培養(yǎng)學(xué)生高階思維的“影響鹽類水解的因素”教學(xué)設(shè)計(jì)

曾賽欽　張賢金

摘要：陌生情境下復(fù)雜問(wèn)題的解決需要學(xué)生具有高級(jí)思維能力。鹽類水解是學(xué)科核心概念，本文以“影響鹽類水解的因素”教學(xué)為例，設(shè)計(jì)真實(shí)情境，開(kāi)展概括關(guān)聯(lián)、解釋說(shuō)明、推斷預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和分析評(píng)價(jià)等多樣化活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)

生高階思維。

關(guān)鍵詞：高階思維;鹽類水解;影響因素;多樣化活動(dòng)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）06x-0035-04?? 中圖分類號(hào)：G632.41?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.009

一、教學(xué)內(nèi)容及現(xiàn)狀分析

本課為蘇教版化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》專題3“水溶液中的離子反應(yīng)”第三單元“鹽類的水解”第二課時(shí)[1]?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020 年修訂）》對(duì)這節(jié)內(nèi)容的要求是：“認(rèn)識(shí)鹽類水解的原理和影響鹽類水解的主要因素”[2]。在該課時(shí)之前學(xué)生已經(jīng)能從宏觀和微觀兩方面認(rèn)識(shí)弱電解質(zhì)的電離平衡，以及影響電離平衡移動(dòng)的因素;學(xué)會(huì)運(yùn)用電離平衡常數(shù)、電離度、水的離子積來(lái)描述弱酸、弱堿和水的電離程度;認(rèn)識(shí)了溶液酸堿性和pH 的檢測(cè)方法。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)的限度、平衡移動(dòng)的方向等已有一定的認(rèn)識(shí)和分析能力。鹽類的水解這一特殊平衡是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用和提升，理論性強(qiáng)，在高考命題中往往將鹽類水解的綜合應(yīng)用融入到新穎的工藝流程中，情境新，考查應(yīng)用能力要求高。這就要求學(xué)生對(duì)鹽類水解的內(nèi)容要深度學(xué)習(xí)。該課的教學(xué)設(shè)計(jì)在近幾年體現(xiàn)出關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，從不同的視角開(kāi)展教學(xué)。如：胡愛(ài)彬[3]采用循證教學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的方法，王建娣[4]基于學(xué)科觀念建構(gòu)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。采取怎樣的教學(xué)策略能更有效地引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)“鹽類水解”的化學(xué)知識(shí)，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展？本文以高階思維培養(yǎng)為“影響鹽類水解的因素”一課的教學(xué)設(shè)計(jì)總思路，為素養(yǎng)為本的化學(xué)教學(xué)提供新的視角。

二、教學(xué)思想與創(chuàng)新點(diǎn)

1.設(shè)計(jì)真實(shí)學(xué)習(xí)情境，激發(fā)高水平問(wèn)題

選擇碳酸鈉、碳酸氫鈉、84消毒液等熟悉的物質(zhì)在生活中的應(yīng)用為情境，讓學(xué)生意識(shí)到化學(xué)就在身邊，嘗試用化學(xué)的視角去看待身邊的事物。對(duì)于碳酸鈉和碳酸氫鈉的應(yīng)用，學(xué)生較為熟悉，但未從化學(xué)學(xué)科本原上去思考原因。新冠疫情期間84消毒液是家庭、學(xué)校必備品，它的使用中蘊(yùn)含著哪些化學(xué)知識(shí)？這樣的真實(shí)情境，對(duì)學(xué)生的思維有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)性，可引發(fā)高水平思考。

2.開(kāi)展多樣化活動(dòng)，發(fā)展高階思維能力

依據(jù)所授課程內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)并開(kāi)展多樣化活動(dòng)，提高課堂教學(xué)的有效性，達(dá)到思維能力的發(fā)展要求。針對(duì)影響鹽類水解平衡因素的特點(diǎn)，用不同功能性設(shè)計(jì)開(kāi)展學(xué)生活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從本質(zhì)角度去思考，由因及果。如：弱酸陰離子結(jié)合氫離子的能力大小決定強(qiáng)堿弱酸鹽水解程度的大小，其宏觀表征是溶液堿性的差異。對(duì)于溫度、外加酸（或堿）這兩個(gè)因素，在前面所學(xué)基礎(chǔ)上可鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、交流實(shí)驗(yàn)方案，分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論解釋。在學(xué)以致用方面，大膽拋給學(xué)生一組科研數(shù)據(jù)，讓學(xué)生結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。開(kāi)放性的思維培育，會(huì)提升學(xué)生多角度、深層次的解釋說(shuō)明能力。

