定性走向定量 理論付諸實(shí)踐——“酸堿中和滴定”教學(xué)設(shè)計(jì)

鄒晨光

（江蘇省石莊高級中學(xué) 江蘇 如皋 226531）

一、教材分析和設(shè)計(jì)思路

酸堿中和滴定操作簡便、快捷、精確度高，具有很大的實(shí)用價(jià)值，在生產(chǎn)生活和科學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。 是《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修四）模塊中的重要內(nèi)容，與必修模塊中的“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”和選修模塊的“中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定” 等實(shí)驗(yàn)一起承載著課程標(biāo)準(zhǔn)中“體會(huì)定量研究的方法對研究和學(xué)習(xí)化學(xué)的作用” 的功能。 三種現(xiàn)行的不同版本的教材對其編排有所不同：人教版將其安排在第三章中 “水的電離和溶液的酸堿性”這一節(jié)，作為pH 的一個(gè)重要應(yīng)用；蘇教版則在專題3 的第二單元中單獨(dú)設(shè)立欄目介紹酸堿中和滴定，著眼于研究測定和控制溶液的酸堿性在實(shí)踐中的應(yīng)用；魯教版則將這部分內(nèi)容安排在第三章第四節(jié)“離子反應(yīng)”之中。 不同的編排次序， 顯示了教材編寫者不同的思路和意圖，但仔細(xì)研究可以發(fā)現(xiàn)一些共同之處，編寫者不約而同地將其設(shè)置在實(shí)用的背景之下， 讓學(xué)生感受到知識(shí)的價(jià)值，且都安排了“活動(dòng)與探究”環(huán)節(jié)，以凸顯化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，發(fā)揮定量實(shí)驗(yàn)的教育功能。

定性分析到定量研究是人類認(rèn)識(shí)上的一大飛躍，從模糊到清晰、從表象到本質(zhì)。 定量實(shí)驗(yàn)的核心要求是高精確度，而提高酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)中精確度的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：準(zhǔn)確測量所需溶液的體積，準(zhǔn)確判斷滴定的終點(diǎn)，前者需要精確的儀器和規(guī)范的操作。 滴定管是一種具有精確刻度、內(nèi)徑均勻的細(xì)長玻璃管，取液方便，用它代替量筒，學(xué)生容易接受，而規(guī)范操作可在實(shí)踐中慢慢培養(yǎng)。 但對于通常沒有外觀變化的中和反應(yīng)， 如何判斷滴定終點(diǎn)，對學(xué)生來說是個(gè)難點(diǎn)。

本節(jié)課設(shè)計(jì)了三個(gè)環(huán)節(jié)。 第一個(gè)環(huán)節(jié)是定性分析，貼近學(xué)生實(shí)際，便于自主研習(xí)。 既揭示研究課題，復(fù)習(xí)舊知，又為下一環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)情景，留下伏筆；第二個(gè)環(huán)節(jié)是定量研究，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、繪制圖像等方式發(fā)現(xiàn)酸堿中和過程中pH 變化規(guī)律及表征滴定終點(diǎn)的方法，直觀與抽象結(jié)合、定性與定量對比，層層遞進(jìn)，將學(xué)生的思維漸漸引入新的高度；第三個(gè)環(huán)節(jié)將理論付諸實(shí)踐，以測定未知鹽酸的濃度為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，教師提供儀器和藥品，學(xué)生分組討論交流，形成實(shí)驗(yàn)方案，最后小組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)。 整個(gè)過程關(guān)注學(xué)生的主動(dòng)參與，在實(shí)驗(yàn)過程中感悟和提升，培養(yǎng)合作精神和反思意識(shí)。

二、教學(xué)目標(biāo)

（1）認(rèn)識(shí)酸堿中和滴定的原理，知道酸堿中和過程中pH 突變的存在，能繪制簡單的pH 變化曲線，初步學(xué)會(huì)使用滴定管。 （知識(shí)與技能）

（2）通過用已知濃度的NaOH 溶液測定未知鹽酸的濃度的實(shí)踐活動(dòng)，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和反思的能力。 （過程與方法）

（3） 通過分析酸堿中和過程中pH 的變化規(guī)律，感受定量研究的重要性。 （過程與方法）

（4） 能進(jìn)一步感受到定量實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)之美和化學(xué)的實(shí)用價(jià)值，能在思考分析過程中傾聽他人意見，相互啟發(fā)，體會(huì)合作交流的重要性。 （情感態(tài)度與價(jià)值觀）

三、教學(xué)過程與評析

1．定性認(rèn)識(shí)酸堿中和過程中pH 的變化

創(chuàng)設(shè)情景：室溫下，向裝有20．00mL、0．100mol·L－1稀HCl 的 錐 形 瓶 中 逐 滴 加 入0．100mol·L－1NaOH 溶 液30．00mL。

提問： 描述整個(gè)過程中溶液的pH 如何變化？ 以NaOH 溶液的體積為橫坐標(biāo)，pH 為縱坐標(biāo)，畫出pH 變化的圖像（標(biāo)出起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，已知lg5＝0．7）。

交流： 學(xué)生展示的圖像均能體現(xiàn)溶液的pH 由小變大的趨勢，起點(diǎn)坐標(biāo)為（0，1），終點(diǎn)坐標(biāo)為（30．00，12．3）但細(xì)節(jié)上卻不盡相同，如圖1。

過渡：圖像的正確性教師暫不做評價(jià)，請學(xué)生先看下面的問題。

投影：常見的酸堿指示劑主要有三種，它們的顏色變化是在一定pH 范圍內(nèi)發(fā)生的，變色范圍如下表：

圖1

?

