弗慮胡獲 弗為胡成：“離子反應(yīng)發(fā)生條件”的難點(diǎn)突破

摘 要：基于生成難電離物質(zhì)這一“離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)及發(fā)生條件”的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究基礎(chǔ)上建構(gòu)概念，在問題解決的過程中發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。

關(guān)鍵詞：離子反應(yīng)；難電離物質(zhì)；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

一、 難點(diǎn)闡釋和學(xué)情分析

“離子反應(yīng)”是高中化學(xué)必修一第二章第二節(jié)內(nèi)容，是高中化學(xué)核心概念，在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中，位于主題2：常見的無機(jī)物及其應(yīng)用的第三部分“電離與離子反應(yīng)”。“新課標(biāo)”要求學(xué)生“認(rèn)識(shí)酸、堿、鹽等電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下能發(fā)生電離。通過實(shí)驗(yàn)事實(shí)認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件，了解常見離子的檢驗(yàn)方法?！北竟?jié)內(nèi)容承接了初中酸、堿、鹽的知識(shí)，學(xué)生在初中學(xué)習(xí)了復(fù)分解反應(yīng)概念和發(fā)生條件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解溶液中電解質(zhì)反應(yīng)的本質(zhì)，并為后面元素化合物及高二選修教材電解質(zhì)溶液的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

本節(jié)的第二課時(shí)內(nèi)容是“離子反應(yīng)發(fā)生的條件”，此課時(shí)的難點(diǎn)之一是對(duì)“離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)及發(fā)生條件”的理解。學(xué)生初中所學(xué)復(fù)分解反應(yīng)條件是生成沉淀、氣體和水，現(xiàn)在要提升至復(fù)分解反應(yīng)條件是生成難溶性物質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)和難電離物質(zhì)（包括水、弱酸、弱堿等）。受先入為主的概念影響，學(xué)生對(duì)于生成難電離物質(zhì)這種情況一下難以接受理解，更沒有對(duì)離子反應(yīng)的本質(zhì)有總體和根本的認(rèn)識(shí)。以往有的老師的處理方式是仍保留初中的說法，有的老師一帶而過，有的老師只要求學(xué)生強(qiáng)行記住復(fù)分解反應(yīng)條件新的表達(dá)方式。學(xué)生沒有真正理解，更不能消化應(yīng)用，導(dǎo)致在后續(xù)學(xué)習(xí)中出現(xiàn)各種問題。例如學(xué)習(xí)Fe3+和SCN-反應(yīng)時(shí)，雖然學(xué)生都明顯地觀察到了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但很多學(xué)生仍會(huì)固執(zhí)地把此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象錯(cuò)誤地表述為有血紅色“沉淀”。因?yàn)閷W(xué)生想生成的硫氰合鐵既不是氣體也不是水，所以錯(cuò)誤地認(rèn)為硫氰合鐵一定是沉淀，沒有它是一種難電離物質(zhì)的意識(shí)。再例如在判斷離子共存的問題時(shí)，很多學(xué)生對(duì)H+和ClO-、CH3COO-等弱酸酸根不能共存的情況始終不理解。

二、 難點(diǎn)突破的教學(xué)設(shè)計(jì)

“弗慮胡獲，弗為胡成”。如何在本節(jié)課教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生思考并進(jìn)一步探究實(shí)踐來解決此問題，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)呢？我在本節(jié)課教學(xué)過程中設(shè)計(jì)了如下教學(xué)案例來突破此難點(diǎn)。

為了讓學(xué)生在認(rèn)知酸、堿、鹽在水溶液中會(huì)發(fā)生電離的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究酸、堿、鹽在水溶液中的反應(yīng)本質(zhì)。我設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)情境和學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生分組探究。

情境：實(shí)驗(yàn)試劑（Na2CO3溶液、稀鹽酸、BaCl2溶液、NaOH溶液、CH3COONa溶液）、實(shí)驗(yàn)儀器（試管）

任務(wù)：分組探究Na2CO3溶液與另4種溶液反應(yīng)、鹽酸與另4種溶液反應(yīng)、BaCl2溶液與另4種溶液反應(yīng)、NaOH溶液與另4種溶液反應(yīng)。

