葉煒華

摘要：高三復(fù)習(xí)備考中，圍繞“鈉及其重要化合物”知識，創(chuàng)設(shè)物質(zhì)制備、成分探究、性質(zhì)探究、定量測定等實(shí)驗(yàn)情境，合理設(shè)置問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)、內(nèi)化鈉及其重要化合物的認(rèn)識方式，提升學(xué)生自覺運(yùn)用鈉及其重要化合物性質(zhì)解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)問題的能力，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)情境;鈉及其重要化合物;證據(jù)推理;模型認(rèn)知

文章編號：1008-0546（2022）03-0090-06???? 中圖分類號：G632.41???? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.020

高考評價(jià)體系[1]規(guī)定了高考的考查載體——情境，以此承載考查內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)考查要求。崔允漷[2]認(rèn)為，指向素養(yǎng)的學(xué)習(xí)是有真實(shí)情境與任務(wù)介入的真實(shí)學(xué)習(xí)，只有在真實(shí)情境下運(yùn)用某種或多種知識完成特定的任務(wù)，才能評估關(guān)鍵能力、必備品格和價(jià)值觀念?；趯?shí)驗(yàn)情境開展“鈉及其重要化合物”復(fù)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生將所建構(gòu)的物質(zhì)類別、化合價(jià)、反應(yīng)原理等物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識方式真正內(nèi)化，并自覺運(yùn)用于解決實(shí)驗(yàn)情境下的真實(shí)問題，實(shí)現(xiàn)對物質(zhì)性質(zhì)的系統(tǒng)探究或創(chuàng)造性應(yīng)用，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、教學(xué)主題內(nèi)容分析

鈉及其重要化合物是高中化學(xué)必修課程中“主題2 常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”的重要組成部分。人教版舊教材[3]和新教材[4]中有關(guān)鈉及其重要化合物的知識內(nèi)容和呈現(xiàn)方式幾乎一致，主要通過實(shí)驗(yàn)探究鈉及其重要化合物的性質(zhì)（詳見表1），只是內(nèi)容所在章節(jié)有所調(diào)整;另外，新教材在“科學(xué)史話”欄目中介紹了“侯德榜和侯氏制堿法”，在“研究與實(shí)踐欄目”設(shè)置了“了解純堿的生產(chǎn)歷史”的學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)。

近年高考常以鈉及其重要化合物為載體，考查學(xué)生在真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境中接受、吸收、整合化學(xué)信息，分析問題和解決問題的能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究能力。2018年海南省高考通過“探究金屬鈉與二氧化碳的反應(yīng)”，考查 CO2的制備、提純及Na 與 CO2反應(yīng)產(chǎn)物的推斷和化學(xué)方程式的書寫;2018年全國高考Ⅱ卷考查“Na2CO3可用于去除餐具的油污”等。

二、教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.文獻(xiàn)分析

在中國知網(wǎng)（CNKI）以“鈉及其重要化合物”為主題進(jìn)行檢索，絕大多數(shù)是研究新授課教學(xué)，研究復(fù)習(xí)課教學(xué)的很少。葉蘭峰[6]等利用工業(yè)上制備金屬鈉、氯堿工業(yè)、侯氏制堿法等新情境，提高課堂教學(xué)效率。鄭雅蘭[7]等通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)——鈉與水反應(yīng)引發(fā)鈉與硫反應(yīng)，體現(xiàn)知識的系統(tǒng)性以及元素化合物作為其他部分知識載體的功能。上述研究，結(jié)合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究等真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注鈉及其重要化合物的性質(zhì)在真實(shí)情境中的應(yīng)用，有利于提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2.學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)復(fù)習(xí)了物質(zhì)的分類及其變化、離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等知識，具備建構(gòu)從物質(zhì)類別、化合價(jià)、反應(yīng)原理等角度歸納鈉及其重要化合物性質(zhì)的知識基礎(chǔ)?；趯?shí)驗(yàn)情境開展“鈉及其重要化合物”復(fù)習(xí)，首先要引導(dǎo)學(xué)生自主建立元素化合物的認(rèn)知模型;其次，要強(qiáng)化證據(jù)推理意識，培養(yǎng)運(yùn)用元素化合物知識解決復(fù)雜實(shí)驗(yàn)情境的問題的能力。

