四重表征在高中化學離子反應教學中的應用

摘要：本文對四重表征進行介紹，并根據(jù)離子反應概念教學中存在的問題，利用四重表征進行離子反應概念的建構(gòu)，提高學生四重表征能力，突破了離子反應教學的難點。

關(guān)鍵詞：四重表征；離子反應；微觀表征；符號表征；曲線表征

一、 四重表征的涵義

四重表征是指對化學反應從宏觀、微觀、符號和曲線四個角度進行表征，四種表征形式并不是孤立的，而是緊密聯(lián)系且能相互轉(zhuǎn)化的。宏觀表征是化學反應中發(fā)生的宏觀現(xiàn)象如顏色變化、氣體生成、沉淀生成以及發(fā)光放熱等。微觀表征指用分子、原子、離子等微觀粒子的組成結(jié)構(gòu)以及相互作用來表征化學反應。符號表征指用化學符號如化學式、化學方程式、離子方程式等化學符號來表征化學反應。曲線表征是指利用數(shù)學中的直角坐標系來表征化學反應中的一個量隨著另外一個量的變化而變化，并在坐標軸中用曲線來表示這種變化的趨勢?；瘜W實驗數(shù)據(jù)能體現(xiàn)在曲線的起點、折點、終點以及曲線的走向和變化趨勢上，通過分析數(shù)據(jù)的變化可以考查化學反應的有關(guān)規(guī)律?？v觀歷年高考，圖表題幾乎都在考查學生曲線表征的應用能力。曲線表征的分析應用能有效培養(yǎng)學生定量處理化學問題的能力。

二、 離子反應教學存在的問題及其分析

學生學習完離子反應后應該能從微觀視角看待溶液中的微粒之間的化學反應，看待化學反應的視角從宏觀轉(zhuǎn)向微觀。經(jīng)過筆者對離子反應教學情況的了解，存在以下問題：

（一） 學生只是從復分解反應的角度理解離子反應，沒有從離子等微觀角度認識離子反應。如認為離子反應是生成難溶物、揮發(fā)性物質(zhì)或水的化學反應。對于有些離子為什么沒有發(fā)生離子反應非常困惑，如將NaOH溶液與鹽酸混合在一起，OH-與H+反應生成H2O，而Na+與Cl-為什么不能反應生成NaCl。

（二） 學生對于電解質(zhì)在水中的存在形態(tài)缺乏認識，書寫離子方程式也就是從“寫、拆、刪、查”這四個步驟進行，對于什么物質(zhì)要拆成離子形式，機械地進行記憶，而不知道根本原因。這些都是造成離子方程式書寫困難的原因。

三、 基于四重表征的離子反應教學

由于離子等微觀粒子看不見摸不著，對于學生來說是比較抽象的。教師如果僅根據(jù)離子反應的定義的描述和離子方程式書寫的訓練來教授離子反應，是不能使學生建立微觀認識的。筆者認為用四重表征的教學模式進行離子反應概念教學是非常有效的。利用四重表征對概念進行多維度的建構(gòu)，首先從實驗的宏觀現(xiàn)象分析入手，引導學生深入思考討論其微觀本質(zhì)，由此揭示離子反應的內(nèi)涵，并通過離子方程式這個化學符號來表征離子反應，同時結(jié)合實驗數(shù)據(jù)變化引入曲線表征，將學生對離子反應的認識從定性提高到定量，從而形成水溶液中微粒相互作用的微觀認識。

（一） 宏觀表征激發(fā)探究離子反應欲望

建立宏觀表征的主要途徑是進行化學實驗，而化學實驗是離子反應概念建立的重要手段。由于離子反應要求學生從微觀層面來了解物質(zhì)在水溶液中的相互作用，而高一學生的抽象思維能力還比較弱，筆者認為必須讓學生對典型離子反應實驗現(xiàn)象進行宏觀表征，這樣才能引起學生探究離子反應的欲望。

筆者設(shè)置以下幾個實驗：實驗1：Na2CO3溶液與HCl溶液反應，宏觀現(xiàn)象為產(chǎn)生無色無味的氣體。實驗2：將鹽酸滴入含有酚酞的Ba（OH）2溶液中，并用電導率傳感器來測定溶液的導電能力變化情況。溶液的紅色褪去，電導率變化情況如圖1所示。實驗3：將稀硫酸滴入含有酚酞的Ba（OH）2溶液中，并用電導率傳感器來測定溶液的導電能力變化情況。溶液的紅色褪去，同時有白色沉淀生成，電導率變化情況如圖2所示。實驗4：將同濃度的氯化鈉溶液滴入硝酸鉀溶液中，并用電導率傳感器來測定其導電能力變化情況，如圖3所示。

（二） 微觀表征探尋離子反應的本質(zhì)

