弗慮胡獲 弗為胡成：“離子反應發生條件”的難點突破

摘 要：基于生成難電離物質這一“離子反應的實質及發生條件”的學習難點，通過數字化實驗手段，引導學生在實驗探究基礎上建構概念，在問題解決的過程中發展學生化學學科核心素養水平。

關鍵詞：離子反應；難電離物質；數字化實驗；化學學科核心素養

一、 難點闡釋和學情分析

“離子反應”是高中化學必修一第二章第二節內容，是高中化學核心概念，在《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）中，位于主題2：常見的無機物及其應用的第三部分“電離與離子反應”。“新課標”要求學生“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。通過實驗事實認識離子反應及其發生的條件，了解常見離子的檢驗方法。”本節內容承接了初中酸、堿、鹽的知識，學生在初中學習了復分解反應概念和發生條件，在此基礎上進一步了解溶液中電解質反應的本質，并為后面元素化合物及高二選修教材電解質溶液的學習打下基礎。

本節的第二課時內容是“離子反應發生的條件”，此課時的難點之一是對“離子反應的實質及發生條件”的理解。學生初中所學復分解反應條件是生成沉淀、氣體和水，現在要提升至復分解反應條件是生成難溶性物質、揮發性物質和難電離物質（包括水、弱酸、弱堿等）。受先入為主的概念影響，學生對于生成難電離物質這種情況一下難以接受理解，更沒有對離子反應的本質有總體和根本的認識。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，有的老師只要求學生強行記住復分解反應條件新的表達方式。學生沒有真正理解，更不能消化應用，導致在后續學習中出現各種問題。例如學習Fe3+和SCN-反應時，雖然學生都明顯地觀察到了實驗現象，但很多學生仍會固執地把此實驗現象錯誤地表述為有血紅色“沉淀”。因為學生想生成的硫氰合鐵既不是氣體也不是水，所以錯誤地認為硫氰合鐵一定是沉淀，沒有它是一種難電離物質的意識。再例如在判斷離子共存的問題時，很多學生對H+和ClO-、CH3COO-等弱酸酸根不能共存的情況始終不理解。

二、 難點突破的教學設計

“弗慮胡獲，弗為胡成”。如何在本節課教學中引導學生思考并進一步探究實踐來解決此問題，發展學生“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”的核心素養呢？我在本節課教學過程中設計了如下教學案例來突破此難點。

為了讓學生在認知酸、堿、鹽在水溶液中會發生電離的基礎上，進一步研究酸、堿、鹽在水溶液中的反應本質。我設計了如下實驗情境和學習任務，引導學生分組探究。

情境：實驗試劑（Na2CO3溶液、稀鹽酸、BaCl2溶液、NaOH溶液、CH3COONa溶液）、實驗儀器（試管）

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

（一） 問題產生

學生在經過一系列探究實驗、思考討論后，各小組派代表匯報。在實驗探究和任務導學的基礎上，學生很快分析歸納整理出離子反應概念、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點。但是不出意料，學生們對稀鹽酸和CH3COONa溶液能否反應產生了疑惑。大多數學生認為兩者不能反應，因為沒有觀察到此反應的實驗現象，而且假設兩者反應，也沒有沉淀、氣體或水生成；少數學生覺得不好說、不能確定。

（二） 啟發思考

我這時引導學生思考能否通過實驗來探究稀鹽酸和CH3COONa溶液的反應。有的學生受用酚酞驗證稀鹽酸和NaOH溶液反應的思路影響，想到用石蕊等指示劑來檢驗，但立刻發現不可行，學生的思維陷入了僵局。

我提醒學生，用指示劑不能檢驗此反應是因為指示劑不能準確指示溶液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？有學生由電解質溶液導電性實驗想到離子濃度的變化還可以通過電導率來體現。我便向學生介紹可以通過數字化實驗裝置測定溶液的pH值和電導率的變化（見圖1）。

圖1 數字化實驗裝置圖

（三） 實驗探究

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計和電導率傳感器采集數據，將數據傳輸到電腦。

學生經過思考討論，推測如果稀鹽酸和CH3COONa溶液不反應，則溶液pH略有上升，變化不大，而電導率會上升；如果稀鹽酸和CH3COONa溶液反應，則溶液pH會有明顯升高，而電導率則會先降低，恰好完全反應后再上升。經實驗驗證，數據如圖2所示，稀鹽酸和CH3COONa溶液的確發生了反應。