三、教學(xué)思想與創(chuàng)新點(diǎn)

單旭峰[8]認(rèn)為“在真實(shí)情境中解決問題的過程展示出的能力才是實(shí)際的能力，表現(xiàn)出的態(tài)度和情感才是真實(shí)的品質(zhì)特征”“實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪且粋€(gè)問題情境”。筆者提出基于實(shí)驗(yàn)情境的元素化合物復(fù)習(xí)的教學(xué)模式（詳見圖1），開展“鈉及其重要化合物”的復(fù)習(xí)實(shí)踐。

基于實(shí)驗(yàn)情境的“鈉及其重要化合物”復(fù)習(xí)，圍繞 Na、Na2O與Na2O2、NaOH、Na2CO3和NaHCO3的性質(zhì)，創(chuàng)設(shè)制備NaH、探究Na2O2與濃鹽酸反應(yīng)的氣體產(chǎn)物、探究 CO2緩慢通入 NaOH 溶液 的產(chǎn)物及檢 驗(yàn)、測定 Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3百分含量等實(shí)驗(yàn)情境，有梯度地設(shè)計(jì)不同復(fù)雜和陌生程度的問題，引導(dǎo)學(xué)生開展分類與概括、符號與表征、證據(jù)與推理、設(shè)計(jì)與評價(jià)等學(xué)習(xí)活動(dòng)，基于代表物類別、類別通性、化合價(jià)、周期律或反應(yīng)原理（電離、水解、化學(xué)平衡、電化學(xué)）等認(rèn)識角度[9]理解鈉及其重要化合物的性質(zhì)，通過完成物質(zhì)制備、保存、利用、檢驗(yàn)、鑒別、分離等不同類型的應(yīng)用性問題和活動(dòng)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)、內(nèi)化、自覺運(yùn)用對鈉及其重要化合物的認(rèn)識方式和問題解決能力，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

四、教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合對教材內(nèi)容、課程標(biāo)準(zhǔn)、高考真題和具體學(xué)情的分析，確定教學(xué)目標(biāo)如下：

1.通過分析NaH的制備實(shí)驗(yàn)的裝置、操作步驟、產(chǎn)品驗(yàn)純，掌握Na的強(qiáng)還原性——與O2、H2O、HCl的反應(yīng)，建構(gòu)物質(zhì)制備類實(shí)驗(yàn)裝置連接模型及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。

2.通過分析 Na2O 和鹽酸的反應(yīng)，知道 Na2O 是一種堿性氧化物，掌握堿性氧化物的通性——與 H2O、酸、CO2等發(fā)生反應(yīng);通過預(yù)測 Na2O2和濃鹽酸反應(yīng)的氣體產(chǎn)物，掌握 Na2O2與 H2O、酸、CO2的反應(yīng)，理解 Na2O2的強(qiáng)氧化性;通過設(shè)計(jì)檢驗(yàn)Na2O2和濃鹽酸反應(yīng)的氣體產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)方案，初步養(yǎng)成排干擾意識;通過 Na2O、Na2O2的性質(zhì)對比，基于物質(zhì)類別、類別通性、化合價(jià)等認(rèn)識角度理解物質(zhì)性質(zhì)。

3.通過探究 CO2緩慢通入 NaOH溶液中依次發(fā)生的反應(yīng)，理解CO2與NaOH溶液的反應(yīng)產(chǎn)物與CO2氣體的量有關(guān);通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，檢驗(yàn) NaOH 和 Na2CO3混合溶液中的溶質(zhì)成分、鑒別Na2CO3和NaHCO3，掌握Na2CO3和 NaHCO3的化學(xué)性質(zhì)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中的排干擾意識;通過設(shè)計(jì)利用 CO2和 NaOH溶液制備純凈的Na2CO3的實(shí)驗(yàn)方案，掌握實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與評價(jià)的基本原則，提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究能力。

4.通 過設(shè)計(jì) 測定 Na2CO3和 NaHCO3混 合物 中 Na2CO3的百分含量的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)一步掌握Na2CO3和 NaHCO3的化學(xué)性質(zhì)，提高設(shè)計(jì)與評價(jià)實(shí)驗(yàn)方案的能力;了解熱分解法、沉淀法、滴定法、量氣法等定量測定的常用方法及其注意事項(xiàng);理解定量測定實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于減小實(shí)驗(yàn)誤差，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