（一） 問題產(chǎn)生

學(xué)生在經(jīng)過一系列探究實(shí)驗(yàn)、思考討論后，各小組派代表匯報(bào)。在實(shí)驗(yàn)探究和任務(wù)導(dǎo)學(xué)的基礎(chǔ)上，學(xué)生很快分析歸納整理出離子反應(yīng)概念、離子方程式概念、離子方程式書寫方法、離子方程式的意義等一系列知識(shí)點(diǎn)。但是不出意料，學(xué)生們對(duì)稀鹽酸和CH3COONa溶液能否反應(yīng)產(chǎn)生了疑惑。大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為兩者不能反應(yīng)，因?yàn)闆]有觀察到此反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而且假設(shè)兩者反應(yīng)，也沒有沉淀、氣體或水生成；少數(shù)學(xué)生覺得不好說、不能確定。

（二） 啟發(fā)思考

我這時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考能否通過實(shí)驗(yàn)來探究稀鹽酸和CH3COONa溶液的反應(yīng)。有的學(xué)生受用酚酞驗(yàn)證稀鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)的思路影響，想到用石蕊等指示劑來檢驗(yàn)，但立刻發(fā)現(xiàn)不可行，學(xué)生的思維陷入了僵局。

我提醒學(xué)生，用指示劑不能檢驗(yàn)此反應(yīng)是因?yàn)橹甘緞┎荒軠?zhǔn)確指示溶液pH的變化，并且除pH外，溶液中離子濃度的變化還可以通過哪些物理量來體現(xiàn)？有學(xué)生由電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)想到離子濃度的變化還可以通過電導(dǎo)率來體現(xiàn)。我便向?qū)W生介紹可以通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定溶液的pH值和電導(dǎo)率的變化（見圖1）。

圖1 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置圖

（三） 實(shí)驗(yàn)探究

取約30 mL0.005 mol/L的稀鹽酸于燒杯中，用滴定管向燒杯中逐滴滴加濃CH3COONa溶液。通過pH計(jì)和電導(dǎo)率傳感器采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X。

學(xué)生經(jīng)過思考討論，推測(cè)如果稀鹽酸和CH3COONa溶液不反應(yīng)，則溶液pH略有上升，變化不大，而電導(dǎo)率會(huì)上升；如果稀鹽酸和CH3COONa溶液反應(yīng)，則溶液pH會(huì)有明顯升高，而電導(dǎo)率則會(huì)先降低，恰好完全反應(yīng)后再上升。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)如圖2所示，稀鹽酸和CH3COONa溶液的確發(fā)生了反應(yīng)。

圖2 稀鹽酸和CH3COONa溶液反應(yīng)pH、電導(dǎo)率變化圖

（四） 問題突破

實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的思考，稀鹽酸和CH3COONa溶液反應(yīng)沒有沉淀、氣體和水生成，為什么能發(fā)生？反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么？學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并依據(jù)Na+和Cl-在溶液中不可能結(jié)合，推理反應(yīng)實(shí)質(zhì)是H++CH3COO-CH3COOH。CH3COOH是弱酸，在水溶液中可以電離但電離程度小。反之，H+和CH3COO-可以結(jié)合成CH3COOH分子，所以稀鹽酸和CH3COONa可以反應(yīng)，導(dǎo)致pH會(huì)有明顯變化，電導(dǎo)率也會(huì)下降。

學(xué)生在初中復(fù)分解反應(yīng)條件的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：復(fù)分解類型離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是反應(yīng)向溶液中離子濃度減小的方向進(jìn)行，發(fā)生的條件是生成難溶性物質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)或難電離物質(zhì)，其中難電離物質(zhì)包括弱酸、弱堿和水等。

通過以上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，學(xué)生通過思考和實(shí)踐真正理解了離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)及發(fā)生條件。

