)對(duì)溫度這一影響化學(xué)平衡的因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,驗(yàn)證溫度對(duì)平衡狀態(tài)的影響。學(xué)生根據(jù)所給信息設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),從理論角度分析現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的微觀本質(zhì),并畫出速率時(shí)間關(guān)系圖,歸納出本節(jié)課的第二個(gè)規(guī)律:在其他條件不變時(shí),改變溫度,化學(xué)平衡隨之發(fā)生改變,并向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。本教學(xué)環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生的類比及推理意識(shí)。
教學(xué)環(huán)節(jié)4 歸納總結(jié),提煉原理
【教師提問】同學(xué)們,剛才我們通過實(shí)驗(yàn)探究了解到當(dāng)其他條件不變時(shí),改變溫度或改變濃度會(huì)對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)帶來影響,也知道了具體有何影響。那么對(duì)于有氣體參與的已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng),改變壓強(qiáng),平衡會(huì)移動(dòng)嗎?如果會(huì),如何移動(dòng)呢?
【學(xué)生活動(dòng)】交流,討論,匯報(bào):根據(jù)剛才濃度及溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響,類比出對(duì)有氣體參與的已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng),改變壓強(qiáng),平衡將向著減弱這種改變的方向移動(dòng)。
【師生活動(dòng)】結(jié)合濃度與溫度的改變對(duì)平衡狀態(tài)的影響,將歸納總結(jié)進(jìn)一步完善擴(kuò)大,得到勒夏特列原理。交流、分享對(duì)勒夏特列原理的理解及其適應(yīng)范圍。
【師生感悟】多么神奇的可逆反應(yīng)!外在,有非常美麗的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;內(nèi)在,當(dāng)外界條件發(fā)生改變時(shí),通過平衡移動(dòng)來減弱外界的影響。同學(xué)們,我們的生活何嘗不是如此呢?平衡之美,改變之美,讓改變發(fā)生,讓夢想成真!
設(shè)計(jì)意圖:本環(huán)節(jié)依據(jù)前面濃度及溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響,類比推理出有氣體參與的已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng),改變壓強(qiáng),平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。結(jié)合溫度、濃度及壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響,提煉出經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,也就是勒夏特列原理。本環(huán)節(jié)重在培養(yǎng)學(xué)生的“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),增強(qiáng)學(xué)生的類比及推理意識(shí)。
三、教學(xué)反思
筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn),隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施,中學(xué)化學(xué)越來越突出實(shí)驗(yàn)教學(xué),但現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)似乎進(jìn)入了一個(gè)誤區(qū),不少教師一味地追求數(shù)字化實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等“高大上”的實(shí)驗(yàn),而忽略了傳統(tǒng)的“試管實(shí)驗(yàn)”?!案叽笊稀钡膶?shí)驗(yàn)教學(xué)看似更適應(yīng)時(shí)代潮流,但有的時(shí)候不可避免地會(huì)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)復(fù)雜化。本節(jié)課,涉及的實(shí)驗(yàn)均來自于教材中的演示實(shí)驗(yàn),儀器簡單、藥品用量少、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn),觀察現(xiàn)象,由衷地感嘆實(shí)驗(yàn)之美、化學(xué)之美及生活之美。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己歸納的化學(xué)平衡狀態(tài)影響規(guī)律竟然和著名的勒夏特列原理相同,本節(jié)課的情感釋放瞬間達(dá)到高潮,學(xué)生自發(fā)地鼓起掌,為自己鼓掌,也為化學(xué)鼓掌,當(dāng)下課鈴聲響起的時(shí)候,學(xué)生依然舍不得結(jié)束課程,意猶未盡。小實(shí)驗(yàn),大智慧;小故事,大情懷。在以后的化學(xué)教學(xué)中,我們要堅(jiān)守實(shí)驗(yàn)教學(xué),讓學(xué)生感受化學(xué)之美。
[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]
中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018.
(責(zé)任編輯 羅? ?艷)