基于證據(jù)推理的“電離平衡”的課堂教學(xué)

熊艷麗

【摘要】培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理是高中化學(xué)的核心素養(yǎng)之一，本文以新課標(biāo)為指導(dǎo)，以離子反應(yīng)課堂教學(xué)為例，結(jié)合作者自身多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，闡述了基于證據(jù)推理的電離平衡第一課時(shí)的教學(xué)觀點(diǎn)。重點(diǎn)從形成電離平衡概念的過(guò)程中，如何通過(guò)證據(jù)推理來(lái)進(jìn)行教學(xué)分析，構(gòu)建教學(xué)思路、教學(xué)設(shè)計(jì)，進(jìn)行教學(xué)總結(jié)與反思。

【關(guān)鍵詞】強(qiáng)弱電解質(zhì) ?電離平衡 ?電離程度 ?證據(jù)推理 ?教學(xué)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G633.8 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）20-0103-02

一、高中化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)

自從《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”）頒布以來(lái)[1]，發(fā)展核心素養(yǎng)體系就成為新時(shí)代中學(xué)教育最熱門的研究課題。高中化學(xué)的課堂教學(xué)中，證據(jù)推理能力是思維能力中的關(guān)鍵部分之一，在發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教育理念下，教學(xué)中要特別注重對(duì)學(xué)生的證據(jù)推理能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生知道化學(xué)是講理的學(xué)科。通過(guò)觀察和辨別特定條件下物質(zhì)發(fā)生的形態(tài)變化和宏觀現(xiàn)象，預(yù)測(cè)和推理物質(zhì)在該條件下發(fā)生的微觀結(jié)構(gòu)的變化，理解其微觀組成，能將抽象的微觀現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)的宏觀現(xiàn)象，再?gòu)暮暧^現(xiàn)象推理到物質(zhì)的微觀層面的變化。這樣才可以更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、課堂教學(xué)的環(huán)節(jié)模擬

在此以高中化學(xué)電離平衡的第一課時(shí)為例，模擬課堂教學(xué)過(guò)程，對(duì)如何構(gòu)建和提高學(xué)生的證據(jù)推理能力進(jìn)行說(shuō)明。

（一）教學(xué)環(huán)節(jié)一：建立強(qiáng)弱電解質(zhì)的概念

強(qiáng)電解質(zhì)是在水溶液中能夠全部電離的電解質(zhì)，弱電解質(zhì)是在水溶液中部分電離的電解質(zhì)。判斷標(biāo)準(zhǔn)是基于電解質(zhì)的電離程度是全部電離，還是部分電離。用怎樣的證據(jù)讓學(xué)生很清楚地判斷“全部”和“部分”電離？在化學(xué)學(xué)習(xí)中提供證據(jù)最好的方式是實(shí)驗(yàn)，基于宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，提取證據(jù)，最后推理得出物質(zhì)的微觀變化，構(gòu)建相應(yīng)的思維導(dǎo)圖。

在生活中我們常用潔廁靈除去污垢，而潔廁靈的主要成分是鹽酸，為什么不用醋酸溶液代替鹽酸？除污垢的本質(zhì)原理是利用酸溶液中的氫離子，當(dāng)氫離子濃度越高時(shí)，去除污垢的效果越好。

問(wèn)題1：鹽酸、醋酸在水中的電離程度一樣嗎？

電離行為是微觀的過(guò)程，我們可引導(dǎo)學(xué)生分析，將微觀過(guò)程轉(zhuǎn)換成宏觀過(guò)程和肉眼可觀測(cè)到的現(xiàn)象，營(yíng)造探究氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行推論。如電解質(zhì)在水中電離程度大小可通過(guò)離子濃度的大小而體現(xiàn)出來(lái)，而離子濃度的大小可通過(guò)在相同條件下檢測(cè)不同電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力大小而顯現(xiàn)（在此向?qū)W生介紹一種水質(zhì)檢測(cè)筆，已知相同溫度下水質(zhì)檢測(cè)筆的讀數(shù)越大，溶液的導(dǎo)電能力就越強(qiáng)）。除此之外也可通過(guò)顯現(xiàn)的氫離子濃度大小而體現(xiàn)[介紹溶液PH測(cè)定方法，資料顯示：PH=-lgc（H+）]。或者也可通過(guò)完全相同的鹽酸和醋酸與完全相同的鎂反應(yīng)來(lái)體現(xiàn)。

