基于學科核心素養(yǎng)的化學概念教學
——以“離子反應”第一課時為例

袁君亞

（江蘇省江陰長涇中學，江蘇 無錫 214411）

化學概念是中學化學最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵、最核心的內(nèi)容，是學生學好化學知識的首要前提，它是人們對化學研究最本質(zhì)的概括和認識，深刻反映了過程中最本質(zhì)的化學特征。［1］

一、教學內(nèi)容分析

“離子反應”是人教版化學必修1第二章第二節(jié)內(nèi)容，是中學化學重要的基礎(chǔ)概念之一。《普通高中化學課程標準（2017年）》中對本節(jié)內(nèi)容的要求是：認識酸、堿、鹽等電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下能發(fā)生電離。此前，在九年級化學教學中介紹了常見的酸、堿、鹽的組成及其性質(zhì)，并且學習了復分解反應，知道復分解反應的條件是生成沉淀、氣體和水，這是對水溶液中復分解反應的宏觀認識，但是，學生對電解質(zhì)在水溶液中的存在狀態(tài)及行為還缺乏足夠的理解和認識，對水溶液中物質(zhì)的認識還沒有深入到微觀這一層面，對復分解反應的微觀實質(zhì)還不太清楚，不能從微觀的角度分析離子的存在以及離子之間的相互作用，欠缺研究微觀問題的方法和思路。因此本節(jié)內(nèi)容在此基礎(chǔ)之上，由宏觀到微觀，揭示酸、堿、鹽在水溶液中的變化本質(zhì)——電離，從微觀粒子作用觀的角度剖析復分解反應的實質(zhì)，從微粒的存在到離子之間的相互作用再到離子之間相互作用的結(jié)果，深刻理解水溶液中物質(zhì)發(fā)生復分解反應的微觀實質(zhì),建立研究水溶液中物質(zhì)反應的新思路和新視角。

二、基于化學核心素養(yǎng)的教學目標分析

高中化學學科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學態(tài)度與社會責任”5個方面：

1.通過“電離理論”化學史的學習，了解酸、堿、鹽電離成自由移動離子的過程。

2.通過概括總結(jié)，形成酸、堿、鹽及電解質(zhì)的概念，從能否電離的角度對化合物進行分類。

3.通過手持技術(shù)實驗探究了解復分解型離子反應的微觀本質(zhì)是離子濃度的減少。

這些教學目標與核心素養(yǎng)的關(guān)系具體定位如圖1所示。

圖1 核心素養(yǎng)目標轉(zhuǎn)化為課時教學目標

三、基于化學核心素養(yǎng)的教學過程

（一）通過“電離理論”化學史的學習，了解酸、堿、鹽在水溶液中的電離

播放視頻，人在劇烈運動之后需要喝運動飲料，運動飲料中含有電解質(zhì)，揭示電解質(zhì)在人體內(nèi)的作用，在細胞內(nèi)外靠電解質(zhì)維持滲透壓，如圖2所示。

圖2 電解質(zhì)在人體內(nèi)維持滲透壓示意圖

師：電解質(zhì)在人體內(nèi)發(fā)揮巨大的作用，與我們?nèi)梭w的健康息息相關(guān)，那么什么是電解質(zhì)呢？下面我們一起來加以研究。

師：剛才視頻中提到我們最熟悉的食鹽，在人體內(nèi)產(chǎn)生離子。氯化鈉晶體中有離子，氯化鈉溶液中也有離子，它們都能導電嗎？為什么？

師：在化學發(fā)展過程中存在兩種觀點，觀點1：法拉第認為溶液中的離子是在通電的條件下產(chǎn)生的。

鏈接史料：1832—1834年，法拉第首次假定電流能使鹽溶液產(chǎn)生帶電物質(zhì)，這種物質(zhì)可使溶液導電。就把這種能輸送電流的帶電物質(zhì)稱為離子，即法拉第認為溶液中的離子是通電后產(chǎn)生的。

師：觀點2：阿累尼烏斯認為導電性溶液的溶質(zhì)在水的作用下自行解離為自由移動的離子。到底誰的觀點是正確的呢？

鏈接史料：1882—1883年期間，瑞典化學家阿累尼烏斯發(fā)現(xiàn)“水”是將電解質(zhì)離解成陰、陽離子的因素。阿累尼烏斯形成了“電離理論”的基本觀點。這一學說與當時化學界所認同的法拉第的觀點（“通電后產(chǎn)生離子”）截然不同。

