基于學(xué)科核心素養(yǎng)的化學(xué)概念教學(xué)
——以“離子反應(yīng)”第一課時(shí)為例

袁君亞

（江蘇省江陰長涇中學(xué)，江蘇 無錫 214411）

化學(xué)概念是中學(xué)化學(xué)最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵、最核心的內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)好化學(xué)知識的首要前提，它是人們對化學(xué)研究最本質(zhì)的概括和認(rèn)識，深刻反映了過程中最本質(zhì)的化學(xué)特征。［1］

一、教學(xué)內(nèi)容分析

“離子反應(yīng)”是人教版化學(xué)必修1第二章第二節(jié)內(nèi)容，是中學(xué)化學(xué)重要的基礎(chǔ)概念之一。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年）》中對本節(jié)內(nèi)容的要求是：認(rèn)識酸、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。此前，在九年級化學(xué)教學(xué)中介紹了常見的酸、堿、鹽的組成及其性質(zhì)，并且學(xué)習(xí)了復(fù)分解反應(yīng)，知道復(fù)分解反應(yīng)的條件是生成沉淀、氣體和水，這是對水溶液中復(fù)分解反應(yīng)的宏觀認(rèn)識，但是，學(xué)生對電解質(zhì)在水溶液中的存在狀態(tài)及行為還缺乏足夠的理解和認(rèn)識，對水溶液中物質(zhì)的認(rèn)識還沒有深入到微觀這一層面，對復(fù)分解反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)還不太清楚，不能從微觀的角度分析離子的存在以及離子之間的相互作用，欠缺研究微觀問題的方法和思路。因此本節(jié)內(nèi)容在此基礎(chǔ)之上，由宏觀到微觀，揭示酸、堿、鹽在水溶液中的變化本質(zhì)——電離，從微觀粒子作用觀的角度剖析復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，從微粒的存在到離子之間的相互作用再到離子之間相互作用的結(jié)果，深刻理解水溶液中物質(zhì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì),建立研究水溶液中物質(zhì)反應(yīng)的新思路和新視角。

二、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)分析

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”5個(gè)方面：

1.通過“電離理論”化學(xué)史的學(xué)習(xí)，了解酸、堿、鹽電離成自由移動(dòng)離子的過程。

2.通過概括總結(jié)，形成酸、堿、鹽及電解質(zhì)的概念，從能否電離的角度對化合物進(jìn)行分類。

3.通過手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)探究了解復(fù)分解型離子反應(yīng)的微觀本質(zhì)是離子濃度的減少。

這些教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)的關(guān)系具體定位如圖1所示。

圖1 核心素養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為課時(shí)教學(xué)目標(biāo)

三、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)過程

（一）通過“電離理論”化學(xué)史的學(xué)習(xí)，了解酸、堿、鹽在水溶液中的電離

播放視頻，人在劇烈運(yùn)動(dòng)之后需要喝運(yùn)動(dòng)飲料，運(yùn)動(dòng)飲料中含有電解質(zhì)，揭示電解質(zhì)在人體內(nèi)的作用，在細(xì)胞內(nèi)外靠電解質(zhì)維持滲透壓，如圖2所示。

圖2 電解質(zhì)在人體內(nèi)維持滲透壓示意圖

師：電解質(zhì)在人體內(nèi)發(fā)揮巨大的作用，與我們?nèi)梭w的健康息息相關(guān)，那么什么是電解質(zhì)呢？下面我們一起來加以研究。

師：剛才視頻中提到我們最熟悉的食鹽，在人體內(nèi)產(chǎn)生離子。氯化鈉晶體中有離子，氯化鈉溶液中也有離子，它們都能導(dǎo)電嗎？為什么？

師：在化學(xué)發(fā)展過程中存在兩種觀點(diǎn)，觀點(diǎn)1：法拉第認(rèn)為溶液中的離子是在通電的條件下產(chǎn)生的。

鏈接史料：1832—1834年，法拉第首次假定電流能使鹽溶液產(chǎn)生帶電物質(zhì)，這種物質(zhì)可使溶液導(dǎo)電。就把這種能輸送電流的帶電物質(zhì)稱為離子，即法拉第認(rèn)為溶液中的離子是通電后產(chǎn)生的。

師：觀點(diǎn)2：阿累尼烏斯認(rèn)為導(dǎo)電性溶液的溶質(zhì)在水的作用下自行解離為自由移動(dòng)的離子。到底誰的觀點(diǎn)是正確的呢？