提供證據(jù)①：水質(zhì)檢測(cè)筆讀數(shù)：0.1mol.L-1;鹽酸讀數(shù)：7181、0.1mol.L-1;醋酸讀數(shù)：187;蒸餾水讀數(shù)：2。推理：相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，鹽酸溶液中的離子濃度大于醋酸溶液中的離子濃度，產(chǎn)生差異的原因排除水的電離，因?yàn)樗|(zhì)檢測(cè)筆檢測(cè)蒸餾水的讀數(shù)為2，說(shuō)明水的電離很弱。結(jié)論：同濃度的鹽酸溶液和醋酸溶液，電離程度是鹽酸溶液大于醋酸溶液。

提供證據(jù)②：用同濃度的鹽酸溶液和醋酸溶液分別與鎂反應(yīng)，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢。推理：鎂片上產(chǎn)生氣泡較多的溶液中氫離子濃度較高（忽略溫度變化的影響）。結(jié)論：相同濃度的鹽酸溶液比醋酸溶液的電離程度更大。通過(guò)以上證據(jù)推理只能證明相同濃度的鹽酸和醋酸溶液，鹽酸溶液電離程度遠(yuǎn)大于醋酸溶液的電離程度，但不能證明鹽酸溶液中HCl分子是否完全電離。

問(wèn)題2：鹽酸溶液中是否存在HCl分子？

老師鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上積極討論，通過(guò)設(shè)置相關(guān)的問(wèn)題，引導(dǎo)如何學(xué)生思考、如何提供證據(jù)，課堂上調(diào)動(dòng)學(xué)生積極互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生提出各種方案，營(yíng)造相應(yīng)的探究氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)對(duì)宏觀證據(jù)的分析進(jìn)行相應(yīng)微觀過(guò)程的推理。

提供證據(jù)③：用PH計(jì)測(cè)出0.1mol.L-1的鹽酸溶液的PH值為1，換算成氫離子濃度為0.1mol.L-1;用PH計(jì)測(cè)出0.1mol.L-1的醋酸溶液的PH值約為3，換算成氫離子濃度約為0.001mol.L-1。推理：0.1mol.L-1鹽酸溶液中電離出氫離子為0.1mol.L-1，說(shuō)明HCl全部電離，而0.1mol.L-1醋酸溶液中電離的醋酸分子大約為1%，說(shuō)明醋酸分子只有部分電離且電離的程度很弱。結(jié)論：醋酸溶液中存在CH3COOH—CH3COO-+H+這樣的電離過(guò)程。這樣在很清晰的證據(jù)下，學(xué)生自主地推理分析出HCl分子在水中全部電離，CH3COOH分子在水中只部分電離。這樣便可以很自然地構(gòu)建出強(qiáng)弱電解質(zhì)的概念，建立模型意識(shí)，不斷提高學(xué)習(xí)能力，為以后更深入的探究打下基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)環(huán)節(jié)二：弱電解質(zhì)的電離平衡

很多老師在教學(xué)中證實(shí)CH3COOH分子在水中只有部分電離后，就直接得出結(jié)論：醋酸分子在水中只有部分電離，還有醋酸分子的存在，即醋酸溶液中存在電離平衡。這樣得出的結(jié)論顯然不足以論證觀點(diǎn)，這只能說(shuō)明醋酸分子中存在電離過(guò)程，而CH3COO-+H+—CH3COOH的結(jié)合過(guò)程是否存在還需進(jìn)一步證實(shí)。

所以，若要培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)科核心素養(yǎng)，就必須提高學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，引導(dǎo)學(xué)生深入理解電離平衡的概念。

