基于學(xué)習(xí)進階理論的高三化學(xué)復(fù)習(xí)課研究*
——以鎂與氯化銨溶液反應(yīng)為例

倪文峰 戈益超

(1.黃山第一中學(xué) 安徽黃山 245700)(2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬中學(xué) 安徽合肥 230051)

一、問題提出

目前高三化學(xué)復(fù)習(xí)課多以重復(fù)講解知識點、做習(xí)題、講解習(xí)題為主，課堂教學(xué)中的演示實驗、學(xué)生實驗、探究實驗幾乎停止。筆者認(rèn)為高三復(fù)習(xí)課不應(yīng)該是高一、高二化學(xué)知識內(nèi)容的重復(fù)講解，更不應(yīng)該以機械的重復(fù)訓(xùn)練為主，而是應(yīng)該以高一、高二化學(xué)知識為基礎(chǔ)，以提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題為主，而將數(shù)字化實驗引進課堂，可以更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實驗?zāi)芰?。鎂與氯化銨溶液反應(yīng)一直是大家探究的熱點，筆者將此實驗引入課堂，課前在實驗室完成探究過程，為探究過程中可能出現(xiàn)的問題做好預(yù)案，避免探究結(jié)果不理想，影響課堂教學(xué)效果。

二、實驗探究

(一)鎂與氯化銨溶液反應(yīng)的再現(xiàn)

1.取10.0 mL0.1 mol/L NHCl于大試管內(nèi)；

2.將pH傳感器放入大試管中，再將pH傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器再與計算機相連，打開Logger Pro 3(軟件)；

3.取10 cm長的鎂條，打磨除去其表面的氧化鎂，并分成4段；先點擊軟件中的“采集”，再將這4段鎂條同時放入大試管，計算機自動記錄數(shù)據(jù)。

(二)實驗數(shù)據(jù)及處理

圖1 鎂與氯化銨溶液反應(yīng)過程中pH變化圖

(三)實驗現(xiàn)象及解釋

1.將鎂條放入0.1 mol/L NHCl溶液中，在反應(yīng)結(jié)束前一直有大量氣泡產(chǎn)生。

2.將濕潤的石蕊試紙放在試管口，試紙變藍(lán)。

3.從圖像中可以看出pH的值一直在增大，溶液從酸性變?yōu)閴A性，在pH為9.4左右保持相對穩(wěn)定。

問題1 在堿性條件下鎂條能否與水反應(yīng)生成氫氣？

鎂條在pH為 9.4左右的氯化銨與銨水的緩沖溶液中反應(yīng)速率沒有減弱，此條件下鎂條能否被氫離子氧化，帶著疑問筆者做了下面兩個實驗。

實驗1 將打磨后的鎂條放入pH為 9.4的碳酸鈉與碳酸氫鈉的緩沖溶液中有明顯的氣泡產(chǎn)生，向該緩沖溶液中加入氯化鈉，有大量氣泡產(chǎn)生。

實驗2 將打磨后的鎂條放入冷水中，剛開始無明顯現(xiàn)象，一段時間后有極少量氣泡，但放入氯化鈉的溶液中有明顯大量氣泡。

結(jié)論：鎂條與pH為 9.4的碳酸鈉與碳酸氫鈉的緩沖溶液反應(yīng)，說明在堿性條件下，氫離子也可以氧化鎂生成氫氣，加入氯化鈉氣泡加速且在冷水中加入氯化鈉也能產(chǎn)生大量氣泡，說明氯離子能加速該反應(yīng)，堿性環(huán)境下氫離子也能氧化鎂。

問題2 鎂條能否直接與銨根離子反應(yīng)生成氫氣?

多數(shù)老師利用醋酸銨溶液與鎂條反應(yīng)，有大量氣泡來說明鎂可以與銨根離子反應(yīng)，但筆者認(rèn)為鎂與醋酸銨溶液反應(yīng)并不能說明銨根離子直接與鎂反應(yīng)，還存在一種可能是鎂與水反應(yīng)生成氫氧化鎂和氫氣，生成的氫氧化鎂附著在鎂條的表面從而阻止了反應(yīng)的進行，但加入醋酸銨后，氫氧化鎂與銨根離子反應(yīng)(氫氧化鎂是中強堿，而銨水是弱堿)溶解了氫氧化鎂，所以鎂與醋酸銨溶液的反應(yīng)不能說明銨根離子直接與鎂反應(yīng)。筆者利用如下實驗來驗證銨根可以直接與鎂反應(yīng)。