五、教學(xué)流程

基于上述認(rèn)識，確定基于實(shí)驗(yàn)情境的“鈉及其重要化合物”復(fù)習(xí)的教學(xué)流程，詳見表2。

六、教學(xué)實(shí)錄

1.基于實(shí)驗(yàn)“NaH 的制備”復(fù)習(xí)金屬鈉的性質(zhì)

【實(shí)驗(yàn)情境1】氫化鈉（NaH）是有機(jī)合成中用途很廣泛的強(qiáng)堿，可與水反應(yīng)生成H2。實(shí)驗(yàn)室可用氫氣和鈉在高溫下化合制備氫化鈉，裝置如圖2所示。

【問題1】裝置A、B 中分別盛放什么試劑？作用分別是什么？

【問題2】裝置C 中濃硫酸的作用是什么？

【問題3】實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，應(yīng)先通一段時(shí)間H2，再點(diǎn)燃酒精燈加熱，原因是什么？

【問題4】反應(yīng)一段時(shí)間后，取少量硬質(zhì)玻璃管中的固體物質(zhì)與水反應(yīng)，若能生成 H2，證明得到的 NaH一定是純凈的。該驗(yàn)純方法是否合理？為什么？

【問題5】該裝置存在明顯缺陷，如何改進(jìn)？學(xué)生思考、分析、交流、回答。

【課堂小結(jié)1】（1）鈉是一種非?；顫姷慕饘伲哂泻軓?qiáng)的還原性，能與 O2、H2O、HCl 等發(fā)生反應(yīng)。（2）物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)裝置連接模型：氣體發(fā)生裝置→除雜裝置→干燥裝置→核心反應(yīng)裝置→收集裝置→尾氣處理裝置;關(guān)注：防氧化、防潮解、防污染、防倒吸、防爆炸、防暴沸。

2.基于實(shí)驗(yàn)“探究 Na2O2和濃鹽酸反應(yīng)”復(fù)習(xí)鈉的氧化物的性質(zhì)

【實(shí)驗(yàn)情境2】在試管中加入少量Na2O2，滴加5滴36.5%濃鹽酸。

【問題1】觀察到什么現(xiàn)象？

【問題2】試管中可能發(fā)生的反應(yīng)有哪些（用化學(xué)方程式表示）？

【問題3】對比 Na2O與H2O、HCl 的反應(yīng)（用化學(xué)方程式表示），Na2O2與H2O、HCl 的反應(yīng)有什么不同？

【問題4】請你設(shè)計(jì)一個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)，證明生成的氣體是O2？

【生1】用帶火星的木條，復(fù)燃。

【生2】不行。即使生成的是 O2，木條也不一定復(fù)燃 。因?yàn)闈恹}酸會(huì)揮發(fā)出大量的 HCl 氣體和水蒸氣。應(yīng)將生成的氣體依次通過盛有蒸餾水、濃硫酸的洗氣瓶，除去 HCl氣體和水蒸氣，再用帶火星的木條檢驗(yàn)（見圖3）。

【生3】我覺得還是有問題。因?yàn)?Na2O2具有強(qiáng)氧化性，濃鹽酸的還原性比較強(qiáng)，也可能生成Cl2：Na2O2+4HCl（濃）=2NaCl+2H2O+Cl2↑ 。應(yīng)該用 NaOH溶液代替蒸餾水，同時(shí)除去Cl2和HCl（見圖4）。

【問題5】請你設(shè)計(jì)一個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)，證明生成的氣體是Cl2？

已知：酸性條件下，O2+ 4I-+ 4H+= 2I2+ 2H2O。

【生1】將生成的氣體通入品紅溶液，若品紅溶液褪色，即可證明是Cl2。

【生2】將生成的氣體通入紫色石蕊溶液中，溶液先變紅后褪色，也可以證明是Cl2。

【生3】用濕潤的藍(lán)色石蕊試紙檢驗(yàn)更方便。

【課堂小結(jié)2】（1）Na2O 屬于堿性氧化物，能與 H2O、酸、CO2等發(fā)生反應(yīng)。（2）Na2O2既有氧化性又有還原性，與H2O、（非氧化性）酸、CO2發(fā)生歧化反應(yīng)，放出 O2。（3）設(shè)計(jì)檢驗(yàn)物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方案，要排除可能存在的干擾。