三、教學(xué)目標(biāo)

（1）能正確測(cè)定溶液的pH，會(huì)依托宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷離子水解程度。

（2）學(xué)會(huì)從本質(zhì)看問(wèn)題，建構(gòu)Ka與Kh聯(lián)系，化定性分析為定量計(jì)算。

（3）通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)，完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)

驗(yàn)操作，并能對(duì)現(xiàn)象表征做出理論解釋。

（4）能綜合運(yùn)用影響水解平衡的因素，分析、解決

生產(chǎn)生活中的實(shí)例，感知化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值。

四、教學(xué)流程

依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，筆者精心設(shè)計(jì)概括關(guān)聯(lián)、解釋說(shuō)明、推斷預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和分析評(píng)價(jià)等高階思維活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在主動(dòng)參與活動(dòng)的過(guò)程中，發(fā)展高階思維能力。教學(xué)流程設(shè)計(jì)如表1所示。

五、教學(xué)過(guò)程

1.環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，溫故引新

[師]通過(guò)前面的學(xué)習(xí)我們知道Na2CO3和NaHCO3溶液都顯堿性，大家有沒(méi)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)問(wèn)題：為何碳酸鈉可用于去除油污，而碳酸氫鈉很少這樣應(yīng)用？為何碳酸氫鈉可以用作胃藥，而碳酸鈉不可以？

[生]二者的堿性不一樣，碳酸鈉強(qiáng)于碳酸氫鈉。

[追問(wèn)]為什么同濃度下，碳酸鈉堿性大于碳酸氫鈉？

[生]水解程度不一樣。

[師]鹽類的水解程度受哪些因素影響？基于前面學(xué)習(xí)中對(duì)化學(xué)平衡的認(rèn)識(shí)，大家試著推測(cè)一下。

[生]討論與交流，教師引導(dǎo)。

[小結(jié)]鹽自身的性質(zhì)（內(nèi)因）、溶液的溫度、鹽的濃度、外加酸或堿（外因）。

2.環(huán)節(jié)二：探究鹽自身性質(zhì)對(duì)鹽類水解的影響

[師]對(duì)于物質(zhì)的量濃度相同的不同種類的鹽溶液，它們的水解程度有沒(méi)有差異？同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有三瓶濃度均為0.1 mol ·L-1的NaClO、CH3COONa、NaNO2溶液，大家預(yù)測(cè)一下三種溶液的水解程度是否相同？你推導(dǎo)的理論依據(jù)是什么？同學(xué)們可進(jìn)行討論并給出解釋。

[生]水解程度不同，因?yàn)椴煌娜跛彡庪x子結(jié)合水電離產(chǎn)生的H+能力有差別。結(jié)合H+能力越強(qiáng)，生成弱電解質(zhì)的傾向越大，水解程度越大。

[師]怎么驗(yàn)證水解程度呢？

[生]三種鹽溶液堿性有差異，可測(cè)三種溶液的 pH來(lái)判斷其水解程度大小。

[學(xué)生活動(dòng)]用pH計(jì)測(cè)量三種溶液的pH，完成表2。

[師]請(qǐng)第三小組同學(xué)說(shuō)一下你們的測(cè)量數(shù)據(jù)。

[生]NaClO溶液 pH 為11.1，CH3COONa 溶液 pH 為9.3，NaNO2溶液pH為9.1。

[師]pH測(cè)量的結(jié)果是NaClO溶液最大，NaNO2溶液最小。已知常溫下HClO：Ka=4.0×10-8;CH3COOH： Ka =1.8×10-5;HNO2：Ka =5.6×10-4[1]，結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)說(shuō)出你的想法？7E0DD87B-56B0-4708-AA1B-C0DF1EB86194