實驗：測定NaCl固體、水和NaCl溶液的導電性。

用電導率便攜式傳感器測定NaCl 固體和NaCl 溶液的導電性如表1所示。

表1 不同物質(zhì)的電導率

師：從表中可以看出，氯化鈉固體雖然含有離子但不導電；氯化鈉溶液很容易導電，而且隨著氯化鈉固體的不斷加入，電導率在不斷升高。有人懷疑，是否是水在導電呢？經(jīng)過測定，水幾乎不導電。充分說明是水將氯化鈉離解成陰陽離子。

師：我們通過實驗獲得的宏觀證據(jù)，還需要從微觀角度獲得解釋，請看動畫。

動畫：模擬氯化鈉溶于水的電離過程。

師：有沒有其他方法使氯化鈉導電？

鏈接史料：1807年，英國化學家戴維嘗試用電解法從苛性鉀（KOH）中分離出鉀。但是存在這樣一個化學事實，金屬鉀遇水就會強烈地反應，同時生成氫氧化鉀和氫氣。他改用電解熔融態(tài)苛性鉀的方法制得活潑金屬鉀。

結(jié)論：物質(zhì)（化合物）能導電是因為電離而產(chǎn)生自由移動的離子。

師：歸納一下，什么是電離？

生：物質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下自行解離為離子的過程。

（二）用化學符號表征電離的過程

師：請大家根據(jù)氯化鈉的電離過程，推測硫酸、氫氧化鈉、氯酸鉀、氫氧化鋇、氯化銨、硫酸氫鈉和硫酸鐵在水溶液中的存在形式，并寫出它們的電離方程式。

學生書寫電離方程式，同一學習小組的同學相互糾錯。

師：書寫電離方程式必須遵循質(zhì)量守恒，電離方程式的兩端原子個數(shù)必須相等；必須遵循電荷守恒，右側(cè)的離子電荷總數(shù)應該為零。

師：結(jié)合上面的分析，如何從電離角度重新認識酸、堿、鹽？

生：酸：電離時，生成的陽離子全部是H+的化合物。堿：電離時，生成的陰離子全部是OH-的化合物。鹽：電離時，生成金屬陽離子（或NH4+）和酸根離子的化合物。

設(shè)計意圖：本節(jié)課從化學史中阿累尼烏斯與法拉第觀點的不同入手，激發(fā)學生探究的興趣。以電導率傳感器測定出的實驗數(shù)據(jù)作為證據(jù)推理說明水使Na-Cl發(fā)生電離，微觀模擬NaCl的電離過程幫助學生加深理解。根據(jù)學生的電離方程式典型錯誤進行適當?shù)闹v解和說明，強化質(zhì)量守恒定律和電荷守恒原理。

師：酸堿鹽是電解質(zhì)，如何定義電解質(zhì)？

生：電解質(zhì)：在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導電的化合物。

師：根據(jù)電導率數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，水也能極其微弱地電離，所以水也是一種電解質(zhì)。

師：相同體積、相同濃度的不同電解質(zhì)溶液的導電能力都相同嗎？以等濃度、等體積的HCl、CH3COOH溶液為例。

實驗：用便攜式電導率傳感器測定HCl 和CH3COOH溶液的電導率。

師：根據(jù)電導率的差異請大家猜測其中可能的原因。

生：兩種溶液中離子濃度大小不同，HCl中離子濃度比較大，CH3COOH中離子濃度比較小。

師：通過微觀模擬HCl 和CH3COOH 的電離過程，如圖3所示，從中可以得出什么結(jié)論？

圖3 HCl與CH3COOH電離情況示意圖

生：HCl 完全電離，CH3COOH 部分電離，CH3COOH分子和H+和CH3COO-共存。

設(shè)計意圖：根據(jù)酸堿鹽的定義，由學生歸納總結(jié)出電解質(zhì)的定義，促使學生將概念內(nèi)化，深刻理解化學的核心概念。通過測定相同濃度的HCl 和CH3COOH 的電導率，讓學生了解HCl 完全電離，CH3COOH 部分電離，目的不是要講強弱電解質(zhì)，而是為后面離子方程式中物質(zhì)是否拆解成離子埋下伏筆。