問(wèn)題3：醋酸溶液中是否存在CH3COOH？葑CH3COO-+H+這樣的可逆過(guò)程？

前面的分析已經(jīng)證明醋酸溶液中存在醋酸分子的電離，我們還需要進(jìn)一步證明CH3COO-和H+是否能結(jié)合成醋酸分子。那么如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步證明此過(guò)程的存在？在分析怎樣找證據(jù)來(lái)解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生也學(xué)會(huì)了如何有理有據(jù)的分析問(wèn)題。對(duì)學(xué)生多方引導(dǎo)，誘導(dǎo)學(xué)生自發(fā)尋找化學(xué)規(guī)律，通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)鍛煉學(xué)生的邏輯推理能力。

要證明醋酸溶液中存在H+與CH3COO-結(jié)合成醋酸分子的過(guò)程，我們可以加入一種能產(chǎn)生CH3COO-的物質(zhì)到溶液中，若H+與CH3COO-結(jié)合成醋酸分子，氫離子濃度就要相應(yīng)減小，通過(guò)檢測(cè)加入該物質(zhì)前后氫離子濃度的變化，就可以來(lái)推導(dǎo)醋酸分子結(jié)合過(guò)程的存在與否。但過(guò)程中，需控制醋酸溶液的體積在加入該物質(zhì)后不變，保證氫離子濃度不因溶液體積的變化而變小，加入的物質(zhì)本身是溶于水，且水溶液為中性的固體。學(xué)生能自主分析到此處，并詢問(wèn)老師是否存在這樣的物質(zhì)？老師提供信息：醋酸銨溶液成中性。

提供證據(jù)④：向PH值等于1的醋酸溶液中加入醋酸銨固體，測(cè)得加入醋酸銨固體后的溶液的PH值升高了，即氫離子濃度減小了。推理：氫離子濃度減小說(shuō)明氫離子被消耗了，氫離子與氨根離子不反應(yīng)，那么氫離子只能與CH3COO- 結(jié)合成醋酸分子。結(jié)論：醋酸溶液中既存在醋酸分子的電離又存在醋酸分子的形成，即醋酸溶液中存在著CH3COOH？葑CH3COO-+H+可逆過(guò)程，此可逆過(guò)程在一定條件下會(huì)自發(fā)達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，即電離平衡。

弱電解質(zhì)在水溶液中的離子行為在以上幾點(diǎn)推理下就有了清晰的證明過(guò)程，而不是模糊地、勉強(qiáng)地認(rèn)為弱電解質(zhì)存在電離平衡。通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)思維能力，逐步引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)的探索體系，激發(fā)學(xué)生對(duì)于證據(jù)的探索興趣，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中多方位引導(dǎo)，教會(huì)學(xué)生尋找化學(xué)規(guī)律，使學(xué)生加深對(duì)較難化學(xué)知識(shí)全方位的理解。

（三）教學(xué)環(huán)節(jié)三：電離平衡特點(diǎn)及影響因素

在建立起弱電解質(zhì)的電離平衡，引導(dǎo)學(xué)生將電離平衡放入到化學(xué)平衡的大概念的體系中去。學(xué)生在化學(xué)平衡體系的大概念模型下，再來(lái)認(rèn)識(shí)電離平衡就容易了。在探究外在條件對(duì)平衡移動(dòng)的影響時(shí)，學(xué)生主動(dòng)地就會(huì)去尋找證據(jù)來(lái)推理問(wèn)題，將抽象的知識(shí)系統(tǒng)化。

問(wèn)題4：將醋酸溶液溫度升高，加水稀釋，加入少量冰醋酸后的電離平衡怎樣移動(dòng)？

引導(dǎo)學(xué)生不僅能從定性角度分析電離平衡的移動(dòng)，更能將電離平衡常數(shù)與QC的大小進(jìn)行比較，從而找出更充分的證據(jù)來(lái)判斷平衡移動(dòng)的方向，利用相關(guān)化學(xué)模型來(lái)解釋相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鼓勵(lì)學(xué)生探究，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于化學(xué)模型的運(yùn)用能力，提高化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)。