徐 璐

(湖北省宜昌市第一中學(xué),湖北 宜昌 443099)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》要求學(xué)生能從宏觀和微觀結(jié)合、定性與定量結(jié)合上收集證據(jù),能依據(jù)證據(jù)從不同視角分析問題,并推出合理的結(jié)論[1].現(xiàn)以“水的電離和溶液的pH”一課為例,探討學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)在中學(xué)教學(xué)中的具體實施.

1 教材分析

“水的電離和溶液的pH”是人教版高中化學(xué)選擇性必修1第三章第二節(jié)第一課時的內(nèi)容.本課時內(nèi)容包括:水的電離,溶液的酸堿性與pH.本節(jié)內(nèi)容是對“電解質(zhì)的電離”學(xué)習(xí)的進(jìn)一步深化,也是對“電離平衡”相關(guān)知識的鞏固,同時為學(xué)習(xí)“鹽類的水解”提供知識儲備.

2 課時目標(biāo)

(1)學(xué)會書寫水的電離方程式,理解水的離子積含義及適用范圍;知道pH的意義及數(shù)學(xué)表達(dá)式,并能進(jìn)行簡單計算;

(2)利用已有知識進(jìn)行證據(jù)推理,理解溫度、外加酸堿對水的電離平衡的影響;

(3)通過分組實驗培養(yǎng)動手能力和合作學(xué)習(xí)能力,進(jìn)一步了解科學(xué)探究的一般方法,養(yǎng)成勤于實踐,善于合作,勇于創(chuàng)新的科學(xué)探究精神;

(4)了解pH在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用,體會化學(xué)科學(xué)的發(fā)展對提高人類生活質(zhì)量的積極作用,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任.

教學(xué)重點:水的離子積常數(shù)、影響水的電離平衡的因素、溶液的酸堿性與pH.

教學(xué)難點:水的離子積常數(shù)適用范圍、影響水的電離平衡的因素.

3 教學(xué)用品

NaOH溶液(0.01 mol/L、0.1 mol/L)、鹽酸(0.1 mol/L)、pH計、濾紙、磁力加熱攪拌器、溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器.希沃授課助手、LAB-PORT2數(shù)據(jù)采集器、Lab-Studio數(shù)據(jù)分析軟件.

4 教法學(xué)法

教法:情境激學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動法、推理歸納法等;

學(xué)法:實驗探究法、類比歸納法、合作學(xué)習(xí)法等.

5 教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一:創(chuàng)設(shè)情境,矛盾凸現(xiàn).

【情境引入】展示圖1:蔚藍(lán)色的波濤拍打著兩岸的巖壁,在水面上撲騰起一簇簇浪花,這一望無際的海洋孕育了美麗富饒的寶島臺灣.圖2:長江三峽滋養(yǎng)了一代代華夏兒女,孕育了璀璨的中華文明.以“共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā)”為導(dǎo)向,推動長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的戰(zhàn)略部署,更是強(qiáng)調(diào)了“水”資源不容小覷的意義和價值.水不僅重要,水還有特殊的一面.讓我們走上探索之旅,一起學(xué)習(xí)水的電離和溶液的pH.

【疑激導(dǎo)學(xué)】水為何特殊?例如:水作為一種共價化合物在液態(tài)時卻能導(dǎo)電,為什么?

設(shè)計意圖:通過介紹長江三峽的江水,使學(xué)生從多個角度認(rèn)識水,了解水的重要性和“共抓大保護(hù),不搞大開發(fā)”戰(zhàn)略部署的重大意義,培養(yǎng)社會責(zé)任感.通過水的特殊性引發(fā)思維沖突,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣.

環(huán)節(jié)二:科學(xué)史話,模型認(rèn)知.

【科學(xué)史話】1806年,化學(xué)家格羅特斯提出:水分子通過氧原子將質(zhì)子從一個水分子傳遞給另一個水分子,如同分子接力賽.2016年,耶魯大學(xué)化學(xué)教授馬克約翰遜團(tuán)隊對水分子中發(fā)生的電子遷移拍攝了光譜快照,證實了格羅特斯理論,認(rèn)為水發(fā)生了電離.

【知識建構(gòu)】水分子之間相互作用而電離出水合氫離子與氫氧根,可簡寫為水電離出氫離子和氫氧根.

【任務(wù)驅(qū)動】請在學(xué)案上寫出水的電離平衡常數(shù)表達(dá)式.

【教師講解】常溫下,1 L水中只有1×10-7mol水發(fā)生了電離.

【任務(wù)驅(qū)動】請求出此時水中的c(H+)和c(OH-).

【學(xué)生回答】均為1×10-7mol/L.

【教師講解】可見水的電離程度極其微弱,c(H2O)可視為常數(shù),K電離也是常數(shù),故c(H+)與c(OH-)的乘積為常數(shù),稱為水的離子積常數(shù),用Kw表示,它與溫度有關(guān).常溫Kw為1×10-14.Kw不僅適用于純水,也適用于稀的電解質(zhì)水溶液,且Kw表達(dá)式中c(H+)與c(OH-)表示的是溶液中總的c(H+)與總的c(OH-).

設(shè)計意圖:科學(xué)史話拓展學(xué)生視野,使學(xué)生了解科學(xué)研究的重大意義.書寫水的電離平衡常數(shù)表達(dá)式,回顧舊知并為引入Kw做鋪墊,Kw的引入為后續(xù)微觀探析中證據(jù)推理提供知識儲備.

環(huán)節(jié)三:微觀探析,證據(jù)推理.

【教師提問】根據(jù)影響弱電解質(zhì)電離平衡的因素思考:水的電離平衡可能受什么因素影響?

