探究“化學(xué)變化” 提升化學(xué)核心素養(yǎng)

周 琦

（江蘇省栟茶高級(jí)中學(xué)，江蘇如東 226406）

引 言

化學(xué)制品在現(xiàn)代生活中扮演著不可或缺的角色，同時(shí)化學(xué)也是高中課程的重要組成部分，而化學(xué)反應(yīng)始終貫穿于化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程之中。實(shí)際學(xué)習(xí)時(shí)，方程式的表象遮蓋了化學(xué)變化的本質(zhì)，制約學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。這需要教師引導(dǎo)學(xué)生去探究“化學(xué)變化”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的真正養(yǎng)成。

一、由表及里，分析物質(zhì)和能量變化

在對(duì)化學(xué)反應(yīng)的理解中，物質(zhì)之間的變化相對(duì)直觀，學(xué)生理解能量的變化較為困難[1]。學(xué)生需要一個(gè)理解的過(guò)程，教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生在認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的同時(shí)，分析其中能量的變化。在日常的教學(xué)中，教師應(yīng)通過(guò)巧妙的課堂設(shè)計(jì)幫助學(xué)生感受到化學(xué)反應(yīng)中存在的能量變化。

可以從日常生活中常見的例子入手，讓學(xué)生感受到人類發(fā)展過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)的能量變化所起到的重要作用。比如，物質(zhì)燃燒所釋放的熱能等，通過(guò)身邊的實(shí)例激發(fā)學(xué)生探究的積極性，從而展開課堂教學(xué)。在學(xué)習(xí)必修2中的《化學(xué)反應(yīng)與能量》內(nèi)容時(shí)，教師準(zhǔn)備好課堂展示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生去感知在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的能量變化。需要用到的化學(xué)物質(zhì)有Ba（OH）粉末、Ba（OH）溶液、Mg、稀鹽酸、NH4Cl·8H2O晶體。在小組實(shí)驗(yàn)前先讓學(xué)生認(rèn)真觀察相關(guān)實(shí)驗(yàn)試劑，設(shè)計(jì)Mg與稀鹽酸、Ba（OH）溶液與稀鹽酸、Ba（OH）粉末與NH4Cl·8H2O晶體等實(shí)驗(yàn)。在鎂與稀鹽酸反應(yīng)中除觀察到有氣泡產(chǎn)生外還感覺到試管壁溫度升高（也可借助溫度計(jì)測(cè)量），Ba（OH）溶液與稀鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，物質(zhì)的變化肉眼很難觀察出，但觀察溫度計(jì)后會(huì)發(fā)現(xiàn)這一反應(yīng)伴隨著熱量的釋放。學(xué)生據(jù)此可認(rèn)識(shí)到當(dāng)金屬單質(zhì)與酸、中和反應(yīng)、發(fā)生燃燒反應(yīng)時(shí)，這些化學(xué)變化會(huì)釋放出熱量，屬于放熱反應(yīng)。此外，當(dāng)Ba（OH）粉末與NH4Cl·8H2O晶體發(fā)生反應(yīng)時(shí)，燒杯下方的少量水會(huì)凝結(jié)成冰，充分說(shuō)明這一化學(xué)變化是吸熱反應(yīng)。在這些具體的實(shí)驗(yàn)觀察中，學(xué)生會(huì)意識(shí)到化學(xué)反應(yīng)不只存在物質(zhì)的變化，還可能伴隨能量變化，他們對(duì)化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)因而更為全面。

二、分類研究，揭示反應(yīng)特征和規(guī)律

高中化學(xué)所學(xué)內(nèi)容繁雜，若學(xué)生未能掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法與技巧，學(xué)習(xí)一定會(huì)疲沓。教師要在日常教學(xué)的過(guò)程中對(duì)化學(xué)學(xué)科所學(xué)進(jìn)行分類研究，幫助學(xué)生條理性掌握學(xué)習(xí)知識(shí)。