鏈接史料：1882—1883年期間，瑞典化學(xué)家阿累尼烏斯發(fā)現(xiàn)“水”是將電解質(zhì)離解成陰、陽離子的因素。阿累尼烏斯形成了“電離理論”的基本觀點(diǎn)。這一學(xué)說與當(dāng)時(shí)化學(xué)界所認(rèn)同的法拉第的觀點(diǎn)（“通電后產(chǎn)生離子”）截然不同。

實(shí)驗(yàn)：測定NaCl固體、水和NaCl溶液的導(dǎo)電性。

用電導(dǎo)率便攜式傳感器測定NaCl 固體和NaCl 溶液的導(dǎo)電性如表1所示。

表1 不同物質(zhì)的電導(dǎo)率

師：從表中可以看出，氯化鈉固體雖然含有離子但不導(dǎo)電；氯化鈉溶液很容易導(dǎo)電，而且隨著氯化鈉固體的不斷加入，電導(dǎo)率在不斷升高。有人懷疑，是否是水在導(dǎo)電呢？經(jīng)過測定，水幾乎不導(dǎo)電。充分說明是水將氯化鈉離解成陰陽離子。

師：我們通過實(shí)驗(yàn)獲得的宏觀證據(jù)，還需要從微觀角度獲得解釋，請看動(dòng)畫。

動(dòng)畫：模擬氯化鈉溶于水的電離過程。

師：有沒有其他方法使氯化鈉導(dǎo)電？

鏈接史料：1807年，英國化學(xué)家戴維嘗試用電解法從苛性鉀（KOH）中分離出鉀。但是存在這樣一個(gè)化學(xué)事實(shí)，金屬鉀遇水就會(huì)強(qiáng)烈地反應(yīng)，同時(shí)生成氫氧化鉀和氫氣。他改用電解熔融態(tài)苛性鉀的方法制得活潑金屬鉀。

結(jié)論：物質(zhì)（化合物）能導(dǎo)電是因?yàn)殡婋x而產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子。

師：歸納一下，什么是電離？

生：物質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下自行解離為離子的過程。

（二）用化學(xué)符號表征電離的過程

師：請大家根據(jù)氯化鈉的電離過程，推測硫酸、氫氧化鈉、氯酸鉀、氫氧化鋇、氯化銨、硫酸氫鈉和硫酸鐵在水溶液中的存在形式，并寫出它們的電離方程式。

學(xué)生書寫電離方程式，同一學(xué)習(xí)小組的同學(xué)相互糾錯(cuò)。

師：書寫電離方程式必須遵循質(zhì)量守恒，電離方程式的兩端原子個(gè)數(shù)必須相等；必須遵循電荷守恒，右側(cè)的離子電荷總數(shù)應(yīng)該為零。

師：結(jié)合上面的分析，如何從電離角度重新認(rèn)識酸、堿、鹽？

生：酸：電離時(shí)，生成的陽離子全部是H+的化合物。堿：電離時(shí)，生成的陰離子全部是OH-的化合物。鹽：電離時(shí)，生成金屬陽離子（或NH4+）和酸根離子的化合物。

設(shè)計(jì)意圖：本節(jié)課從化學(xué)史中阿累尼烏斯與法拉第觀點(diǎn)的不同入手，激發(fā)學(xué)生探究的興趣。以電導(dǎo)率傳感器測定出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為證據(jù)推理說明水使Na-Cl發(fā)生電離，微觀模擬NaCl的電離過程幫助學(xué)生加深理解。根據(jù)學(xué)生的電離方程式典型錯(cuò)誤進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹v解和說明，強(qiáng)化質(zhì)量守恒定律和電荷守恒原理。

師：酸堿鹽是電解質(zhì)，如何定義電解質(zhì)？

生：電解質(zhì)：在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物。

師：根據(jù)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，水也能極其微弱地電離，所以水也是一種電解質(zhì)。

師：相同體積、相同濃度的不同電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力都相同嗎？以等濃度、等體積的HCl、CH3COOH溶液為例。

實(shí)驗(yàn)：用便攜式電導(dǎo)率傳感器測定HCl 和CH3COOH溶液的電導(dǎo)率。

師：根據(jù)電導(dǎo)率的差異請大家猜測其中可能的原因。

生：兩種溶液中離子濃度大小不同，HCl中離子濃度比較大，CH3COOH中離子濃度比較小。

師：通過微觀模擬HCl 和CH3COOH 的電離過程，如圖3所示，從中可以得出什么結(jié)論？

圖3 HCl與CH3COOH電離情況示意圖

生：HCl 完全電離，CH3COOH 部分電離，CH3COOH分子和H+和CH3COO-共存。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)酸堿鹽的定義，由學(xué)生歸納總結(jié)出電解質(zhì)的定義，促使學(xué)生將概念內(nèi)化，深刻理解化學(xué)的核心概念。通過測定相同濃度的HCl 和CH3COOH 的電導(dǎo)率，讓學(xué)生了解HCl 完全電離，CH3COOH 部分電離，目的不是要講強(qiáng)弱電解質(zhì)，而是為后面離子方程式中物質(zhì)是否拆解成離子埋下伏筆。

