基于學科核心素養的化學概念教學

袁君亞

[摘 要] 《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確指出學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。在化學概念的教學中需要培養學生的核心素養，以“離子反應”的教學為例進行具體說明。通過情境創設了解酸堿鹽的電離;歸納總結電解質的概念;探究分析不同電解質的電離程度不同;實驗探究獲得復分解反應型離子反應的實質;運用概念解決實際問題。

[關鍵詞] 學科核心素養;概念教學;離子反應

化學概念是中學化學最基礎、最關鍵、最核心的內容，是學生學好化學知識的首要前提，它是人們對化學研究最本質的概括和認識，深刻反映了過程中最本質的化學特征。[1]

一、教學內容分析

“離子反應”是人教版化學必修1第二章第二節內容，是中學化學重要的基礎概念之一?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年）》中對本節內容的要求是：認識酸、堿、鹽等電解質在水溶液中或熔融狀態下能發生電離。此前，在九年級化學教學中介紹了常見的酸、堿、鹽的組成及其性質，并且學習了復分解反應，知道復分解反應的條件是生成沉淀、氣體和水，這是對水溶液中復分解反應的宏觀認識，但是，學生對電解質在水溶液中的存在狀態及行為還缺乏足夠的理解和認識，對水溶液中物質的認識還沒有深入到微觀這一層面，對復分解反應的微觀實質還不太清楚，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。因此本節內容在此基礎之上，由宏觀到微觀，揭示酸、堿、鹽在水溶液中的變化本質——電離，從微觀粒子作用觀的角度剖析復分解反應的實質，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果，深刻理解水溶液中物質發生復分解反應的微觀實質，建立研究水溶液中物質反應的新思路和新視角。

二、基于化學核心素養的教學目標分析

高中化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任” 5個方面：

1.通過“電離理論”化學史的學習，了解酸、堿、鹽電離成自由移動離子的過程。

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

3.通過手持技術實驗探究了解復分解型離子反應的微觀本質是離子濃度的減少。

這些教學目標與核心素養的關系具體定位如圖1所示。

三、基于化學核心素養的教學過程

（一）通過“電離理論”化學史的學習，了解酸、堿、鹽在水溶液中的電離

播放視頻，人在劇烈運動之后需要喝運動飲料，運動飲料中含有電解質，揭示電解質在人體內的作用，在細胞內外靠電解質維持滲透壓，如圖2所示。

師：電解質在人體內發揮巨大的作用，與我們人體的健康息息相關，那么什么是電解質呢？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，在人體內產生離子。氯化鈉晶體中有離子，氯化鈉溶液中也有離子，它們都能導電嗎？為什么？

師：在化學發展過程中存在兩種觀點，觀點1：法拉第認為溶液中的離子是在通電的條件下產生的。

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

師：觀點2：阿累尼烏斯認為導電性溶液的溶質在水的作用下自行解離為自由移動的離子。到底誰的觀點是正確的呢？

鏈接史料：1882—1883年期間，瑞典化學家阿累尼烏斯發現“水”是將電解質離解成陰、陽離子的因素。阿累尼烏斯形成了“電離理論”的基本觀點。這一學說與當時化學界所認同的法拉第的觀點（“通電后產生離子”）截然不同。

實驗：測定NaCl固體、水和NaCl溶液的導電性。

用電導率便攜式傳感器測定NaCl固體和NaCl溶液的導電性如表1所示。

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

師：我們通過實驗獲得的宏觀證據，還需要從微觀角度獲得解釋，請看動畫。

動畫：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電？

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

結論：物質（化合物）能導電是因為電離而產生自由移動的離子。

師：歸納一下，什么是電離？

生：物質在水溶液中或熔融狀態下自行解離為離子的過程。

（二）用化學符號表征電離的過程

師：請大家根據氯化鈉的電離過程，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。

學生書寫電離方程式，同一學習小組的同學相互糾錯。

師：書寫電離方程式必須遵循質量守恒，電離方程式的兩端原子個數必須相等;必須遵循電荷守恒，右側的離子電荷總數應該為零。

師：結合上面的分析，如何從電離角度重新認識酸、堿、鹽？

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

設計意圖：本節課從化學史中阿累尼烏斯與法拉第觀點的不同入手，激發學生探究的興趣。以電導率傳感器測定出的實驗數據作為證據推理說明水使NaCl發生電離，微觀模擬NaCl的電離過程幫助學生加深理解。根據學生的電離方程式典型錯誤進行適當的講解和說明，強化質量守恒定律和電荷守恒原理。

