二則基于證據推理的化學教學實踐舉隅*

黃金泉

（張家港市崇真中學 江蘇 張家港 215631）

“證據推理”指從問題情境及已有知識經驗中識別、轉換形成觀點，并多方收集證據、利用證據進行推理，從而獲得結論，解決問題［1］。證據推理不僅僅是證實的過程，也可能是證偽的過程。而證據意識的培養，通過分析推理加以證實或證偽，建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系，形成化學思維，一直是我們教師所追求的本真課堂！如何立足課堂利用間接或直接證據進行證實或證偽？為此，筆者結合自己的教學實踐略談一二。

一、證實Cu2+與NH3間形成配位鍵

“配合物的形成”是蘇教版化學選擇性必修2《物質結構與性質》專題4 第二單元“配合物的形成和應用”中的教學內容。平時教學時如果只按照教材編排思路把基礎實驗中的實驗1 和實驗2 演示一下，然后根據所觀察到的實驗現象把實驗結論直接“灌輸”給學生，對學生而言也能說得過去。但這樣簡單處理，勢必使整個教學過程枯燥無味，毫無亮點，更有背于“素養為本”的新課程理念。為此，筆者在重新審視并細細研讀教材文本后，最終將教學思路調整為通過實驗來證實Cu2+與NH3間通過配位鍵形成了配合物，讓學生體悟配位鍵形成的前因后果，以加深對配位鍵概念的理解，培養學生的證據意識和推理能力，提升學生解決實際問題的能力。教學片段如下：

【證據】無水硫酸銅是白色的，而膽礬、硫酸銅溶液卻是藍色的。

【教師】硫酸銅溶液和膽礬為什么呈現藍色？

【學生】都含有Cu2+。

【證據】（學生實驗1）向CuSO4溶液中逐滴加入濃氨水，先產生藍色沉淀，后繼續滴加濃氨水，沉淀溶解，得到深藍色溶液。

【教師】深藍色溶液是什么物質？

【學生】應該是Cu（OH）2與濃氨水反應后產生的一種新物質，估計還是含有Cu2+。

【證據】（學生實驗2）將深藍色溶液倒入無水乙醇中，溶液變渾濁，過濾得到深藍色固體。

【教師】這種深藍色固體是由什么微粒（指陰、陽離子）構成？

【學生推測2】深藍色溶液中的陽離子可能是Cu2+。

【證據】（學生實驗4）分別向CuSO4溶液和深藍色溶液中加入一根鐵釘，前者鐵釘表面有紅色固體析出，后者鐵釘表面沒有任何現象。

【推理】深藍色溶液中不存在Cu2+！

（設計意圖：對深藍色溶液的成分進行微觀探析，有理有據，避免了簡單灌輸的低效教學。深藍色溶液中是否含有Cu2+?是否含有?引導學生用實驗來進行證實或證偽。當學生證實深藍色溶液中不存在Cu2+這一“意外”現象時，學生的探究欲被徹底激發了，心里納悶道，Cu2+居然不在溶液中，它究竟去哪兒了呢？為配位鍵的形成埋下了伏筆。）

【教師】深藍色溶液中的Cu2+哪兒去了？是否被其他微粒“包裹”起來了？怎樣的微粒才能“包裹”Cu2+?

【證據】Cu2+是過渡金屬離子，有能量相近的空軌道。而NH3中N有孤電子對，會填充到空軌道中。

【推理】Cu2+的價電子排布為3d9，s上有空軌道，NH3中N有孤電子對，會填充到空軌道中，形成某種新的化合物，把Cu2+“包裹”起來了。（注：其實d上也有空軌道，Cu2+的雜化較為復雜，有理論認為是以dsp2雜化軌道成鍵，為防止過度教學，d上也有空軌道建議采取模糊策略處理）

【證據】在水溶液中，Cu2+與NH3是這樣結合的：NH3分子中氮原子的孤電子對進入Cu2+的空軌道，Cu2+與NH3分子中的氮原子通過共用氮原子提供的孤電子對形成配位鍵。由提供孤電子對的配位體與接受孤電子對的中心原子以配位鍵結合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物［2］。

【證據】經實驗證實，4 個NH3與Cu2+以配位鍵結合，形成一個復雜的陽離子［Cu（NH3）4］2+，整體帶兩個單位的正電荷，名字叫四氨合銅離子，每個Cu2+通過4個配位鍵被4個NH3“包裹”了起來。

