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        以微型實(shí)驗(yàn)為載體的化學(xué)史教學(xué)

        2020-10-09 10:18:28李英
        文理導(dǎo)航 2020年32期
        關(guān)鍵詞:化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)

        李英

        化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是經(jīng)過化學(xué)課程學(xué)習(xí)所形成和發(fā)展的正確態(tài)度價(jià)值觀、關(guān)鍵能力和必備品格?;瘜W(xué)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)是化學(xué)核心素養(yǎng)的主要載體。本文基于對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng),進(jìn)行的《化學(xué)反應(yīng)速率》教學(xué)設(shè)計(jì)。

        一、教學(xué)內(nèi)容

        化學(xué)反應(yīng)速率是蘇教版化學(xué)必修2專題2第一單元的內(nèi)容,是化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí),是中學(xué)化學(xué)的重要理論之一,屬于化學(xué)動(dòng)力學(xué)范疇,有非常重要的理論意義和實(shí)踐意義。

        二、學(xué)情分析

        學(xué)生通過對(duì)生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)反應(yīng)進(jìn)行的快慢有初步的認(rèn)識(shí),初中化學(xué)學(xué)習(xí)中,對(duì)于利用二氧化錳能加快雙氧水制氧氣有了初步認(rèn)識(shí)。學(xué)生具有一定的觀察、分析、質(zhì)疑和表達(dá)能力,初步具備簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)能力,能夠合作完成實(shí)驗(yàn)探究,但探究能力、操作能力和評(píng)價(jià)能力需進(jìn)一步加強(qiáng)。

        三、教學(xué)目標(biāo)

        依據(jù)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)和《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定如下教學(xué)目標(biāo):通過工業(yè)合成氨的發(fā)展史了解到化學(xué)反應(yīng)有快慢之分,感受化學(xué)反應(yīng)的快慢;定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合,了解化學(xué)反應(yīng)快慢的表示方法;通過對(duì)能斯特和哈伯合成氨工業(yè)條件的對(duì)比啟發(fā),探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素,認(rèn)識(shí)到化學(xué)中的變化觀念;通過催化劑、溫度、壓強(qiáng)的選擇,了解到工業(yè)生產(chǎn)中要綜合各方面因素,整體調(diào)控的思維基點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”、“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科素養(yǎng);通過引導(dǎo)學(xué)生將理論應(yīng)用于解決實(shí)際工業(yè)問題,認(rèn)識(shí)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率在工業(yè)生產(chǎn)生活中的作用,培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感”的學(xué)科素養(yǎng)。

        四、設(shè)計(jì)思路

        本節(jié)課以工業(yè)合成氨的化學(xué)史為背景,以實(shí)驗(yàn)室制氧氣為載體,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究熱情,激發(fā)學(xué)生的興奮點(diǎn),完成微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和探究,最終回歸到生活中,引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論應(yīng)用于解決實(shí)際問題,認(rèn)識(shí)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率在工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活中的作用,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感。

        五、教學(xué)過程

        (一)真實(shí)情境

        我國是農(nóng)業(yè)大國,離不開化肥,氨氣是銨態(tài)氮肥的基礎(chǔ),哈伯正是探究了合成氨的最佳反應(yīng)條件,獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

        設(shè)計(jì)意圖:聯(lián)系實(shí)際創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,利用哈伯探尋到反應(yīng)最佳條件,獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),形成學(xué)生思維沖突,使學(xué)生對(duì)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)自然過渡到動(dòng)力學(xué)角度。

        (二)建構(gòu)概念

        師:合成氨反應(yīng)具體慢到什么程度,化學(xué)上可以用化學(xué)反應(yīng)速率來衡量。對(duì)于具體的化學(xué)反應(yīng)(Zn和稀鹽酸反應(yīng)),你如何判斷反應(yīng)快慢?

        師:如果要定量計(jì)算呢?氣體看體積,固體看質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)氣體看質(zhì)量不方便,固體看體積也不合適。八年級(jí)物理告訴我們:要測(cè)量一個(gè)物理量,首先要確定它的單位,化學(xué)反應(yīng)速率的單位是mol·(L·min)-1或mol·(L·s)-1,你能由此推出它的表達(dá)式和定義嗎?

        師:我們可以分為反應(yīng)物和生成物兩個(gè)角度描述:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加。

        師:我國的合成氨工業(yè)發(fā)展迅速,目前已是世界上產(chǎn)量最高的國家,請(qǐng)你來算一算它的反應(yīng)速率(例題計(jì)算)

        師:應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率時(shí),一定要指明物質(zhì)的種類,速率是標(biāo)量,沒有方向,取正值。

        設(shè)計(jì)意圖:充分考慮學(xué)生的已有知識(shí),尊重學(xué)情,考慮學(xué)生的最近發(fā)展區(qū),讓學(xué)生自主完成構(gòu)建概念。學(xué)生在生活中很容易判斷運(yùn)動(dòng)的快慢,從學(xué)生熟悉的實(shí)驗(yàn)引入,從宏觀現(xiàn)象的描述具體到某種物質(zhì)變化速率的定量描述,定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合,在學(xué)生的探究中形成概念,加深對(duì)概念的理解,培養(yǎng)學(xué)生推理能力。

        (三)探究規(guī)律

        師:合成氨工業(yè)史上,里程碑式的人物除了哈伯,還有能斯特,他們都做了大量實(shí)驗(yàn),尋找最佳反應(yīng)條件。

        對(duì)比兩人的反應(yīng)條件,不難發(fā)現(xiàn),他們都不約而同的選擇了升高溫度,增大壓強(qiáng),使用催化劑,只是在具體細(xì)節(jié)上不同。我們來看看,哈伯在能斯特的基礎(chǔ)上做了哪些改變?