實驗3 先將氯化銨溶解在乙醇中，再將打磨后的鎂條分別放在乙醇、含氯化銨的乙醇溶液、含氯化鈉的乙醇溶液中做對比實驗，鎂在乙醇、含氯化鈉的乙醇溶液中均無明顯現(xiàn)象，但鎂在含氯化銨的乙醇溶液中有明顯的氣泡產(chǎn)生。

三、將實驗探究轉(zhuǎn)化為教學(xué)過程

(一)基于課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定教學(xué)目標(biāo)

1.通過探究鎂與氯化銨溶液反應(yīng)，提升綜合運用鹽的水解、弱電解質(zhì)電離、鎂的性質(zhì)等知識解決實際問題的能力。

2.讓學(xué)生真實經(jīng)歷探究未知知識的過程，經(jīng)歷科學(xué)家研究問題的過程，從而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力。

3.提高學(xué)生設(shè)計實驗和實驗探究能力，建構(gòu)宏觀—微觀—符號—曲線四重表征。

(二) 教學(xué)過程呈現(xiàn)

1.定性分析

教師：氯化銨溶液是酸性、堿性還是中性？為什么？

學(xué)生：氯化銨溶液呈酸性，因為氯離子不水解，而銨根離子水解(銨根離子結(jié)合水電離出來的氫氧根離子生成NH·HO，從而使氫離子濃度大于氫氧根離子濃度，使溶液呈酸性)。

教師：鎂常溫下很難與冷水反應(yīng)，氯化銨溶液呈酸性，鎂與氯化銨溶液反應(yīng)嗎？

學(xué)生：若溶液很稀則不反應(yīng)，若溶液濃度大，酸性較強則反應(yīng)生成氫氣。

教師：我們以0.1 mol/L的氯化銨溶液為例，用pH傳感器測溶液的pH=6.12，溶液呈弱酸性，它能與鎂條反應(yīng)嗎？為什么？

學(xué)生：不可以，因為酸性太弱。

學(xué)生：可以，因為溶液是酸性pH=6.12，熱水的pH值也接近6，所以可以反應(yīng)，但反應(yīng)速率不會太快。

教師：回答可以的同學(xué)，不僅說出原因，而且與熱水的pH做對比來證明自己的觀點，說明思路開闊，值得表揚和學(xué)習(xí)。能不能反應(yīng)，我們來實驗一下。

演示實驗：先將大約10 cm長、用砂紙打磨好的鎂條分成四段同時放入試管中，再取大約10.0 mL 0.1 mol/L的氯化銨溶液于試管中，請學(xué)生觀察現(xiàn)象。

學(xué)生：有大量氣泡產(chǎn)生，說明可以反應(yīng)，且反應(yīng)速率較快。

教師：對這個實驗結(jié)果滿意嗎？對此大家還有什么疑問嗎？

學(xué)生：反應(yīng)可以理解，畢竟溶液呈酸性。我想知道反應(yīng)后溶液的pH是多少。

教師：請同學(xué)們再來預(yù)測一下反應(yīng)后溶液的酸堿性。

學(xué)生：溶液pH逐漸增大，接近7，反應(yīng)變慢。

教師：為什么？

學(xué)生：因為鎂與pH=7的水不反應(yīng)，所以當(dāng)溶液的pH接近7時反應(yīng)變慢。

教師：鎂與0.1 mol/L的氯化銨溶液反應(yīng)過程中pH值的變化是怎樣的，我們用pH傳感器來測一下實驗中pH的變化。

2.曲線圖分析

實驗：將pH傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器再與計算機相連，打開Logger Pro 3(軟件)。將用砂紙打磨好的鎂條(15 cm)分成四段同時放入小燒杯中，再取25 mL 0.1 mol/L的氯化銨溶液倒入小燒杯中， 采集數(shù)據(jù)如圖1所示。

