利用手持技術(shù)，實現(xiàn)“宏微符”結(jié)合

龐紅梅

摘要：教學(xué)《離子反應(yīng)》一課，通過宏觀的實驗現(xiàn)象、手持技術(shù)測定的微觀的溶液電導(dǎo)率的變化和符號表示的反應(yīng)方程式結(jié)合，幫助學(xué)生通過觀察辨識一定條件下物質(zhì)的形態(tài)及變化的宏觀現(xiàn)象，初步掌握物質(zhì)及其變化的分類方法，從物質(zhì)的微觀層面理解其組成、結(jié)構(gòu)及變化，并運(yùn)用符號表征物質(zhì)及其變化。這樣的教學(xué)，逐步培養(yǎng)了學(xué)生的宏觀辨識與微觀探析以及科學(xué)探究的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：手持技術(shù)“宏微符”結(jié)合離子反應(yīng)電導(dǎo)率測定

一、設(shè)計思路

“離子反應(yīng)”是人教版高中化學(xué)必修一第二章第二節(jié)的內(nèi)容，包括“酸、堿、鹽在水溶液中的電離”和“離子反應(yīng)及其發(fā)生的條件”這兩部分內(nèi)容。它要求學(xué)生在初中所學(xué)的酸、堿、鹽知識的基礎(chǔ)上，從微觀的角度進(jìn)一步認(rèn)識酸、堿、鹽;是中學(xué)化學(xué)的重難點之一，在中學(xué)階段基礎(chǔ)理論知識中占有極其重要的地位。

我們通常可以利用導(dǎo)電性實驗和宏觀的反應(yīng)現(xiàn)象，如指示劑變色、生成沉淀和生成氣體，來對電解質(zhì)的概念及離子反應(yīng)的條件加以說明。但在溶液中，離子究竟是如何變化的，學(xué)生無法看到，只能結(jié)合現(xiàn)象和語言描述加以理解。而利用手持技術(shù)（Handheld Technology，數(shù)字化手持技術(shù)實驗），測定溶液的電導(dǎo)率變化，將離子濃度變化通過電導(dǎo)率的數(shù)據(jù)變化加以呈現(xiàn)，能使學(xué)生將微觀的離子反應(yīng)過程（含電解質(zhì)電離）和宏觀的物質(zhì)性質(zhì)、實驗現(xiàn)象對應(yīng)，并通過離子反應(yīng)方程式的書寫將其表示出來，從而完成宏觀、微觀和化學(xué)符號的結(jié)合，提升化學(xué)認(rèn)知水平和學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)過程

（一）認(rèn)識電解質(zhì)

師初中時，我們做過導(dǎo)電性實驗。現(xiàn)在，讓我們重溫一下這個實驗。測定下列溶液的導(dǎo)電性：鹽酸、NaOH溶液、NaCl溶液、酒精、蔗糖溶液。

（師生共同完成導(dǎo)電性實驗，現(xiàn)象如圖1。）

師根據(jù)現(xiàn)象，我們能得到什么結(jié)論？

生鹽酸、NaOH溶液、NaCl溶液導(dǎo)電;酒精、蔗糖溶液不導(dǎo)電。

師NaOH、NaCl等物質(zhì)不僅在水溶液中會導(dǎo)電，在熔融狀態(tài)下也會導(dǎo)電。而在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物，我們稱之為電解質(zhì)。一般的酸、堿、鹽都是電解質(zhì)。（稍停）那為什么電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電？提示一下，導(dǎo)電的條件是有自由移動的電荷。

生因為電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下發(fā)生了電離，產(chǎn)生了可以自由移動的離子。

師（播放NaCl固體和蔗糖固體溶于水的Flash動畫，截圖如圖2、圖3）NaCl固體在水中電離成可以自由移動的水合鈉離子和水合氯離子，這樣的過程用電離方程式來表示為：NaClNa++Cl-。請根據(jù)NaCl的電離方程式，寫出HCl、 H2SO4、NaOH、Ba（OH）2、MgCl2的電離方程式。

（學(xué)生完成后，教師投影答案，批改、糾正。）

師像NaCl這樣的電解質(zhì)會在水溶液中發(fā)生電離，然后以離子形式存在并參與反應(yīng)。

[設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)主要幫助學(xué)生從微觀角度認(rèn)識電解質(zhì)，了解電解質(zhì)的電離，知道電解質(zhì)在溶液中的存在形式，為探究離子反應(yīng)的實質(zhì)做鋪墊。]

