離子反應的圖像問題探析

韓建豐 高凌蕊

從化學反應本質出發統籌研究離子反應相關問題，應有“離子反應概念群”，主要內容包括“離子間的反應”“離子反應平衡”兩大部分．“離子反應的圖像問題”是“離子反應概念群”與“圖像分析”結合的綜合應用，是解決實際研究、生產等真實問題的情境載體，最常見的曲線表征有“電導率”“滴定”“沉淀溶解平衡”“分布分數”四大曲線類型．離子反應的圖像問題作為“四重表征：宏觀→微觀→符號→曲線”的高階思維應用，客觀上存在思考難度，但同時其學習進階過程也是學生解決真實問題、發展化學學科核心素養的重要機會．教學上應關注：在以平衡思想解決學科問題的高階思維能力運用過程中，完善學生的離子反應觀、平衡觀，提升學生的證據推理與模型認知素養．化學學科的曲線解析模型可概括為“一縱橫，二增減，三輔助，四節點”，在處理“離子反應的圖像問題”時同樣適用，但此部分的“圖像分析”又有新的變化．本文就四大曲線類型的解析教學進行深入探析．

１ 電導率圖像模型

在探究水溶液中發生的離子反應時，運用數字化手持技術可極大增強學生對微觀、曲線變化的本質認知水平．例如，電導率傳感器、pH 傳感器、壓強傳感器等融合應用助力了曲線圖的呈現，真實反映了化學反應過程中電導率、pH 或壓強的瞬時變化，將抽象的離子反應具象化，幫助學生進行知識建構或應用．電導率是用來描述物質中電荷流動難易程度的參數．當在水溶液中發生離子反應時，溶液的電導率可能會發生變化．教學中應聚焦兩個問題：（１）導致電導率變化的離子反應是怎么樣的？ （２）當發生離子反應時溶液電導率會發生什么變化？ 為解決問題，應促進學生理解化學反應本質，加深學生對“物質性質及轉化”大概念的理解和應用．

１.１ 借助電導率變化判斷反應發生

溶液中電導率發生變化的本質是“電荷濃度”降低．例如，電導率發生劇烈變化則說明因“稀釋或發生反應”導致了溶液中電荷濃度的變化，從而判斷反應是否發生．

例如，應用電導率傳感器完成“探究AgCl溶解平衡”的實驗過程，如圖１所示．

５ 模型整合與應用

結合以上四大類型圖像及討論的問題，可用三步整合模型梳理思路：

１）認圖像，即全面觀察圖像．首先理解坐標的具體含義和數學表達式，確定圖像中各曲線表達的具體內容，再分析各曲線的起點、拐點、終點等點位的意義．

２）識原理，即結合圖像聯想離子反應及平衡的化學反應原理和規律．根據實驗中信息明確涉及的離子方程式，并與相關數據結合起來，分析出溶質、存在形式、量的關系等，通過數形結合解決問題．

３）能整合，即將圖像與離子概念群知識內容進行整合、遷移與創新，明確解析圖像．在學生突破“離子反應的圖像問題”難點的過程中需要采取循序漸進的教學方式，鼓勵學生形成獨立自主的學習意識，堅持培育學生堅韌不拔的正確價值觀．

“曲線”將反應過程和數據處理融為一體，通過圖像進行推理判斷，發展學生讀圖識表能力，邏輯推理能力及分析問題、解決問題的能力．“離子反應的圖像”是探討離子反應概念群與其他化學問題、跨學科問題的綜合應用，幫助學生建構考查形式與思考路徑的聯系，從而促進學生對“曲線表征”的功能與價值進行深度理解與掌握，最終認識圖像本質、發展高階思維．除以上四大類型“離子反應的圖像”之外，仍有很多曲線的描繪形式，究其本質依舊為對“離子反應與平衡”本質的理解，即萬變不離其宗．

本文系北京市教育學會“十四五”教育科研２０２２年度課題“基于‘雙減的化學大單元教學雙優研究”（項目編號：DC２０２２Ｇ０２９）、北京市海淀區教育科學“十四五”規劃群體課題“課前和課后學習評價設計與應用案例研究”（項目編號：HDQT２０２２０７Ｇ５０）、北京市教育學會“十四五”教育科研２０２３年度課題“化學新課標落實中指向核心素養提升的大單元教學研究”（項目編號：DC２０２３Ｇ０２７）的階段性研究成果．