【學(xué)生回答】1. 溫度;2.c(H+) 、c(OH-)

【微觀探析一】測定不同溫度時蒸餾水的電導(dǎo)率

【教師提問】觀察到什么實驗現(xiàn)象?得出什么結(jié)論?

【學(xué)生回答】溫度升高,蒸餾水的電導(dǎo)率呈增大趨勢.升高溫度,水的電離平衡正向移動,水的離子積常數(shù)增大.

【教師講解】請看表格,了解不同溫度時水的離子積常數(shù).已知純水在某溫度下的Kw,將Kw開平方即可得此時純水中的c(H+).這些數(shù)值很小,不方便表示,故引入pH,即c(H+)的負(fù)對數(shù)表示溶液中c(H+)的大小來表示.

【教師講解】改變c(H+)或c(OH-)會使水的電離平衡如何移動?增大c(H+)或c(OH-)會使水的電離平衡中生成物濃度增大,此時平衡如何移動?

【學(xué)生回答】逆向移動.

【問題凸現(xiàn)】加入酸堿的濃度不同對水電離的抑制程度如何?

【微觀探析二】測量常溫時一定濃度的鹽酸或NaOH溶液的pH.

【教師講解】本實驗使用到的實驗儀器及用品有:pH計(精確度:0.1),濾紙,小燒杯等.

【實驗探究】分組實驗:用pH計平行測定三次,計算平均值.

【數(shù)據(jù)分析】

第一組:c(H+)=c水(H+)=c水(OH-)=1×10-12mol/L,c(OH-)=1×10-2mol/L;

第二組:c(H+)=c水(H+)=c水(OH-)=1×10-13mol/L,c(OH-)=1×10-1mol/L;

第三組:c(H+)=1×10-1mol/L,c(OH-)=1×10-13mol/L=c水(H+)=c水(OH-)=1×10-13mol/L.

【教師提問】對比第一、二組實驗數(shù)據(jù),思考問題1:向水中加入堿的濃度不同對水電離的抑制程度如何?

【學(xué)生回答】堿的濃度越大,對水電離的抑制程度越大;

【教師追問】問題2:向水中加入的酸中c(H+) 或加入的堿中c(OH-)相等時,對水電離的抑制程度如何?

【學(xué)生回答】對水電離的抑制程度相等.

設(shè)計意圖:數(shù)字化實驗儀器可以將不易觀察的實驗現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn),可提高學(xué)生證據(jù)意識.

環(huán)節(jié)四:遷移應(yīng)用,歸納演繹.

【任務(wù)驅(qū)動】結(jié)合所學(xué)知識完成遷移應(yīng)用練習(xí)題.學(xué)生分組匯報練習(xí)題答案.

【教師提問】只有酸溶液中才存在H+,堿溶液中才存在OH-,對嗎?

【學(xué)生回答】不對.任何水溶液中都存在H+和OH-.

【教師追問】溶液的酸堿性由什么決定?

【學(xué)生回答】c(H+)和c(OH-)的相對大小.

【教師追問】能否根據(jù)pH判斷溶液酸堿性?

【學(xué)生回答】可以.

【教師講解】25 ℃時,pH<7溶液顯酸性,pH=7溶液顯中性,pH>7溶液顯堿性.

【教師追問】純水顯中性.為什么此時pH<7?

【學(xué)生回答】因為溫度不是25 ℃.

【教師追問】用pH判斷溶液酸堿性時必須考慮什么外界條件?

【學(xué)生回答】溫度.

【模型認(rèn)知】1.溶液的酸堿性由c(H+)和c(OH-)相對大小決定

c(H+)=c(OH-):中性;c(H+)>c(OH-):酸性;c(H+)

2.pH的大小與溶液酸堿性的關(guān)系(常溫)

pH<7 酸性;pH=7 中性;pH>7 堿性

設(shè)計意圖:對比歸納總結(jié)判斷溶液酸堿性的依據(jù),強(qiáng)調(diào)“根據(jù)pH判斷溶液酸堿性必須考慮溫度”,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度.

環(huán)節(jié)五:拓展視野,整合提高.

【教師講解】pH在日常生活生產(chǎn)中應(yīng)用也很廣泛.閱讀教材,回答問題:洗完頭發(fā)后需要涂抹護(hù)發(fā)素,為什么?

【學(xué)生回答】護(hù)發(fā)素具有調(diào)節(jié)頭發(fā)pH使之達(dá)到適宜酸堿度的功能.

【知識建構(gòu)】組織學(xué)生進(jìn)行知識整理.

【教師總結(jié)】本節(jié)課通過科學(xué)史話認(rèn)識了水的電離過程;進(jìn)而通過微觀探析探究影響水的電離的因素及不同濃度酸或堿對水電離的抑制程度;通過對比數(shù)據(jù)掌握判斷溶液酸堿性的依據(jù);通過拓展視野了解pH在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用.

【作業(yè)設(shè)計】完成教材P68第1、2、3、6題

6 結(jié)束語

本節(jié)課由自然界的水展開,了解水的重要性,引發(fā)學(xué)生共情,使學(xué)生從生活世界走進(jìn)化學(xué)世界.了解pH在日常生活生產(chǎn)中的應(yīng)用時,以學(xué)生熟悉的問題展開,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望,并在這一過程中體會化學(xué)科學(xué)的社會價值.

本節(jié)課通過科學(xué)史話、動畫模擬等引導(dǎo)學(xué)生從宏觀(水能導(dǎo)電)到微觀(水能電離),從理論(水的電離平衡移動方向)到實際(溶液酸堿性的變化)視角進(jìn)行原理揭示,并用框圖的形式對這一認(rèn)識思路顯性化,學(xué)生按此認(rèn)識思路就能夠進(jìn)行遷移.