【教師】上述深藍色固體是什么物質？怎么形成的？

【學生】是［Cu（NH3）4］SO4。與［Cu（NH3）4］2+通過離子鍵相互作用在一起，而Cu2+和NH3分子之間通過配位鍵形成了［Cu（NH3）4］2+。

以上是課堂教學的一個片段，設計的思路是通過一組連貫的實驗緊緊抓住學生的注意力，通過明顯的顏色變化：從藍色溶液到深藍色溶液，從推測深藍色溶液中陰陽離子到Cu2+、的證實或證偽，從Cu2+的存在形式發生變化到Cu2+有空軌道，NH3有孤電子對，容易形成配位鍵等等。后續只要介紹配合物的基本結構：內界、外界、中心原子（或離子）、配體、配位數等，甚至還可以引導學生深入探析藍色的CuSO4溶液中真的是Cu2+的顏色嗎等一系列問題。通過這樣的教學可以有效培養學生證據意識，引導學生基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的推測，并通過尋找證據加以證實或證偽，將化學學科核心素養的培養真正融入到常態課中，在平實的課堂上落地生根，開花結果。

二、證實弱電解質（HX）存在電離平衡

“弱電解質的電離平衡”是蘇教版化學選擇性必修1《化學反應原理》專題3 第一單元中的教學內容。教材文本只是以醋酸的電離為例闡述了電離平衡概念的建立、弱電解質電離過程中離子生成和結合成分子的速率隨時間的變化，即速率隨時間變化圖。教學時如果按照教材文本要求照本宣科、平白直敘地教給學生，勢必導致一方面教師“滔滔不絕”，另一方面學生卻“昏昏欲睡”，課堂效率低下，更別說激發學生的主動性和內驅力了。如何基于現有的教材文本，挖掘其蘊含的、可利用的學科價值？這就要求教師增強對教材文本的理解力，提升自己的學科素養。在細細研讀教材文本后，筆者將教學設計思路調整為：如何證實弱電解質存在著電離平衡？教學片段如下：

【證據】（學生實驗1）將經打磨且過量的鎂與同濃度的HCl和HX反應，觀察實驗現象并分析可能得出的結論。

【學生】HCl反應快，HX反應慢。

【推理】HCl中c（H+）大，HX中c（H+）小。

【結論】HCl電離程度大，HX電離程度小。

【教師】據此，能否證實HX就一定是弱電解質？

【學生】未必！兩者反應的熱效應不好比較，也沒有數據表明HX是否部分電離。

【教師】如何尋找新的證據來證實？

【證據】（演示實驗）用pH 計測定這兩種酸的pH。實驗數據及結論：見表1。

表1 同濃度HCl、HX溶液pH及氫離子濃度比較

【推理】HCl完全電離，是強電解質；HX部分電離，是弱電解質。

【教師】證實了HX是弱電解質能否證實它就存在著電離平衡？

【學生】也未必！因為電離出的H+能否結合X-重新生成HX還不清楚！

【證據】（展示文獻資料）見表2。

表2 25 ℃未知酸（HX）溶液中各微粒存在情況

【教師】通過表格中數據你發現了什么？

【學生】如果HX 溶液中不存在電離平衡，則濃度由1.0 mol·L-1變為0.10 mol·L-1時，即稀釋10 倍后，c（H+）、c（X-）、c（HX）應該變為原來的十分之一。但仔細觀察稀釋后的數據發現，c（H+）和c（X-）比原來的十分之一略有所增加，而c（HX）比原來的十分之一略有所減少。說明加水稀釋能促進HX 的電離，也就證實了弱電解質（HX）存在著電離平衡。

顯然，這樣一個教學片段的設計使得原本乏味的課堂更具化學味。在層層推進、環環相扣的教學邏輯中深入引領著學生探析弱電解質的電離平衡建立的來龍去脈，有利于激發學生的內驅力，加深對該概念的理解；有利于培養學生基于實驗和數據事實進行推理分析，尋找證據證實或證偽，在不斷質疑、修正中，提升學生的證據推理能力。

總而言之，將證據意識有意識地滲透于常態課中，自始至終地進行有效實踐，學生的證據意識會明顯增強，在解決真實問題時他們就會從證據出發，用事實來證實或證偽；同時也能提升我們教師對教材文本的理解力。