圖2 稀鹽酸和CH3COONa溶液反應pH、電導率變化圖

（四） 問題突破

實驗結果進一步激發學生的思考，稀鹽酸和CH3COONa溶液反應沒有沉淀、氣體和水生成，為什么能發生？反應的實質是什么？學生結合實驗現象并依據Na+和Cl-在溶液中不可能結合，推理反應實質是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-可以結合成CH3COOH分子，所以稀鹽酸和CH3COONa可以反應，導致pH會有明顯變化，電導率也會下降。

學生在初中復分解反應條件的基礎上結合實驗得出結論：復分解類型離子反應的實質是反應向溶液中離子濃度減小的方向進行，發生的條件是生成難溶性物質、揮發性物質或難電離物質，其中難電離物質包括弱酸、弱堿和水等。

通過以上數字化實驗的設計，學生通過思考和實踐真正理解了離子反應的實質及發生條件。

（五） 思維提升

令人欣喜的是，同學們不僅僅滿足于得出結論，還進一步展開了思考與討論。

有的同學提出可以利用以上實驗的原理，設計實驗驗證NaOH溶液和NH4Cl溶液的反應。有的同學提出可以把上述兩個實驗整合在一起，用濃CH3COONH4溶液分別與稀鹽酸、稀NaOH溶液反應，測量pH值與電導率的變化。有的同學提出NH+4+OH-NH3·H2O，NH3·H2O會分解生成NH3和H2O的反應其實類似于鹽酸和Na2CO3溶液的反應，H+和CO2-3其實先結合生成了弱酸H2CO3，這正符合今天得到的生成弱酸的結論，H2CO3再分解為CO2氣體和H2O。還有的同學提出在做向Na2CO3溶液中逐滴滴加稀鹽酸的實驗時，開始時氣泡并不明顯，后來才有大量氣泡，當時不敢提問，現在經過思考，是不是Na2CO3和稀鹽酸一開始生成了難電離的NaHCO3。立刻就有同學站起來同意他生成NaHCO3的觀點，但同時指出NaHCO3是鹽，是完全電離的，難電離的是HCO3-，一開始發生了H++CO2-3HCO3-的反應。

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

三、 教學反思

（一） 弗慮胡獲，任務導學，進行難點突破

在以往的本節課教學中，老師一般反復訓練學生書寫一些重要的、易錯的離子方程式，而對“離子反應的實質及發生條件”這一難點一帶而過。學生對離子反應產生難電離物質這種情況沒有經過自己的思考，也就沒有直觀地認識和理解，所以導致離子方程式書寫時經常將弱酸、弱堿拆分書寫，同時也為后續知識點的學習留下了隱患。本節課我設計學生進行分組實驗后，學生通過若干問題的層層引導，思考討論，不僅順利地自我感悟出離子方程式書寫及意義，而且對復分解反應生成難電離物質這種情況有了深入地了解，能夠從宏觀和微觀相結合的視角分析和解決實際問題。學生在針對這些問題的探究思考、小組討論交流及相互評價的過程中培養了獨立思考、敢于質疑和批判的創新精神，最終在反思已有知識點不足的基礎上，突破難點，完善了離子反應知識體系的自我建構。

（二） 弗為胡成，實驗探究，培養核心素養

因為用傳統的實驗方法無法對復分解反應生成難電離物質這種情況進行驗證，所以在以往的教學中，老師大多只能采取讓學生記住并強化練習的方法使學生掌握。但學生并沒有真正理解，更不會加以運用。新課標中提出通過測定電流或溶液電導率的變化來探究溶液中離子反應的實質及發生條件。數字化實驗放大了實驗現象，同學都能觀察到相關數據的變化，將化學反應中的微觀離子的變化通過宏觀數據、圖像進行直觀表征，促進了學生從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。數字化實驗所得的數據和圖像讓學生基于證據對物質組成、結構的變化提出了假設，并分析推理進行證實。實驗加深了學生對離子反應概念的理解并完善知識體系的自主建構，為以后元素化合物、電解質溶液等知識的學習夯實了基礎。引導學生探究的過程更像燎原的火種，激發了學生思維品質的爆發和對科學探究的興趣，培養了學生敢于質疑、勇于創新的精神。“離子反應的實質及發生條件”這一難點突破的教學環節的設計與實施，通過實踐使學生獲得了極大的成就感，有效提升了學生化學學科核心素養。

參考文獻：

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作者簡介：

江偉，江蘇省南京市，南京市第三高級中學。