3.基于實(shí)驗(yàn)“探究 CO2與 NaOH 溶液反應(yīng)”復(fù)習(xí)氫氧化鈉的性質(zhì)

【實(shí)驗(yàn)情境3】將CO2緩慢通入NaOH稀溶液中，通入CO2的量不同，產(chǎn)物也不同。

【問題1】上述實(shí)驗(yàn)過程中，依次發(fā)生的反應(yīng)有哪些（用化學(xué)方程式表示）？

【問題2】若只通入少量 CO2氣體，所得溶液的溶質(zhì)是什么？請你設(shè)計(jì)一個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

供選試劑：BaCl2溶液、Ba（OH）2溶液、酚酞試劑;供選儀器：pH計(jì)、試管、燒杯、滴管。

提示：25℃時(shí)，BaCO3飽和溶液的pH=9.6。

【生】只通入少量 CO2氣體，反應(yīng)生成 Na2CO3。此時(shí)，溶液中的溶質(zhì)有過量的 NaOH 和生成的 Na2CO3。檢驗(yàn)方案：加入少量 BaCl2溶液，生成白色沉淀，證明有 Na2CO3;因?yàn)?Na2CO3水解顯堿性，會(huì)干擾 NaOH 的檢驗(yàn);所以，加入過量BaCl2溶液，除去Na2CO3;充分靜置后，取少量上層清液，用pH計(jì)測定溶液的pH，如果 pH 明顯大于9.6，證明有NaOH。

【問題3】通入一定量的 CO2氣體后，若溶液中只含一種溶質(zhì)，該溶質(zhì)可能是什么？請你設(shè)計(jì)一個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

【生】溶液中只含一種溶質(zhì)，可能是 Na2CO3或者 NaHCO3?？梢杂肂aCl2溶液驗(yàn)證，若產(chǎn)生白色沉淀，說明溶質(zhì)是Na2CO3;反之，則是NaHCO3。

【問題4】如何利用 CO2氣體和 NaOH溶液制備純凈的Na2CO3？請簡要描述實(shí)驗(yàn)方案，用化學(xué)方程式說明實(shí)驗(yàn)原理。

【生1】往NaOH溶液中通入適量CO2，控制n（CO2）∶n（NaOH）=1∶2。原理：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。

【生2】往 NaOH 溶液中通入過量 CO2，將生成的 NaHCO3分離出來，放入坩堝中灼燒至恒重。原理 ：NaOH+CO2=NaHCO3，2NaHCO3 Na2CO3+H2O+ CO2↑。

【生3】先將 NaOH 溶液分成兩等份，往其中一份中通入過量CO2，再將二者混合。原理：NaOH+CO2= NaHCO3，NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O。

【思考與交流】從操作的簡約性角度考慮，你覺得哪種實(shí)驗(yàn)方案最好？

【課堂小結(jié)3】（1）CO2和NaOH溶液反應(yīng)的產(chǎn)物與通 入的 CO2氣 體的 量有 關(guān)：CO2少 量，生成 正鹽 （Na2CO3）;CO2過量，生成酸式鹽（NaHCO3）;（2）設(shè)計(jì)物質(zhì)檢驗(yàn)方案，要排除相互間的干擾。（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的原則：科學(xué)可行、操作簡單、現(xiàn)象明顯、綠色經(jīng)濟(jì)。

4.基于實(shí)驗(yàn)“測定w（Na2CO3）”復(fù)習(xí)碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)

【實(shí)驗(yàn)情境4】某樣品中含有 Na2CO3和 NaHCO3，請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，測定樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w （Na2CO3）。

步驟1：取少量樣品于試管中，稱量，質(zhì)量記為m1g。

……

要求：簡單描述實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟，如有需要，請展示實(shí)驗(yàn)裝置圖。

學(xué)生分組討論，派代表匯報(bào)方案。

【小組一】我們小組設(shè)計(jì)的方案采用熱重法，裝置如圖5所示。將固體加熱至恒重，加熱后固體的質(zhì)量記為m2g?？梢杂?jì)算得到w（Na2CO3）。