[生]鹽水解生成的弱酸越弱，該鹽的水解程度越大。

[師]那么弱酸的電離平衡常數(shù)Ka與水解平衡常數(shù)Kh間能否建立起聯(lián)系呢？

[學(xué)生活動(dòng)]推導(dǎo)得到強(qiáng)堿弱酸鹽水解平衡常數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式Kh=KW/Ka，完成表3。

[師]通過(guò)定量計(jì)算三種弱酸陰離子的水解平衡常數(shù)，我們直觀感受到了它們的水解程度。

3.環(huán)節(jié)三：探究鹽濃度對(duì)鹽類水解的影響

[師]今年因?yàn)樾鹿谝咔?，預(yù)防性消毒成為常態(tài)化防控措施，家庭中常用什么物質(zhì)來(lái)消毒呢？

[生]84消毒液，酒精等。

[師]84消毒液的有效成分是什么？能殺滅新冠病毒嗎？要怎樣正確使用？

[視頻]認(rèn)識(shí)84消毒液。

[師]專家強(qiáng)調(diào)：84消毒液使用前一定要稀釋，對(duì)于NaClO這種強(qiáng)堿弱酸鹽溶液稀釋后，水解是不是減弱了？可如何探究？

[生]可測(cè)量溶液稀釋前后的pH變化。

[師]現(xiàn)提供NaClO溶液、pH計(jì)、100 mL 的針筒注射器、小燒杯、純凈水，請(qǐng)大家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量一下。

[學(xué)生活動(dòng)]用pH計(jì)測(cè)量NaClO溶液稀釋10倍前后的pH變化。

[師]我們請(qǐng)第一組同學(xué)來(lái)分享一下他們的探究過(guò)程與結(jié)果。

[生]先用pH計(jì)測(cè)量NaClO溶液稀釋前的pH值為12.2，接著用注射器先抽取5 mLNaClO溶液，再抽取純凈水直至溶液體積為50 mL，實(shí)現(xiàn)稀釋10倍，后將溶液置于小燒杯中，用pH計(jì)測(cè)量稀釋后的pH值為11.5，pH值減小了0.7。

[師]實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀表征NaClO溶液稀釋10倍前后pH變化小于1，說(shuō)明什么？

[生]說(shuō)明稀釋促進(jìn)了NaClO水解。

[師]能否從定量角度用水解平衡常數(shù)來(lái)解釋呢？

[小結(jié)]可以從濃度商 Qc和水解平衡常數(shù)Kh相對(duì)大小的角度定量地解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)論。理論證明;溶液稀釋后，水解平衡正向移動(dòng)。

4.環(huán)節(jié)四：探究溫度、外加酸（堿）對(duì)鹽類水解的影響

[師]溫度、外加酸（堿）對(duì)水解平衡的影響，以氯化鐵溶液為實(shí)驗(yàn)載體進(jìn)行探究，請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理及所提供實(shí)驗(yàn)用品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，小組討論后完成實(shí)驗(yàn)，并記錄好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（表4）。

[學(xué)生活動(dòng)]實(shí)驗(yàn)探究“溫度、溶液酸堿性對(duì)水解平衡的影響”。

實(shí)驗(yàn)用品：試管若干、試管夾、酒精燈、火柴、0.1 mol ·L-1氯化鐵溶液，6 mol ·L-1鹽酸。

[師生]小結(jié)整理得到結(jié)論。依據(jù)氯化鐵溶液加熱后顏色變深可得結(jié)論：升高溫度，水解平衡正向移動(dòng)。

[追問(wèn)]能否從理論角度解釋？

[生]水解反應(yīng)的逆反應(yīng)是中和反應(yīng)，中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因而水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升溫促進(jìn)水解。

[師]依據(jù)氯化鐵溶液加入幾滴濃鹽酸后溶液顏色變淺可得，外加酸對(duì)水解平衡的影響：鹽溶液呈酸性，增大H+濃度，水解平衡逆向移動(dòng)。

[追問(wèn)]當(dāng)鹽溶液顯堿性呢？怎樣抑制其水解？

[生]外加堿，增加OH-的濃度。

[師]推論：鹽溶液顯堿性，增大OH-濃度，水解平衡逆向移動(dòng)。

5.環(huán)節(jié)五：證據(jù)推理，學(xué)以致用

[師]在了解了鹽類水解程度大小受哪些因素影響后，有這樣一組水解度數(shù)據(jù)（表5），同學(xué)們?cè)囍治鲆幌?，從中能得出什么結(jié)論？