在學(xué)習(xí)和原電池關(guān)聯(lián)的知識(shí)時(shí)，考慮到這一學(xué)習(xí)內(nèi)容既是高中化學(xué)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，高考中涉及的頻率較高。對(duì)于這一部分的內(nèi)容可以應(yīng)用分類研究的方法。依據(jù)原電池電解質(zhì)的不同可將原電池歸為三個(gè)類型：一類是水性電解質(zhì)的原電池；一類是熔融電解質(zhì)的原電池；還有一類是固體電解質(zhì)的原電池。此外，根據(jù)電解質(zhì)的酸堿性又可將原電池分為兩類。原電池電極上所發(fā)生的反應(yīng)受電解質(zhì)溶液酸堿性影響，這也與原電池正負(fù)極電極反應(yīng)式有較為明顯的關(guān)聯(lián)，例如氫氧燃料電池的電極反應(yīng)。之后給學(xué)生提出問(wèn)題：為什么在原電池中隨著電解質(zhì)的酸堿性的不同電極反應(yīng)式會(huì)發(fā)生改變？教師安排學(xué)生就剛剛給出的問(wèn)題進(jìn)行討論，展示自己所得出的結(jié)論：因酸性電解質(zhì)溶液中存在著大量OHˉ離子，而堿性電解質(zhì)溶液中則存在大量H+離子，電極產(chǎn)物應(yīng)考慮到介質(zhì)對(duì)其所產(chǎn)生的影響。

通過(guò)對(duì)高中化學(xué)中的原電池進(jìn)行分類研究，學(xué)生體會(huì)到了分類研究這一方法的好處。在對(duì)氫氧燃料電池做細(xì)致分析的過(guò)程中，學(xué)生能夠更好地抓住原電池電極反應(yīng)的本質(zhì)。由此可見，進(jìn)行分類研究可以更快地找到化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律和本質(zhì)，助推學(xué)生學(xué)習(xí)其他類似的學(xué)科知識(shí)。

三、聯(lián)系對(duì)比，預(yù)測(cè)物質(zhì)間的多元變化

高中的學(xué)生，在化學(xué)這一學(xué)科上已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)要求若依然停滯在初中階段的機(jī)械記憶方程式與簡(jiǎn)單的運(yùn)算，顯然難以符合新的要求。教師可通過(guò)練習(xí)對(duì)比，讓學(xué)生預(yù)測(cè)即將進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的可能生成物，這也屬于高中化學(xué)的新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。

問(wèn)題1：加熱試管中的NaHCO3晶體，使用導(dǎo)管將獲得的物質(zhì)通入到澄清石灰水中。在對(duì)反應(yīng)現(xiàn)象觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)晶體加熱時(shí)試管壁上出現(xiàn)水珠，同時(shí)澄清的石灰水逐漸變得渾濁?，F(xiàn)得知生成物中含有Na2CO3粉末，請(qǐng)寫出這一反應(yīng)的化學(xué)方程式。學(xué)生在對(duì)整個(gè)反應(yīng)觀察后，根據(jù)自己的理解得出結(jié)論。通過(guò)導(dǎo)管中有水珠這一反應(yīng)現(xiàn)象可以得知生成物中有水，通過(guò)澄清的石灰水逐漸變得渾濁這一反應(yīng)現(xiàn)象可以得知生成物中有二氧化碳?xì)怏w。結(jié)合題目中提供的信息生成物包含Na2CO3，學(xué)生嘗試將反應(yīng)物、生成物列出來(lái)，NaHCO3== Na2CO3+H2O+CO2↑，知道了化學(xué)反應(yīng)的生成物與反應(yīng)物之后只差配平了，配平化學(xué)方程式之后為2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑。在此基礎(chǔ)上介紹NaHCO3可做食品中的膨松劑，體現(xiàn)化學(xué)中物質(zhì)“性質(zhì)決定用途”的基本思想。