【問題】恒重的標(biāo)準(zhǔn)是什么？

【生】多次稱量，結(jié)果質(zhì)量相差很小，就表示恒重。

【教師】一般認(rèn)為，連續(xù)兩次稱量的質(zhì)量相差小于0.1g，表示恒重。

【小組二】我們小組設(shè)計(jì)的方案采用沉淀法。將樣品配成溶液，加入足量 Ba（OH）2溶液，過濾、洗滌、干燥、稱量，可計(jì)算w（Na2CO3）。

【問題】沉淀劑能不能選擇其它物質(zhì)？

【生1】也可以選用Ca（OH）2溶液。

【生2】Ca（OH）2溶液不好，因?yàn)?Ca（OH）2微溶于水，需要的 Ca（OH）2溶液量會(huì)很大，過濾操作耗時(shí)太長。因此，我選擇用Ba（OH）2固體作沉淀劑。

【生3】CaCl2溶液或者 BaCl2溶液都可以，都能夠和Na2CO3反應(yīng)生成沉淀。

【問題】CaCl2溶液和 BaCl2溶液，哪個(gè)比較好？為什么？

【生1】CaCl2溶液比較好，因?yàn)锽a2+是重金屬離子，容易造成污染。

【生2】從測量結(jié)果的準(zhǔn)確性考慮，選擇BaCl2溶液更好。因?yàn)?Ba 的相對原子質(zhì)量比 Ca 的大得多，相對誤差更小。

【小組三】我們小組設(shè)計(jì)的方案采用量氣法，裝置如圖6所示。

【問題1】導(dǎo)管a 的作用是什么？

【生】平衡壓強(qiáng)，使稀硫酸順利流下;還可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，使測得的CO2氣體的體積更準(zhǔn)確。

【問題2】堿式滴定管中盛放的試劑是什么？理由是什么？

【生】飽和NaHCO3溶液，可以抑制 CO2溶解，使測定結(jié)果更準(zhǔn)確。

【問題3】為了使測定結(jié)果更準(zhǔn)確，計(jì)數(shù)時(shí)要注意什么問題？

【生】冷卻到室溫后，上下移動(dòng)堿式滴定管使兩邊的液面相平，視線要和凹液面的最低處、刻度線在同一直線上。

【小組四】我們小組設(shè)計(jì)的方案采用滴定法，裝置如圖7所示。

【思考與交流】上述方法中，操作最簡單的是哪

種？測定結(jié)果最準(zhǔn)確的是哪種？

【課堂小結(jié)4】（1）Na2CO3和 NaHCO3的性質(zhì)總結(jié);（2）定量實(shí)驗(yàn)的思維模型：明確目的→分析原理→設(shè)計(jì)方案→開展實(shí)驗(yàn)→數(shù)據(jù)處理→誤差分析;（3）定量實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵：減小實(shí)驗(yàn)誤差，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

七、教學(xué)反思

1.發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)價(jià)值，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)

以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一，化學(xué)實(shí)驗(yàn)對于全面發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有著極為重要的作用[5]。充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，對實(shí)驗(yàn)情境素材進(jìn)行深入探究，完成對實(shí)驗(yàn)本體的開發(fā);深入了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，結(jié)合學(xué)生思維的最近發(fā)展區(qū)，分析實(shí)驗(yàn)情境中學(xué)生在知識、能力、素養(yǎng)等方面可能的增長點(diǎn)，設(shè)置合理的探究臺階，開發(fā)有梯度的問題鏈，將復(fù)雜實(shí)驗(yàn)情境轉(zhuǎn)化為學(xué)生課堂上可完成的問題解決活動(dòng)。

2.強(qiáng)化證據(jù)推理能力，提升建模用模意識

證據(jù)推理是邏輯推理能力在化學(xué)學(xué)科中的重要的表現(xiàn)形式，要求考生能夠根據(jù)證據(jù)，對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)變化進(jìn)行分析推理[10]?；趯?shí)驗(yàn)情境開展元素化合物復(fù)習(xí)，有利于強(qiáng)化學(xué)生的證據(jù)意識，引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)對物質(zhì)的性質(zhì)、變化和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)論提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實(shí)或證偽;建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。在分析和解決實(shí)驗(yàn)問題的過程中，建立元素化合物性質(zhì)的認(rèn)知模型、物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)裝置連接模型、定量實(shí)驗(yàn)的思維模型等思維程序，以期在后續(xù)復(fù)習(xí)過程中應(yīng)用、遷移、創(chuàng)新。

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