提問：在上述實(shí)驗(yàn)中，如果預(yù)先在稀鹽酸中分別加入2－3 滴以上指示劑，實(shí)驗(yàn)過程中可能會(huì)有哪些顏色變化？

交流：甲基橙 紅色——橙色——黃色

石 蕊 紅色——紫色——藍(lán)色

酚 酞 無色——粉紅色——紅色評析：本段教學(xué)立足于學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)，以一個(gè)非常簡單的實(shí)驗(yàn)問題為先行組織者，提示學(xué)生用圖像研究變化過程。 當(dāng)學(xué)生展示的答案有爭議時(shí)，教師并沒有急于公布正確答案，而是留下懸念，為下一步的探究預(yù)留可對比的素材；接著介紹酸堿指示劑，引導(dǎo)學(xué)生用直觀形象的方式說明溶液酸堿性的變化，使學(xué)生從不同的角度思考問題，同時(shí)為中和滴定實(shí)驗(yàn)中指示劑的選擇留下伏筆。

2．定量探究酸堿中和過程中pH 的變化

過渡：測定溶液pH 的方法很多，可以用pH 試紙測量，也可以用一種叫pH 計(jì)（也叫酸度計(jì)）的儀器來測量，根據(jù)不同精確度要求可以選擇不同的測量方法。

投影：pH 計(jì)及使用說明。

演示實(shí)驗(yàn)： 用pH 計(jì)定量測定酸堿中和過程中pH的變化。

用酸式滴定管準(zhǔn)確量取20．00mL0．100mol·L－1稀HCl，注入錐形瓶中，在堿式滴定管中裝入0．100mol·L－1NaOH 溶液。 每加入5－10mL 堿液，用pH 計(jì)測量和記錄一次溶液的pH，終點(diǎn)附近，測試和記錄的間隔變小，每加一滴測一次，一滴大約為0．04mL。

展示：記錄的數(shù)據(jù)如下表：

?

提問：按照上表數(shù)據(jù)，請以NaOH 溶液的體積為橫坐標(biāo)，pH 為縱坐標(biāo)，重新畫出pH 值變化的圖像。 與對比第一次畫出的圖像有何區(qū)別。

交流：學(xué)生展示的圖像如圖2：

圖2

酸堿中和過程中溶液pH 的變化并不是均勻的，剛開始變化比較小，終點(diǎn)附近pH 發(fā)生了突然變化，堿過量以后，pH 增大得也較慢。 （學(xué)生）

追問：從實(shí)驗(yàn)可以看出，很少量（0．04mL，約一滴）的堿就會(huì)引起溶液pH 的突變，從4．00 變化為10．30。 請思考pH 突變能否用來判斷中和反應(yīng)的終點(diǎn)？

交流：可以的。

再問：能否設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)（可以觀察到明顯的現(xiàn)象）來幫助我們判斷加入的堿液正好與20．00mL 的稀鹽酸完全反應(yīng)。

提示：實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍一般為±0．1%，對本實(shí)驗(yàn)而言，即一滴或半滴的問題。

交流：

（1）將指示劑的變色范圍標(biāo)在pH－V（NaOH）曲線上，指示劑的變色范圍正好在pH 的突變范圍內(nèi)。

（2）指示劑的變色范圍很窄（甲基橙1．3、石蕊3、酚酞2），對溶液的酸堿性變化很靈敏，終點(diǎn)附近少量的酸或堿就會(huì)引起指示劑的突然變色。 （學(xué)生）

（3）預(yù)先在稀鹽酸中加入幾滴甲基橙，當(dāng)觀察到紅色恰好變成橙色即可。

預(yù)先在稀鹽酸中加入幾滴石蕊，當(dāng)觀察到紅色恰好變成紫色即可。

預(yù)先在稀鹽酸中加入幾滴酚酞，當(dāng)觀察到無色恰好變成粉紅色即可。 （學(xué)生）

補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)：向滴有石蕊試劑的稀鹽酸中加入氫氧化鈉溶液（讓學(xué)生親自感受到紅紫藍(lán)三色變化不明顯這一事實(shí)）。

小結(jié)：在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿反應(yīng)時(shí)，通?？梢赃x用甲基橙或酚酞試液來幫助我們判斷反應(yīng)的終點(diǎn)。