師：酸堿鹽是電解質，如何定義電解質？

生：電解質：在水溶液中或熔融狀態下能導電的化合物。

師：根據電導率數據可以發現，水也能極其微弱地電離，所以水也是一種電解質。

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

實驗：用便攜式電導率傳感器測定HCl和CH3COOH溶液的電導率。

師：根據電導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論？

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

設計意圖：根據酸堿鹽的定義，由學生歸納總結出電解質的定義，促使學生將概念內化，深刻理解化學的核心概念。通過測定相同濃度的HCl和CH3COOH的電導率，讓學生了解HCl完全電離，CH3COOH部分電離，目的不是要講強弱電解質，而是為后面離子方程式中物質是否拆解成離子埋下伏筆。

（三）離子反應的本質

教師與學生活動

師：我們已經知道酸和堿等電解質能在水溶液中發生電離，如果將酸和堿混合將會發生復分解反應（中和反應），那么復分解反應的微觀實質是什么呢？我們以HCl和Ba（OH）2溶液的反應來探究。

師：以你的知識，設計實驗說明二者發生了反應？

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。

學生實驗：液體量取1～2 mL;不要將滴管伸入試管內，邊加邊振蕩。

演示實驗：利用電導率傳感器探究中和反應的微觀實質。如圖4所示。

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？用化學方程式表示其原理。2.C點為什么不為0，且遠大于純水的電導率300us/cm？

生：BC段說明離子之間在發生反應，導致離子濃度減小;H++OH-=H2O;C點時溶液中仍然存在大量離子，所以其電導率遠大于純水的電導率300us/cm。

師：由上述實驗我們清楚地“看到”：鹽酸和氫氧化鋇在水溶液中混合所發生的復分解反應的實質就是：鹽酸電離生成的H+和氫氧化鋇電離生成的OH-結合生成水的反應，而Cl-和Ba2+并沒有參與反應，所以這個反應可表示為：H++OH-=H2O。

師：像這樣的離子之間的反應我們稱之為：離子反應。

師：我們可以按照本實驗的思路，探究其他復分解反應的實質（如：AgNO3與NaCl， Na2CO3與HCl ），不難得出：復分解反應的實質就是離子之間的反應，而這類離子反應所發生的條件是：生成沉淀、氣體和水。

師：其實復分解型的離子反應的發生條件可以歸為一點就是使溶液中的離子濃度減小。

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

師：學習了離子反應，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：實際處理過程，除沉淀法外還采用聚合氯化鋁產生氫氧化鋁膠體吸附Cd（OH）2。

師：大家提到化學不要談虎色變，其實化學不是產生問題，學好化學可以幫助人們解決問題。

設計意圖：離子反應的傳統實驗教學中，教師往往是引導學生通過肉眼觀察沉淀、氣體等的生成來反推溶液中離子數目的減少。在教學中引入手持技術，學生除了直接觀察以外，還可以通過手持技術實驗系統觀察到溶液其他數據的變化，比如導電率、pH等，且手持技術實驗系統還可以直接形成圖像，可以更直觀地表征化學反應的進程。在曲線表征方面，手持技術實驗比傳統實驗的可觀察角度更多、更全面，也更細致。通過龍江河的污染治理，讓學生知道學有所用，能夠解決生產、生活中的實際問題，讓學生產生責任感和使命感，學習化學知識必須為人類、為社會服務。

抽象的概念離不開感性材料的支撐，通過創設真實合理的問題情境提出問題，利用實驗手段讓學生觀察、感受、分析、推理，從微觀角度進行分析，解釋宏觀現象，最后抽象概括而引出概念。

參考文獻

[1]王濤.歸類理論在化學概念學習中的應用[J].教學與管理， 2003，（12）：42-43.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：3.

責任編輯 滿令怡