根據(jù)以上4個實驗宏觀現(xiàn)象的觀察，設(shè)置以下問題，要求學生進行思考討論：

問題1：為什么復分解反應的條件是有沉淀、氣體或者水生成？實驗4中硝酸鉀與氯化鈉能發(fā)生復分解反應嗎？

學生在初中時并沒有深入思考過復分解反應生成沉淀、氣體或者水的本質(zhì)原因，因此這個問題可以引發(fā)學生探究興趣。硝酸鉀與氯化鈉混合在一起根據(jù)復分解反應的條件來判斷是不能發(fā)生反應的，但是根據(jù)初中學習過的化學反應的定義：能生成新的物質(zhì)的反應就是化學反應，學生認為硝酸鉀與氯化鈉相互交換成分后生成了硝酸鈉和氯化鉀，有生成新的物質(zhì)。這時學生就產(chǎn)生了認知沖突，有了解決問題的沖動。這時教師再通過展示兩種物質(zhì)混合在一起的flash動畫，引導學生分析硝酸鉀和氯化鈉中所含有的離子有哪些，根據(jù)溶解性這些物質(zhì)在溶液中還是以離子的形式存在，并不能結(jié)合成“沉淀、氣體或者水”而脫離出溶液，溶液中這些離子并沒有減少，因此并沒有發(fā)生反應。

問題2：實驗1中碳酸鈉溶液和鹽酸中分別含有什么離子？為什么會產(chǎn)生CO2氣體？哪些微粒間發(fā)生相互作用？實驗2的現(xiàn)象如何解釋？

學生有了上個問題的鋪墊，很快分析出是溶液中的CO2-3和H+結(jié)合生成H2CO3，然后H2CO3不穩(wěn)定分解產(chǎn)生CO2氣體和H2O，從而導致溶液中兩種離子濃度的減少，化學反應就發(fā)生了。學生已經(jīng)能從微粒的角度去分析問題了。進一步追問：Na+和Cl-是否發(fā)生反應呢？學生已經(jīng)能根據(jù)氯化鈉在水溶液中的電離情況判斷出氯化鈉在水溶液中還是以離子的形式存在。對于實驗2的解釋進一步深化了對離子反應的微觀認識。

通過前面的討論，學生已經(jīng)能從微觀角度來分析這些復分解反應，教師這時候就順勢提出離子反應的概念，在溶液中有離子參加的反應叫做離子反應。學生能感受到這些復分解反應的本質(zhì)是離子反應，反應過程中有離子參加反應而導致這些離子減少，當然也可能有些離子沒有參加反應。教師要提醒學生，有些離子反應也有生成新的離子，而且離子反應不一定是復分解反應。

（三） 符號表征揭示離子反應內(nèi)涵

如何用化學符號來表征這些離子反應呢？用“寫、拆、刪、查”四步法不能引導學生從微觀視角理解離子反應的實質(zhì)。為了將學生的認知從宏觀引向微觀，把握離子反應的實質(zhì)，筆者引導學生根據(jù)以下步驟書寫離子方程式：第一步，從微觀角度分析反應物質(zhì)在溶液中的存在形式；第二步，判斷溶液中哪些微粒能發(fā)生相互作用；第三步，用離子符號表示實際參加反應的離子或生成的離子，難溶、難電離物質(zhì)用化學式表示。

（四） 曲線表征定量理解離子反應本質(zhì)

離子反應的難點之一是反應中的定量關(guān)系。如果能將基于宏觀現(xiàn)象的定性分析上升到定量計算，能使學生加深對離子反應微觀過程的理解。筆者根據(jù)實驗2、3、4的溶液電導率變化曲線圖引導學生分析以下問題：實驗2（圖1）和實驗3（圖2）溶液導電能力變化的趨勢有什么異同之處，為什么？實驗4（圖3）中溶液導電能力為什么沒有變化？

溶液的導電能力與溶液中離子濃度的大小有關(guān)，圖1中由于H+與OH-結(jié)合成H2O而導致離子濃度減小，但是M點導電能力不為零，這充分說明Ba2+與Cl-不發(fā)生離子反應。圖2中M點接近于零說明了Ba2+ 與SO2-4 結(jié)合生成BaSO4，H+與OH-結(jié)合成H2O而導致溶液中離子濃度接近于零，這與宏觀現(xiàn)象“溶液由紅色變成無色且產(chǎn)生白色沉淀”非常吻合，深刻揭示了離子反應的微觀本質(zhì)。實驗4中溶液的導電能力沒有明顯的變化，這說明溶液的離子的濃度大小沒有變化，離子之間并沒有發(fā)生離子反應。

四、 結(jié)語

總之，基于四重表征的離子反應概念教學以實驗為載體，豐富了學生宏觀表征，有利于幫助學生深入思考微觀粒子間的相互作用，同時使用動畫等微觀模擬使微觀粒子可視化，從而形成微觀表征，突破了離子反應教學的難點。離子方程式能客觀地體現(xiàn)離子反應的本質(zhì)，在溝通宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)之間的聯(lián)系起到重要作用。因此概念教學中教師要引導學生理解符號表征對于微觀表征和宏觀表征的中介橋梁作用。數(shù)字化實驗能將實驗結(jié)果以數(shù)據(jù)和圖形的形式更加直觀地表示出來形成曲線表征，將化學實驗從定性研究引向定量研究，學生能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和宏觀實驗現(xiàn)象分析得出更加可靠的結(jié)論，為深層次理解離子反應概念起到重要的作用，提高學生定量研究問題的能力。

參考文獻：

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作者簡介：林秋華，福建省福安市第三中學。endprint