（三）離子反應(yīng)的本質(zhì)

教師與學(xué)生活動(dòng)

師：我們已經(jīng)知道酸和堿等電解質(zhì)能在水溶液中發(fā)生電離，如果將酸和堿混合將會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)（中和反應(yīng)），那么復(fù)分解反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)是什么呢？我們以HCl和Ba(OH)2溶液的反應(yīng)來探究。

師：以你的知識，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)說明二者發(fā)生了反應(yīng)？

生：向氫氧化鋇溶液中滴加酚酞，然后逐滴滴加鹽酸，觀察溶液顏色的變化。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：液體量取1～2 mL；不要將滴管伸入試管內(nèi)，邊加邊振蕩。

演示實(shí)驗(yàn)：利用電導(dǎo)率傳感器探究中和反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)。如圖4所示。

圖4 HCL和Ba（OH）2溶液反應(yīng)情況示意圖

師：思考問題：1.BC 段是在加入比原溶液離子濃度大的溶液，為什么離子濃度不升反降？用化學(xué)方程式表示其原理。2.C點(diǎn)為什么不為0，且遠(yuǎn)大于純水的電導(dǎo)率300us/cm？

生：BC 段說明離子之間在發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致離子濃度減小；H++OH-=H2O；C 點(diǎn)時(shí)溶液中仍然存在大量離子，所以其電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于純水的電導(dǎo)率300us/cm。

師：由上述實(shí)驗(yàn)我們清楚地“看到”：鹽酸和氫氧化鋇在水溶液中混合所發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是：鹽酸電離生成的H+和氫氧化鋇電離生成的OH-結(jié)合生成水的反應(yīng)，而Cl-和Ba2+并沒有參與反應(yīng)，所以這個(gè)反應(yīng)可表示為：H++OH-=H2O。

師：像這樣的離子之間的反應(yīng)我們稱之為：離子反應(yīng)。

師：我們可以按照本實(shí)驗(yàn)的思路，探究其他復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)（如：AgNO3與NaCl，Na2CO3與HCl），不難得出：復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是離子之間的反應(yīng)，而這類離子反應(yīng)所發(fā)生的條件是：生成沉淀、氣體和水。

師：其實(shí)復(fù)分解型的離子反應(yīng)的發(fā)生條件可以歸為一點(diǎn)就是使溶液中的離子濃度減小。

師：龍江河發(fā)生鎘污染，鎘元素以Cd2+的形式存在，鎘離子有毒，嚴(yán)重影響廣大人民群眾的安全。

師：學(xué)習(xí)了離子反應(yīng)，請你們幫他們想想辦法，如何處理鎘污染。

生：讓鎘離子沉淀下來。

資料：鎘離子沉淀所需的pH。

生：投放燒堿或石灰，提高河水的pH 值讓水呈弱堿性，使Cd2+形成Cd(OH)2沉淀不溶于水并從水中分離。

視頻：實(shí)際處理過程，除沉淀法外還采用聚合氯化鋁產(chǎn)生氫氧化鋁膠體吸附Cd(OH)2。

師：大家提到化學(xué)不要談虎色變，其實(shí)化學(xué)不是產(chǎn)生問題，學(xué)好化學(xué)可以幫助人們解決問題。

設(shè)計(jì)意圖：離子反應(yīng)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師往往是引導(dǎo)學(xué)生通過肉眼觀察沉淀、氣體等的生成來反推溶液中離子數(shù)目的減少。在教學(xué)中引入手持技術(shù)，學(xué)生除了直接觀察以外，還可以通過手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)觀察到溶液其他數(shù)據(jù)的變化，比如導(dǎo)電率、pH等，且手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還可以直接形成圖像，可以更直觀地表征化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。在曲線表征方面，手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的可觀察角度更多、更全面，也更細(xì)致。通過龍江河的污染治理，讓學(xué)生知道學(xué)有所用，能夠解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題，讓學(xué)生產(chǎn)生責(zé)任感和使命感，學(xué)習(xí)化學(xué)知識必須為人類、為社會(huì)服務(wù)。

抽象的概念離不開感性材料的支撐，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)合理的問題情境提出問題，利用實(shí)驗(yàn)手段讓學(xué)生觀察、感受、分析、推理，從微觀角度進(jìn)行分析，解釋宏觀現(xiàn)象，最后抽象概括而引出概念。