（二）比較電解質(zhì)電離程度

師由剛才的學(xué)習(xí)我們知道，電解質(zhì)溶于水后會電離成離子存在于溶液中，那么是不是所有的電解質(zhì)在水溶液中都是以離子形式存在呢？我們再來看一組溶液的導(dǎo)電性。

（通過導(dǎo)電性實驗裝置測定0.1 mol/L的鹽酸、醋酸溶液、NaOH溶液、氨水的導(dǎo)電性，現(xiàn)象如圖4。）

師根據(jù)現(xiàn)象，我們能得到什么結(jié)論？

生同濃度的醋酸溶液、氨水的導(dǎo)電能力比鹽酸、NaOH溶液弱。

師為什么同濃度的醋酸溶液、氨水的導(dǎo)電能力比鹽酸、NaOH溶液弱？

生離子種類不同。

生溶液中的離子濃度不同。

師我們先來看看鹽酸加水稀釋時電導(dǎo)率的變化情況。電導(dǎo)率是物質(zhì)傳送電流的能力，是電阻率的倒數(shù)。

（利用手持技術(shù)測定鹽酸稀釋時的電導(dǎo)率變化情況，圖線如圖5。）

師你能得到什么結(jié)論？

生溫度不變時，離子濃度越大，電導(dǎo)率越大。

師因為導(dǎo)電能力實際上和電荷的濃度有關(guān)，所以離子所帶電荷越多，電導(dǎo)率也越大。當(dāng)然，其他因素也有一定的影響。我們再來看一下0.01 mol/L的一組溶液的電導(dǎo)率。

（利用手持技術(shù)測定0.01 mol/L的NaCl溶液、鹽酸、醋酸溶液、NaOH溶液、氨水的電導(dǎo)率，數(shù)據(jù)見表1。）

師為什么鹽酸、NaOH溶液和NaCl溶液的電導(dǎo)率比醋酸溶液和氨水大得多？

生鹽酸、NaOH溶液和NaCl溶液中離子濃度比醋酸溶度和氨水大得多。

師強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、可溶鹽在溶液中完全電離，主要以離子形式存在;而弱酸、弱堿在溶液中部分電離，主要以分子形式存在，也以分子形式參加反應(yīng)，電離方程式可以表示為：CH3COOHH++CH3COO-、NH3·H2ONH4++OH-。

[設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)意在讓學(xué)生了解弱酸、弱堿等物質(zhì)溶于水后部分電離，主要以分子形式存在，為離子方程式的書寫中弱酸、弱堿不拆寫成化學(xué)式形式做鋪墊。]

（三）探究離子反應(yīng)發(fā)生的條件

師電解質(zhì)在水溶液中會完全或部分電離成離子，以離子或分子的形式存在，那么它們在水溶液中是如何發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的呢？我們先來觀察和測量NaOH溶液和鹽酸的反應(yīng)。

（教師演示實驗：向20 mL滴有酚酞的0.1 mol/L的NaOH溶液中滴加20 mL 0.1 mol/L的鹽酸。學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象和電導(dǎo)率變化，電導(dǎo)率變化圖線如圖6。）

生溶液紅色褪去;電導(dǎo)率下降到一半左右。

師從現(xiàn)象和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)推斷，在溶液中哪些離子發(fā)生了反應(yīng)？用化學(xué)符號表示反應(yīng)過程。

生（投影答案并講解）根據(jù)電導(dǎo)率下降可知，離子濃度減少，有離子發(fā)生了反應(yīng);根據(jù)溶液紅色褪去可知，氫氧根離子參加了反應(yīng)。所以，反應(yīng)過程為： H++OH-H2O。

師再來看看下面這個反應(yīng)的現(xiàn)象和電導(dǎo)率變化。

（教師演示實驗：向1 mol/L的CuSO4溶液中滴加1 mol/L的BaCl2溶液。學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象和電導(dǎo)率變化。）

師我們可以看到生成了白色沉淀，而溶液依然呈藍(lán)色，電導(dǎo)率保持不變。那么，原溶液中存在哪些離子？哪些離子發(fā)生了反應(yīng)？用化學(xué)符號表示反應(yīng)過程。

生（投影答案并講解）根據(jù)有白色沉淀生成，可知硫酸根離子和鋇離子生成了硫酸鋇沉淀;根據(jù)溶液依然呈藍(lán)色，可知銅離子仍在溶液中，沒有發(fā)生反應(yīng)。所以，反應(yīng)過程可以表示為：Ba2++SO2-4BaSO4↓。