引申：如果上述實(shí)驗(yàn)反過來進(jìn)行，向NaOH 溶液中逐漸加入稀鹽酸， 所得到中和滴定的曲線會(huì)有什么不同？

交流：（略）

評析： 在學(xué)生定性分析酸堿中和過程中pH 變化的問題出現(xiàn)困惑時(shí)， 適時(shí)引入測定pH 的精確儀器——pH計(jì)。 通過課堂演示實(shí)驗(yàn)，定量測定pH，揭示變化的規(guī)律，解決心中的疑惑。 從定性研究走向定量分析，體現(xiàn)了思維應(yīng)有的軌跡，同時(shí)讓學(xué)生領(lǐng)悟到定量分析在學(xué)科中的價(jià)值。 前后兩次作圖的對比，提供了一個(gè)很好的感性平臺(tái)，教師沒有過多的講解，學(xué)生卻可真實(shí)感受到pH 突變的存在。 緊接著幾個(gè)環(huán)環(huán)相扣的問題，很自然地引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注指示劑的變色范圍和pH 的突變范圍， 進(jìn)而突破指示劑選擇這一難點(diǎn)問題，層次分明，水到渠成。

3．體驗(yàn)酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)

過渡問題：中和反應(yīng)一般沒有明顯現(xiàn)象，但我們學(xué)會(huì)了判斷中和反應(yīng)的終點(diǎn)之后，能否用已知物質(zhì)的量濃度的酸（或堿）溶液來測定未知濃度的堿（或酸）的物質(zhì)的量濃度呢？

交流：用已知濃度的酸（或堿）滴定未知濃度的堿（或酸），通過測定反應(yīng)完全時(shí)消耗已知濃度的酸（或堿）的體積，從而推算出未知堿（或酸）的濃度。

創(chuàng)設(shè)情景：同學(xué)們實(shí)驗(yàn)臺(tái)上擺放的藥品中就有一瓶0．100mol·L－1的標(biāo)準(zhǔn)NaOH 溶液， 但鹽酸是未知濃度的，現(xiàn)在就請你們利用提供的實(shí)驗(yàn)儀器和藥品，親手測定它的濃度。

交流：

（1）實(shí)驗(yàn)需要的數(shù)據(jù)有三個(gè)：NaOH 溶液的濃度（已知），鹽酸的體積（事先預(yù)設(shè)，一般取20．00mL），滴定到終點(diǎn)時(shí)所用的NaOH 溶液體積（待測）。

（2）實(shí)驗(yàn)步驟可分五步：用酸式滴定管量取20．00mL的稀鹽酸注入錐形瓶內(nèi)；用堿式滴定管量取標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)和記錄起始讀數(shù)；向錐形瓶內(nèi)滴加2 滴酚酞試液；中和滴定，記錄終點(diǎn)讀數(shù)；重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)并計(jì)算。（學(xué)生）

學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師巡視。

交流和反思：本實(shí)驗(yàn)采用的可以提高實(shí)驗(yàn)的精確度措施。

（1）精確取液儀器——滴定管（取代量筒），盛液防濺儀器——錐形瓶（取代燒杯）。

（2）準(zhǔn)確使用滴定管（查漏、洗滌、潤洗、注液、趕氣、調(diào)液、讀數(shù)）。

（3）滴加速率先快后慢，邊加邊振蕩。

（4）準(zhǔn)確選擇指示劑，仔細(xì)觀察錐形瓶中顏色變化。

（5）多次重復(fù)，取平均值。

評析：經(jīng)過上面兩個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)到酸堿中和滴定的原理，產(chǎn)生付諸實(shí)踐的沖動(dòng)和激情。 加之前面已經(jīng)觀看了教師使用滴定管的規(guī)范過程，大多學(xué)生具備了設(shè)計(jì)和操作“測定未知鹽酸的濃度”這一實(shí)驗(yàn)的能力。 因此，教師沒有過多的干預(yù)，只是在行間不間斷地巡視，對操作有困難的學(xué)生及時(shí)地提供幫助。 在實(shí)驗(yàn)后的反思教學(xué)中，突出定量實(shí)驗(yàn)精確度的要求，通過交流探討，讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)了然于胸，同時(shí)有利于培養(yǎng)細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科素養(yǎng)。

四、教學(xué)體會(huì)

此節(jié)課的教學(xué)過程中， 力求體現(xiàn)新課程的基本理念：面向全體學(xué)生，注重知識(shí)的構(gòu)建過程，提高化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。

新課程認(rèn)為，把知識(shí)結(jié)論告訴學(xué)生，不如設(shè)計(jì)活動(dòng)讓學(xué)生在探索中獲得；把技能要點(diǎn)告訴學(xué)生，不如設(shè)計(jì)活動(dòng)讓學(xué)生在實(shí)踐中獲得；把感受體會(huì)告訴學(xué)生，不如設(shè)計(jì)活動(dòng)讓學(xué)生在體驗(yàn)中獲得。 在本堂課設(shè)計(jì)的三個(gè)活動(dòng)中有繪圖對比、討論交流、實(shí)驗(yàn)觀察、動(dòng)手操作、反思提升，要求每個(gè)學(xué)生參與，讓學(xué)生在解決問題的過程中獲得不同程度的成就感，避免了上課熱鬧、課后糊涂，提高了課堂效率。