以微型實驗為載體的化學(xué)史教學(xué)

李英

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是經(jīng)過化學(xué)課程學(xué)習(xí)所形成和發(fā)展的正確態(tài)度價值觀、關(guān)鍵能力和必備品格?；瘜W(xué)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動是化學(xué)核心素養(yǎng)的主要載體。本文基于對學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，進行的《化學(xué)反應(yīng)速率》教學(xué)設(shè)計。

一、教學(xué)內(nèi)容

化學(xué)反應(yīng)速率是蘇教版化學(xué)必修2專題2第一單元的內(nèi)容，是化學(xué)反應(yīng)原理知識，是中學(xué)化學(xué)的重要理論之一，屬于化學(xué)動力學(xué)范疇，有非常重要的理論意義和實踐意義。

二、學(xué)情分析

學(xué)生通過對生活經(jīng)驗對反應(yīng)進行的快慢有初步的認識，初中化學(xué)學(xué)習(xí)中，對于利用二氧化錳能加快雙氧水制氧氣有了初步認識。學(xué)生具有一定的觀察、分析、質(zhì)疑和表達能力，初步具備簡單的實驗方案的設(shè)計能力，能夠合作完成實驗探究，但探究能力、操作能力和評價能力需進一步加強。

三、教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)和《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定如下教學(xué)目標(biāo)：通過工業(yè)合成氨的發(fā)展史了解到化學(xué)反應(yīng)有快慢之分，感受化學(xué)反應(yīng)的快慢;定性分析與定量計算相結(jié)合，了解化學(xué)反應(yīng)快慢的表示方法;通過對能斯特和哈伯合成氨工業(yè)條件的對比啟發(fā)，探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，認識到化學(xué)中的變化觀念;通過催化劑、溫度、壓強的選擇，了解到工業(yè)生產(chǎn)中要綜合各方面因素，整體調(diào)控的思維基點，培養(yǎng)學(xué)生“實驗探究與創(chuàng)新意識”、“證據(jù)推理與模型認知”的學(xué)科素養(yǎng);通過引導(dǎo)學(xué)生將理論應(yīng)用于解決實際工業(yè)問題，認識調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率在工業(yè)生產(chǎn)生活中的作用，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任感”的學(xué)科素養(yǎng)。

四、設(shè)計思路

本節(jié)課以工業(yè)合成氨的化學(xué)史為背景，以實驗室制氧氣為載體，充分調(diào)動學(xué)生的探究熱情，激發(fā)學(xué)生的興奮點，完成微型化學(xué)實驗方案的設(shè)計和探究，最終回歸到生活中，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論應(yīng)用于解決實際問題，認識調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率在工業(yè)生產(chǎn)、社會生活中的作用，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任感。

五、教學(xué)過程

（一）真實情境

我國是農(nóng)業(yè)大國，離不開化肥，氨氣是銨態(tài)氮肥的基礎(chǔ)，哈伯正是探究了合成氨的最佳反應(yīng)條件，獲得了諾貝爾化學(xué)獎。

設(shè)計意圖：聯(lián)系實際創(chuàng)設(shè)真實情境，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，利用哈伯探尋到反應(yīng)最佳條件，獲得諾貝爾化學(xué)獎，形成學(xué)生思維沖突，使學(xué)生對反應(yīng)的認識自然過渡到動力學(xué)角度。

（二）建構(gòu)概念

師：合成氨反應(yīng)具體慢到什么程度，化學(xué)上可以用化學(xué)反應(yīng)速率來衡量。對于具體的化學(xué)反應(yīng)（Zn和稀鹽酸反應(yīng)），你如何判斷反應(yīng)快慢？

師：如果要定量計算呢？氣體看體積，固體看質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)氣體看質(zhì)量不方便，固體看體積也不合適。八年級物理告訴我們：要測量一個物理量，首先要確定它的單位，化學(xué)反應(yīng)速率的單位是mol·（L·min）-1或mol·（L·s）-1，你能由此推出它的表達式和定義嗎？

師：我們可以分為反應(yīng)物和生成物兩個角度描述：單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加。

師：我國的合成氨工業(yè)發(fā)展迅速，目前已是世界上產(chǎn)量最高的國家，請你來算一算它的反應(yīng)速率（例題計算）

師：應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率時，一定要指明物質(zhì)的種類，速率是標(biāo)量，沒有方向，取正值。

設(shè)計意圖：充分考慮學(xué)生的已有知識，尊重學(xué)情，考慮學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，讓學(xué)生自主完成構(gòu)建概念。學(xué)生在生活中很容易判斷運動的快慢，從學(xué)生熟悉的實驗引入，從宏觀現(xiàn)象的描述具體到某種物質(zhì)變化速率的定量描述，定性分析與定量計算相結(jié)合，在學(xué)生的探究中形成概念，加深對概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生推理能力。