（五） 思維提升

令人欣喜的是，同學(xué)們不僅僅滿足于得出結(jié)論，還進(jìn)一步展開了思考與討論。

有的同學(xué)提出可以利用以上實(shí)驗(yàn)的原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證NaOH溶液和NH4Cl溶液的反應(yīng)。有的同學(xué)提出可以把上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)整合在一起，用濃CH3COONH4溶液分別與稀鹽酸、稀NaOH溶液反應(yīng)，測(cè)量pH值與電導(dǎo)率的變化。有的同學(xué)提出NH+4+OH-NH3·H2O，NH3·H2O會(huì)分解生成NH3和H2O的反應(yīng)其實(shí)類似于鹽酸和Na2CO3溶液的反應(yīng)，H+和CO2-3其實(shí)先結(jié)合生成了弱酸H2CO3，這正符合今天得到的生成弱酸的結(jié)論，H2CO3再分解為CO2氣體和H2O。還有的同學(xué)提出在做向Na2CO3溶液中逐滴滴加稀鹽酸的實(shí)驗(yàn)時(shí)，開始時(shí)氣泡并不明顯，后來才有大量氣泡，當(dāng)時(shí)不敢提問，現(xiàn)在經(jīng)過思考，是不是Na2CO3和稀鹽酸一開始生成了難電離的NaHCO3。立刻就有同學(xué)站起來同意他生成NaHCO3的觀點(diǎn)，但同時(shí)指出NaHCO3是鹽，是完全電離的，難電離的是HCO3-，一開始發(fā)生了H++CO2-3HCO3-的反應(yīng)。

真是一石激起千層浪，給了學(xué)生一顆火種，學(xué)生思維火花的劇烈地燃燒碰撞，學(xué)生的創(chuàng)新性思維被激發(fā)了起來。

三、 教學(xué)反思

（一） 弗慮胡獲，任務(wù)導(dǎo)學(xué)，進(jìn)行難點(diǎn)突破

在以往的本節(jié)課教學(xué)中，老師一般反復(fù)訓(xùn)練學(xué)生書寫一些重要的、易錯(cuò)的離子方程式，而對(duì)“離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)及發(fā)生條件”這一難點(diǎn)一帶而過。學(xué)生對(duì)離子反應(yīng)產(chǎn)生難電離物質(zhì)這種情況沒有經(jīng)過自己的思考，也就沒有直觀地認(rèn)識(shí)和理解，所以導(dǎo)致離子方程式書寫時(shí)經(jīng)常將弱酸、弱堿拆分書寫，同時(shí)也為后續(xù)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)留下了隱患。本節(jié)課我設(shè)計(jì)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生通過若干問題的層層引導(dǎo)，思考討論，不僅順利地自我感悟出離子方程式書寫及意義，而且對(duì)復(fù)分解反應(yīng)生成難電離物質(zhì)這種情況有了深入地了解，能夠從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析和解決實(shí)際問題。學(xué)生在針對(duì)這些問題的探究思考、小組討論交流及相互評(píng)價(jià)的過程中培養(yǎng)了獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神，最終在反思已有知識(shí)點(diǎn)不足的基礎(chǔ)上，突破難點(diǎn)，完善了離子反應(yīng)知識(shí)體系的自我建構(gòu)。

（二） 弗為胡成，實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

因?yàn)橛脗鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法無法對(duì)復(fù)分解反應(yīng)生成難電離物質(zhì)這種情況進(jìn)行驗(yàn)證，所以在以往的教學(xué)中，老師大多只能采取讓學(xué)生記住并強(qiáng)化練習(xí)的方法使學(xué)生掌握。但學(xué)生并沒有真正理解，更不會(huì)加以運(yùn)用。新課標(biāo)中提出通過測(cè)定電流或溶液電導(dǎo)率的變化來探究溶液中離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)及發(fā)生條件。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)放大了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同學(xué)都能觀察到相關(guān)數(shù)據(jù)的變化，將化學(xué)反應(yīng)中的微觀離子的變化通過宏觀數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行直觀表征，促進(jìn)了學(xué)生從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)和圖像讓學(xué)生基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)的變化提出了假設(shè)，并分析推理進(jìn)行證實(shí)。實(shí)驗(yàn)加深了學(xué)生對(duì)離子反應(yīng)概念的理解并完善知識(shí)體系的自主建構(gòu)，為以后元素化合物、電解質(zhì)溶液等知識(shí)的學(xué)習(xí)夯實(shí)了基礎(chǔ)。引導(dǎo)學(xué)生探究的過程更像燎原的火種，激發(fā)了學(xué)生思維品質(zhì)的爆發(fā)和對(duì)科學(xué)探究的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神?！半x子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)及發(fā)生條件”這一難點(diǎn)突破的教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，通過實(shí)踐使學(xué)生獲得了極大的成就感，有效提升了學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

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作者簡(jiǎn)介：

江偉，江蘇省南京市，南京市第三高級(jí)中學(xué)。