（三）離子反應的本質(zhì)

教師與學生活動

師：我們已經(jīng)知道酸和堿等電解質(zhì)能在水溶液中發(fā)生電離，如果將酸和堿混合將會發(fā)生復分解反應（中和反應），那么復分解反應的微觀實質(zhì)是什么呢？我們以HCl和Ba(OH)2溶液的反應來探究。

師：以你的知識，設(shè)計實驗說明二者發(fā)生了反應？

生：向氫氧化鋇溶液中滴加酚酞，然后逐滴滴加鹽酸，觀察溶液顏色的變化。

學生實驗：液體量取1～2 mL；不要將滴管伸入試管內(nèi)，邊加邊振蕩。

演示實驗：利用電導率傳感器探究中和反應的微觀實質(zhì)。如圖4所示。

圖4 HCL和Ba（OH）2溶液反應情況示意圖

師：思考問題：1.BC 段是在加入比原溶液離子濃度大的溶液，為什么離子濃度不升反降？用化學方程式表示其原理。2.C點為什么不為0，且遠大于純水的電導率300us/cm？

生：BC 段說明離子之間在發(fā)生反應，導致離子濃度減??；H++OH-=H2O；C 點時溶液中仍然存在大量離子，所以其電導率遠大于純水的電導率300us/cm。

師：由上述實驗我們清楚地“看到”：鹽酸和氫氧化鋇在水溶液中混合所發(fā)生的復分解反應的實質(zhì)就是：鹽酸電離生成的H+和氫氧化鋇電離生成的OH-結(jié)合生成水的反應，而Cl-和Ba2+并沒有參與反應，所以這個反應可表示為：H++OH-=H2O。

師：像這樣的離子之間的反應我們稱之為：離子反應。

師：我們可以按照本實驗的思路，探究其他復分解反應的實質(zhì)（如：AgNO3與NaCl，Na2CO3與HCl），不難得出：復分解反應的實質(zhì)就是離子之間的反應，而這類離子反應所發(fā)生的條件是：生成沉淀、氣體和水。

師：其實復分解型的離子反應的發(fā)生條件可以歸為一點就是使溶液中的離子濃度減小。

師：龍江河發(fā)生鎘污染，鎘元素以Cd2+的形式存在，鎘離子有毒，嚴重影響廣大人民群眾的安全。

師：學習了離子反應，請你們幫他們想想辦法，如何處理鎘污染。

生：讓鎘離子沉淀下來。

資料：鎘離子沉淀所需的pH。

生：投放燒堿或石灰，提高河水的pH 值讓水呈弱堿性，使Cd2+形成Cd(OH)2沉淀不溶于水并從水中分離。

視頻：實際處理過程，除沉淀法外還采用聚合氯化鋁產(chǎn)生氫氧化鋁膠體吸附Cd(OH)2。

師：大家提到化學不要談虎色變，其實化學不是產(chǎn)生問題，學好化學可以幫助人們解決問題。

設(shè)計意圖：離子反應的傳統(tǒng)實驗教學中，教師往往是引導學生通過肉眼觀察沉淀、氣體等的生成來反推溶液中離子數(shù)目的減少。在教學中引入手持技術(shù)，學生除了直接觀察以外，還可以通過手持技術(shù)實驗系統(tǒng)觀察到溶液其他數(shù)據(jù)的變化，比如導電率、pH等，且手持技術(shù)實驗系統(tǒng)還可以直接形成圖像，可以更直觀地表征化學反應的進程。在曲線表征方面，手持技術(shù)實驗比傳統(tǒng)實驗的可觀察角度更多、更全面，也更細致。通過龍江河的污染治理，讓學生知道學有所用，能夠解決生產(chǎn)、生活中的實際問題，讓學生產(chǎn)生責任感和使命感，學習化學知識必須為人類、為社會服務(wù)。

抽象的概念離不開感性材料的支撐，通過創(chuàng)設(shè)真實合理的問題情境提出問題，利用實驗手段讓學生觀察、感受、分析、推理，從微觀角度進行分析，解釋宏觀現(xiàn)象，最后抽象概括而引出概念。