（三）探究規(guī)律

師：合成氨工業(yè)史上，里程碑式的人物除了哈伯，還有能斯特，他們都做了大量實驗，尋找最佳反應(yīng)條件。

對比兩人的反應(yīng)條件，不難發(fā)現(xiàn)，他們都不約而同的選擇了升高溫度，增大壓強，使用催化劑，只是在具體細節(jié)上不同。我們來看看，哈伯在能斯特的基礎(chǔ)上做了哪些改變？

生：后面的催化劑催化效果可能更好，壓強越大，反應(yīng)越快

師：探究點一：不同催化劑對反應(yīng)的催化效果

你如何判斷該反應(yīng)的快慢？

生：看產(chǎn)生氣泡的快慢。

師：選擇你的試劑設(shè)計實驗方案：5%（1號滴管）和12%（2號滴管）的H2O2，F(xiàn)eCl3溶液、MnO2，熱水，冷水。

生：2號滴管，二氧化錳，氯化鐵溶液。12%的雙氧水中分別滴加二氧化錳和氯化鐵溶液，看產(chǎn)生氣泡的快慢。

師：哈伯之所以調(diào)低了反應(yīng)溫度，主要是為了使催化劑在550℃催化效果更好。溫度對化學(xué)反應(yīng)速率又有怎樣的影響呢？請你來選擇合適的試劑，設(shè)計實驗方案。

生：2號滴管，熱水，冷水

生：現(xiàn)象不明顯

師：怎么補救？

生：加點催化劑進去

師：選哪種催化劑呢？

生：氯化鐵溶液，加二氧化錳，反應(yīng)太快，不利于觀察。

師：我發(fā)現(xiàn)大家都不約而同的選擇了12%的雙氧水，為什么不選5%的雙氧水？

生：濃度大，反應(yīng)現(xiàn)象更加明顯，可以選擇5%的雙氧水和二氧化錳做對比試驗。

生：都比較劇烈，無法區(qū)分判斷

師：引用數(shù)字化實驗（氧氣傳感器），氧氣傳感器是用來測定氧氣百分含量，并轉(zhuǎn)換成信號輸入電腦。如何利用氧氣傳感器判斷反應(yīng)快慢？

生：相同時間內(nèi)生成氧氣越多，反應(yīng)越快，越少，反應(yīng)越慢。

師：展示實驗室測得10mL12%的雙氧水與1g二氧化錳接觸時截取的30s的反應(yīng)情況，橫坐標(biāo)為反應(yīng)時間，縱坐標(biāo)為氧氣的百分含量。

課堂實驗測10mL5%的雙氧水與1g二氧化錳接觸時的反應(yīng)情況。

師：能生成氨氣的化學(xué)反應(yīng)并不只有這一個，實驗室制氨氣選擇的是氫氧化鈣和氯化銨反應(yīng)，由于反應(yīng)物性質(zhì)不同，這個反應(yīng)比較快，那為何工業(yè)上不選這個反應(yīng)？

師：工業(yè)上需要考慮的因素很多，除了速率，還有經(jīng)濟成本，設(shè)備等。從哈伯明顯增大壓強，氨氣產(chǎn)量大幅度提升，說明增大壓強，能加快反應(yīng)速率，但能無限增大嗎？

設(shè)計意圖：

運用控制變量法研究化學(xué)反應(yīng)的影響因素，使學(xué)生了解控制變量法在化學(xué)中的意義，體會科學(xué)探究的相關(guān)思路。學(xué)生通過實驗發(fā)現(xiàn)相同反應(yīng)物在不同條件下的反應(yīng)速率不同，認識到化學(xué)中的變化觀念，進一步強化化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素;通過催化劑、溫度、壓強的選擇，了解到工業(yè)生產(chǎn)中要綜合各方面因素，整體調(diào)控的思維基點，培養(yǎng)學(xué)生“變化觀念與平衡思想”的學(xué)科素養(yǎng)。

（四）拓展提升

師：影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素很多，受條件的限制，課堂上不能一一探究，還有很多其他因素，例如光電波、接觸面積等。反應(yīng)物本身的性質(zhì)，我們無法改變，稱為內(nèi)因，能改變調(diào)控的稱為外因。為了增強對比實驗的可信度，大家的實驗都是在控制單一變量的基礎(chǔ)上進行的，然而在實際的反應(yīng)中，這些因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響是綜合的，融合在一起的。

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論應(yīng)用于解決實際工業(yè)問題，認識調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率在工業(yè)生產(chǎn)、社會生活中的作用，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任感”的學(xué)科素養(yǎng)。

（江蘇省溧陽中學(xué)，江蘇 常州 213300）