教師：同學(xué)們對此實驗現(xiàn)象及其結(jié)果有疑問嗎？

學(xué)生1：為什么剛開始pH變化較大，后來變化較慢？

學(xué)生2：鎂條與pH=7的水都難反應(yīng)，為什么溶液pH大于7，反應(yīng)還沒有停止？難道鎂條在堿性條件下也能與水反應(yīng)？

學(xué)生3：pH在9到10之間時，仍有大量氣泡冒出，這是為什么？

學(xué)生4：溶液呈堿性，溶液中有銨根離子，是否有氨氣逸出？

學(xué)生5：生成的氣體是不是氫氣？

……

教師：我們先來解決第4及第5個問題，用實驗方法就可以，怎么做呢？

學(xué)生：把濕潤的石蕊試紙放在燒杯口，觀察其是否變藍(lán)；收集一試管氣體，點燃，看是否有爆鳴聲。

實驗：用濕潤的石蕊試紙放在燒杯口，試紙變藍(lán)，說明有氨氣生成逸出；收集一試管氣體，點燃，有爆鳴聲，說明是氫氣。

教師：請同學(xué)們思考第一個問題，為什么剛開始pH變化較大，后來變化較慢？

學(xué)生：銨根離子水解呈酸性，剛開始溶液氫離子濃度大，加入鎂，消耗氫離子，使平衡右移，但根據(jù)“勒夏特列原理”，只能減弱不能抵消，所以溶液pH增大；后來溶液pH變化較慢，那是因為到pH大約是9時，此時應(yīng)該是氯化銨與氨水的緩沖溶液，再者生成的氨水有一部分揮發(fā)了，使溶液pH變化變小，還有可能是溶液已經(jīng)是堿性，pH變化就像是酸堿中和滴定一樣，在中間這一段pH=7附近變化較快，后來即使是堿性增強其pH變化也小。

教師：你分析得很有道理，我也同意你的觀點，那對于問題2、問題3，同學(xué)們有什么想法，請和大家一起分享一下。

學(xué)生：在堿性條件下，仍能有大量氫氣生成，說明鎂條與溶液反應(yīng)與酸堿性無關(guān)，但與pH=7的水不反應(yīng)，說明與銨根離子或與氯離子有關(guān)。

教師追問：你的推理很好，那該如何設(shè)計實驗證明此觀點呢？

學(xué)生：對于氯離子，我們可以在氯化鈉溶液中加入鎂條，觀察現(xiàn)象，若有大量氣泡產(chǎn)生，則說明氯離子對此反應(yīng)有促進作用，若無明顯現(xiàn)象，則說明無作用。

教師：那銨根離子起到的作用是什么，目前有三種觀點，觀點1：氫氧化鎂為中強堿，而氨水是弱堿性，鎂與水反應(yīng)生成氫氧化鎂與氫氣，但氫氧化鎂難溶于水，附著在鎂條的表面，阻止了反應(yīng)的進行，加入氯化銨溶液，鎂與水生成的氫氧化鎂與銨根離子反應(yīng)生成氨水，從而使平衡右移；觀點2：氨根離子與鎂條反應(yīng)生成氫氣與氨氣；觀點3：二者都有。請同學(xué)們課下思考，怎么設(shè)計實驗方案來證明是哪種觀點。

學(xué)生：將氯化銨直接溶解在乙醇中，得到氯化銨的乙醇溶液，再加入金屬鎂，觀察是否反應(yīng)。

教師：這個方案很有創(chuàng)意，可以進行實驗來證明銨根離子是否可以直接與鎂條反應(yīng)。

(三)教學(xué)反思

本節(jié)課用pH傳感器實時檢測鎂與氯化銨溶液反應(yīng)后pH的變化，用曲線表征打破學(xué)生固有認(rèn)知，引導(dǎo)學(xué)生向化學(xué)變化的本質(zhì)方向思考，引導(dǎo)學(xué)生尊重客觀事實，帶領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、設(shè)計實驗方案、解決問題，體驗真實探究過程，使學(xué)生樂于參與，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，給相對死板的高三復(fù)習(xí)課帶來一絲激情。學(xué)生積極思考探究曲線變化的原因，使其知識得到綜合運用，發(fā)展學(xué)生的宏觀辨識與微觀探析的素養(yǎng)，更是打破傳統(tǒng)的宏觀—微觀—符號三重表征，上升到宏觀—微觀—符號—曲線表征。課下學(xué)生提供的方案，更能反映出本節(jié)課激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生樂于學(xué)習(xí)思考，從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)。

筆者將探究實驗引入高三課堂復(fù)習(xí)教學(xué)中是一種大膽嘗試，特別是在新課標(biāo)、新課程、新高考的“三新”的教學(xué)理念下進行有意義的課堂教學(xué)改革，有益于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實，如宏觀辨識與微觀探析、科學(xué)探究與模型認(rèn)知、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任在本節(jié)課都得到很好的落實，課后學(xué)生的興奮及對實驗的追問，都體現(xiàn)了這是一次比較成功的高三課堂教學(xué)轉(zhuǎn)型。