問(wèn)題2：在試管中滴入一定量的AgNO3水溶液，接下來(lái)在試管中置入3g銅粒，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。一段時(shí)間后，一層銀白色的物質(zhì)覆蓋在紅色的金屬表面，另外還發(fā)現(xiàn)生成物中有Cu(NO3)2。請(qǐng)寫出這一化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式。根據(jù)參與反應(yīng)的物質(zhì)只有銅和AgNO3水溶液兩種，且根據(jù)銅的表面銀白色的物質(zhì)可分析出銀白色的物質(zhì)應(yīng)是銀?；谝陨系姆治觯摲磻?yīng)的化學(xué)方程很快就得出：Cu+2AgNO3=2Ag+ Cu(NO3)2。在對(duì)比分析化學(xué)現(xiàn)象的過(guò)程中，結(jié)合參與反應(yīng)的物質(zhì)推測(cè)出反應(yīng)生成物，最終準(zhǔn)確得出化學(xué)反應(yīng)對(duì)應(yīng)的方程式。

四、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，嘗試自主驗(yàn)證

在高中的化學(xué)學(xué)習(xí)中僅僅通過(guò)觀看教材中的實(shí)驗(yàn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還應(yīng)該讓學(xué)生自己根據(jù)需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，嘗試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

例如Cl2的制備實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在初中階段已了解過(guò)H2和O2的制備，對(duì)氣體的制備擁有了一定的知識(shí)基礎(chǔ)。在制備Cl2的課堂設(shè)計(jì)中，可以先由學(xué)生自主了解Cl2的一些特點(diǎn)：常溫下為黃綠色氣體，有強(qiáng)烈刺激性氣味，并且有劇毒。然后給學(xué)生介紹工業(yè)制備Cl2的方法，具體的過(guò)程是利用電解飽和食鹽水來(lái)生產(chǎn)Cl2。學(xué)生在觀看完視頻后，教師對(duì)電極反應(yīng)式做簡(jiǎn)單的書寫與介紹，反應(yīng)式的具體內(nèi)容只是了解，并不要求學(xué)生掌握。陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cl--2e-=Cl2↑，陰極反應(yīng)式為2H+ +2e-=H2↑。在此基礎(chǔ)上結(jié)合氯氣的性質(zhì)和氯元素的價(jià)態(tài)特點(diǎn)設(shè)計(jì)可在實(shí)驗(yàn)室制備氯氣的方法。學(xué)生想出了很多種方法來(lái)制備Cl2，有的利用高錳酸鉀跟濃鹽酸反應(yīng)來(lái)制備Cl2，其化學(xué)反應(yīng)方程式為2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑；有的學(xué)生嘗試使用氯酸鉀與濃鹽酸反應(yīng)制備Cl2，其化學(xué)反應(yīng)方程式為KClO3+6HCl=KCl+3H2O+3Cl2↑。在各小組充分討論的基礎(chǔ)上，全班學(xué)生再?gòu)膶?shí)驗(yàn)中反應(yīng)條件的選擇、儀器的組裝、操作的可行性、綠色化學(xué)的要求等方面分析最終確定Cl2的實(shí)驗(yàn)室制法。這些討論對(duì)學(xué)生建立物質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思維模型幫助較大。

結(jié) 語(yǔ)

總之，在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生觀察化學(xué)反應(yīng)的表象和實(shí)質(zhì)，理解到能量的變化也是一種化學(xué)變化的形式之一，讓學(xué)生在分類學(xué)習(xí)的過(guò)程中抓住化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)，基于物質(zhì)性質(zhì)預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)并在驗(yàn)證的過(guò)程中深化對(duì)化學(xué)過(guò)程的認(rèn)識(shí)。學(xué)生在養(yǎng)成學(xué)科素養(yǎng)的過(guò)程中，深刻感受到化學(xué)學(xué)習(xí)的無(wú)窮樂(lè)趣。