[生1]從表中Na2CO3與 NaHCO3的水解度數(shù)值可以看出 CO -比 HCO-3水解程度大。

[生2]從表中CH3COONa 和NH4Cl 的水解度數(shù)值相同可見(jiàn)CH3COO-和 NH 的水解程度一樣，CH3COONH4溶液應(yīng)該顯中性。

[生3]CH3COONH4中 CH3COO-與 NH 水解相互促進(jìn)，水解程度變大，但從數(shù)值看仍很有限，CH3COO-與 NH 可以大量共存。

[師]同學(xué)們能從多角度分析，幾位同學(xué)都講得很好。當(dāng)兩種不同離子都能水解時(shí)，它們就會(huì)相互影響。大家可以多思考，相互探討交流。

[師]與同學(xué)們交流兩個(gè)生產(chǎn)實(shí)例。

生產(chǎn)實(shí)例一：防曬劑的“新寵”—納米TiO2，既能吸收紫外線，又能反射、散射紫外線，還能透過(guò)可見(jiàn)光。已知：工業(yè)上可用TiCl4與大量水進(jìn)行水解生成TiO2?xH2O。

TiCl4+（x+2）H2O（過(guò)量）TiO2·xH2O ↓+4HCl

[思考]制備時(shí)要加入大量水，同時(shí)加熱，其目的是什么？

生產(chǎn)實(shí)例二：工業(yè)從海水提取鎂。

苦鹵→Mg（OH）2→MgCl2溶液→MgCl2·6H2O→無(wú)水MgCl2→Mg

[思考]在海水提取鎂的生產(chǎn)工藝中，將MgCl2·6H2O 轉(zhuǎn)化為無(wú)水MgCl2時(shí)，該如何控制生產(chǎn)條件？

六、總結(jié)與反思

學(xué)生化學(xué)高階思維能力的形成與發(fā)展，離不開(kāi)化學(xué)高階思維活動(dòng)。教師作為教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者，應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)多樣化的活動(dòng)，并明確各活動(dòng)的素養(yǎng)定位。讓學(xué)生在分組討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、交流完善方案、實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作、分析總結(jié)、數(shù)據(jù)證據(jù)推理等多樣化的活動(dòng)中學(xué)會(huì)求知，學(xué)會(huì)將已有知識(shí)與陌生信息進(jìn)行有機(jī)整合。本節(jié)課開(kāi)展多樣化活動(dòng)，在挑戰(zhàn)性任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾魍瓿蓪W(xué)習(xí)，對(duì)“知識(shí)遷移能力”“預(yù)測(cè)、觀察和解釋能力”“推理能力”“問(wèn)題解決能力”的培育都起到了一定作用，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。從課堂實(shí)施過(guò)程中學(xué)生的表現(xiàn)反饋及課后交流中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題：一是在探究溫度、外加酸對(duì)氯化鐵溶液水解的影響中，有的學(xué)生不懂得做對(duì)比實(shí)驗(yàn);二是在用pH計(jì)測(cè)定同濃度的NaClO、CH3COONa、NaNO2溶液的pH 時(shí)，兩個(gè)小組的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，存在 pH計(jì)使用不當(dāng)和實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范等問(wèn)題;三是實(shí)驗(yàn)儀器、試劑均由老師框定，弱化了學(xué)生對(duì)儀器、試劑選擇的思考。建議在氯化鐵水解實(shí)驗(yàn)中除提供6mol ·L-1? 鹽酸外，也提供0.1 mol ·L-1鹽酸和0.1 mol ·L-1氫氧化鈉溶液，增設(shè)干擾因素，考驗(yàn)學(xué)生的問(wèn)題解決能力。另外，在創(chuàng)造性思維培育方面可查閱資料適當(dāng)拓展，留給學(xué)生課后思考空間。學(xué)生高級(jí)思維能力的培養(yǎng)，需要教師在教學(xué)中有意識(shí)地不斷嘗試、滲透。

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