        生:后面的催化劑催化效果可能更好,壓強(qiáng)越大,反應(yīng)越快

        師:探究點(diǎn)一:不同催化劑對(duì)反應(yīng)的催化效果

        你如何判斷該反應(yīng)的快慢?

        生:看產(chǎn)生氣泡的快慢。

        師:選擇你的試劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案:5%(1號(hào)滴管)和12%(2號(hào)滴管)的H2O2,F(xiàn)eCl3溶液、MnO2,熱水,冷水。

        生:2號(hào)滴管,二氧化錳,氯化鐵溶液。12%的雙氧水中分別滴加二氧化錳和氯化鐵溶液,看產(chǎn)生氣泡的快慢。

        師:哈伯之所以調(diào)低了反應(yīng)溫度,主要是為了使催化劑在550℃催化效果更好。溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率又有怎樣的影響呢?請(qǐng)你來選擇合適的試劑,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

        生:2號(hào)滴管,熱水,冷水

        生:現(xiàn)象不明顯

        師:怎么補(bǔ)救?

        生:加點(diǎn)催化劑進(jìn)去

        師:選哪種催化劑呢?

        生:氯化鐵溶液,加二氧化錳,反應(yīng)太快,不利于觀察。

        師:我發(fā)現(xiàn)大家都不約而同的選擇了12%的雙氧水,為什么不選5%的雙氧水?

        生:濃度大,反應(yīng)現(xiàn)象更加明顯,可以選擇5%的雙氧水和二氧化錳做對(duì)比試驗(yàn)。

        生:都比較劇烈,無法區(qū)分判斷

        師:引用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)(氧氣傳感器),氧氣傳感器是用來測(cè)定氧氣百分含量,并轉(zhuǎn)換成信號(hào)輸入電腦。如何利用氧氣傳感器判斷反應(yīng)快慢?

        生:相同時(shí)間內(nèi)生成氧氣越多,反應(yīng)越快,越少,反應(yīng)越慢。

        師:展示實(shí)驗(yàn)室測(cè)得10mL12%的雙氧水與1g二氧化錳接觸時(shí)截取的30s的反應(yīng)情況,橫坐標(biāo)為反應(yīng)時(shí)間,縱坐標(biāo)為氧氣的百分含量。

        課堂實(shí)驗(yàn)測(cè)10mL5%的雙氧水與1g二氧化錳接觸時(shí)的反應(yīng)情況。

        師:能生成氨氣的化學(xué)反應(yīng)并不只有這一個(gè),實(shí)驗(yàn)室制氨氣選擇的是氫氧化鈣和氯化銨反應(yīng),由于反應(yīng)物性質(zhì)不同,這個(gè)反應(yīng)比較快,那為何工業(yè)上不選這個(gè)反應(yīng)?

        師:工業(yè)上需要考慮的因素很多,除了速率,還有經(jīng)濟(jì)成本,設(shè)備等。從哈伯明顯增大壓強(qiáng),氨氣產(chǎn)量大幅度提升,說明增大壓強(qiáng),能加快反應(yīng)速率,但能無限增大嗎?

        設(shè)計(jì)意圖:

        運(yùn)用控制變量法研究化學(xué)反應(yīng)的影響因素,使學(xué)生了解控制變量法在化學(xué)中的意義,體會(huì)科學(xué)探究的相關(guān)思路。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)相同反應(yīng)物在不同條件下的反應(yīng)速率不同,認(rèn)識(shí)到化學(xué)中的變化觀念,進(jìn)一步強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素;通過催化劑、溫度、壓強(qiáng)的選擇,了解到工業(yè)生產(chǎn)中要綜合各方面因素,整體調(diào)控的思維基點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生“變化觀念與平衡思想”的學(xué)科素養(yǎng)。

        (四)拓展提升

        師:影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素很多,受條件的限制,課堂上不能一一探究,還有很多其他因素,例如光電波、接觸面積等。反應(yīng)物本身的性質(zhì),我們無法改變,稱為內(nèi)因,能改變調(diào)控的稱為外因。為了增強(qiáng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的可信度,大家的實(shí)驗(yàn)都是在控制單一變量的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,然而在實(shí)際的反應(yīng)中,這些因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響是綜合的,融合在一起的。

        設(shè)計(jì)意圖:通過引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論應(yīng)用于解決實(shí)際工業(yè)問題,認(rèn)識(shí)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率在工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活中的作用,培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感”的學(xué)科素養(yǎng)。

        (江蘇省溧陽中學(xué),江蘇 常州 213300)

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