師再來看看Na2CO3溶液和硫酸溶液的反應(yīng)。

（教師演示實驗：向1 mol/L的Na2CO3溶液中滴加1 mol/L的硫酸溶液。學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象和電導(dǎo)率變化。）

生有無色氣體生成;溶液電導(dǎo)率下降到一半左右。

師原溶液中存在哪些離子？哪些離子發(fā)生了反應(yīng)？用化學(xué)符號表示反應(yīng)過程。

生2H++CO2-3CO2↑+H2O。

師上一節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了物質(zhì)的分類。同樣，我們也可以對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類。初中時，我們學(xué)習(xí)了四大基本反應(yīng)類型。在上面3個反應(yīng)中，部分離子參加了反應(yīng)，部分離子仍舊在溶液中，我們把有離子參加的化學(xué)反應(yīng)稱為離子反應(yīng)。請大家根據(jù)剛才的反應(yīng)現(xiàn)象和電導(dǎo)率變化，總結(jié)離子反應(yīng)發(fā)生的條件。

生離子反應(yīng)發(fā)生的一般條件是：生成沉淀、氣體或水。

師離子反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中的一類。今天，我們從另一個角度認(rèn)識了化學(xué)反應(yīng)。

[設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)通過宏觀的反應(yīng)現(xiàn)象和微觀的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)相結(jié)合，探究離子反應(yīng)發(fā)生的條件和離子反應(yīng)的實質(zhì)，然后運(yùn)用離子反應(yīng)方程式將反應(yīng)的實質(zhì)表示出來。再次引導(dǎo)學(xué)生體驗“從現(xiàn)象到本質(zhì)、從宏觀到微觀、從定性到定量”的認(rèn)知過程以及“宏微符”結(jié)合。]

三、教學(xué)反思

本節(jié)課主要通過宏觀現(xiàn)象和微觀粒子變化的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生探究電解質(zhì)的電離和離子之間的反應(yīng)，學(xué)習(xí)離子反應(yīng)方程式的書寫。其中，第一個環(huán)節(jié)結(jié)合溶液導(dǎo)電性實驗現(xiàn)象（宏觀）和NaCl、蔗糖溶于水時粒子變化（微觀）的Flash動畫，學(xué)習(xí)電解質(zhì)電離。第二個環(huán)節(jié)通過強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和弱酸、弱堿溶液導(dǎo)電性實驗（宏觀）與電導(dǎo)率測定（微觀）兩個角度，揭示不同電解質(zhì)電離程度的不同。第三個環(huán)節(jié)通過三個實驗探究離子反應(yīng)的實質(zhì)和離子反應(yīng)的條件。其中，第一個實驗通過酚酞紅色褪去（宏觀）和離子濃度減小引起電導(dǎo)率下降（微觀），說明氫離子和氫氧根離子的反應(yīng);第二個實驗通過有白色沉淀生成、溶液仍然呈藍(lán)色（宏觀）和電導(dǎo)率基本不變（微觀），說明鋇離子和硫酸根離子的反應(yīng);第三個實驗通過有氣體生成（宏觀）和離子濃度減小引起電導(dǎo)率下降（微觀），說明碳酸根離子和氫離子的反應(yīng)。

通過宏觀的實驗現(xiàn)象、手持技術(shù)測定的微觀的溶液電導(dǎo)率的變化和符號表示的反應(yīng)方程式結(jié)合，幫助學(xué)生通過觀察辨識一定條件下物質(zhì)的形態(tài)及變化的宏觀現(xiàn)象，初步掌握物質(zhì)及其變化的分類方法，從物質(zhì)的微觀層面理解其組成、結(jié)構(gòu)及變化，并運(yùn)用符號表征物質(zhì)及其變化。整個學(xué)習(xí)過程，學(xué)生對離子反應(yīng)的認(rèn)識從現(xiàn)象到本質(zhì)，從宏觀到微觀，從定性到定量，最后再用符號進(jìn)行表示，契合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。“宏微符”結(jié)合是貫穿學(xué)生探究、合作交流和自我評價、相互評價整個學(xué)習(xí)過程的，從而逐步培養(yǎng)了學(xué)生的宏觀辨識與微觀探析以及科學(xué)探究的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈杰，楊新萍.宏微符三結(jié)合學(xué)習(xí)化學(xué)的理論思考[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2007（S1）.觀摩隨想