二則基于證據(jù)推理的化學教學實踐舉隅*

黃金泉

（張家港市崇真中學 江蘇 張家港 215631）

“證據(jù)推理”指從問題情境及已有知識經(jīng)驗中識別、轉(zhuǎn)換形成觀點，并多方收集證據(jù)、利用證據(jù)進行推理，從而獲得結(jié)論，解決問題［1］。證據(jù)推理不僅僅是證實的過程，也可能是證偽的過程。而證據(jù)意識的培養(yǎng)，通過分析推理加以證實或證偽，建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，形成化學思維，一直是我們教師所追求的本真課堂！如何立足課堂利用間接或直接證據(jù)進行證實或證偽？為此，筆者結(jié)合自己的教學實踐略談一二。

一、證實Cu2+與NH3間形成配位鍵

“配合物的形成”是蘇教版化學選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》專題4 第二單元“配合物的形成和應用”中的教學內(nèi)容。平時教學時如果只按照教材編排思路把基礎(chǔ)實驗中的實驗1 和實驗2 演示一下，然后根據(jù)所觀察到的實驗現(xiàn)象把實驗結(jié)論直接“灌輸”給學生，對學生而言也能說得過去。但這樣簡單處理，勢必使整個教學過程枯燥無味，毫無亮點，更有背于“素養(yǎng)為本”的新課程理念。為此，筆者在重新審視并細細研讀教材文本后，最終將教學思路調(diào)整為通過實驗來證實Cu2+與NH3間通過配位鍵形成了配合物，讓學生體悟配位鍵形成的前因后果，以加深對配位鍵概念的理解，培養(yǎng)學生的證據(jù)意識和推理能力，提升學生解決實際問題的能力。教學片段如下：

【證據(jù)】無水硫酸銅是白色的，而膽礬、硫酸銅溶液卻是藍色的。

【教師】硫酸銅溶液和膽礬為什么呈現(xiàn)藍色？

【學生】都含有Cu2+。

【證據(jù)】（學生實驗1）向CuSO4溶液中逐滴加入濃氨水，先產(chǎn)生藍色沉淀，后繼續(xù)滴加濃氨水，沉淀溶解，得到深藍色溶液。

【教師】深藍色溶液是什么物質(zhì)？

【學生】應該是Cu（OH）2與濃氨水反應后產(chǎn)生的一種新物質(zhì)，估計還是含有Cu2+。

【證據(jù)】（學生實驗2）將深藍色溶液倒入無水乙醇中，溶液變渾濁，過濾得到深藍色固體。

【教師】這種深藍色固體是由什么微粒（指陰、陽離子）構(gòu)成？

【學生推測2】深藍色溶液中的陽離子可能是Cu2+。

【證據(jù)】（學生實驗4）分別向CuSO4溶液和深藍色溶液中加入一根鐵釘，前者鐵釘表面有紅色固體析出，后者鐵釘表面沒有任何現(xiàn)象。

【推理】深藍色溶液中不存在Cu2+！

（設(shè)計意圖：對深藍色溶液的成分進行微觀探析，有理有據(jù)，避免了簡單灌輸?shù)牡托Ы虒W。深藍色溶液中是否含有Cu2+?是否含有?引導學生用實驗來進行證實或證偽。當學生證實深藍色溶液中不存在Cu2+這一“意外”現(xiàn)象時，學生的探究欲被徹底激發(fā)了，心里納悶道，Cu2+居然不在溶液中，它究竟去哪兒了呢？為配位鍵的形成埋下了伏筆。）

【教師】深藍色溶液中的Cu2+哪兒去了？是否被其他微?！鞍逼饋砹?？怎樣的微粒才能“包裹”Cu2+?

【證據(jù)】Cu2+是過渡金屬離子，有能量相近的空軌道。而NH3中N有孤電子對，會填充到空軌道中。

【推理】Cu2+的價電子排布為3d9，s上有空軌道，NH3中N有孤電子對，會填充到空軌道中，形成某種新的化合物，把Cu2+“包裹”起來了。（注：其實d上也有空軌道，Cu2+的雜化較為復雜，有理論認為是以dsp2雜化軌道成鍵，為防止過度教學，d上也有空軌道建議采取模糊策略處理）

【證據(jù)】在水溶液中，Cu2+與NH3是這樣結(jié)合的：NH3分子中氮原子的孤電子對進入Cu2+的空軌道，Cu2+與NH3分子中的氮原子通過共用氮原子提供的孤電子對形成配位鍵。由提供孤電子對的配位體與接受孤電子對的中心原子以配位鍵結(jié)合形成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物［2］。

【證據(jù)】經(jīng)實驗證實，4 個NH3與Cu2+以配位鍵結(jié)合，形成一個復雜的陽離子［Cu（NH3）4］2+，整體帶兩個單位的正電荷，名字叫四氨合銅離子，每個Cu2+通過4個配位鍵被4個NH3“包裹”了起來。

【教師】上述深藍色固體是什么物質(zhì)？怎么形成的？

【學生】是［Cu（NH3）4］SO4。與［Cu（NH3）4］2+通過離子鍵相互作用在一起，而Cu2+和NH3分子之間通過配位鍵形成了［Cu（NH3）4］2+。

以上是課堂教學的一個片段，設(shè)計的思路是通過一組連貫的實驗緊緊抓住學生的注意力，通過明顯的顏色變化：從藍色溶液到深藍色溶液，從推測深藍色溶液中陰陽離子到Cu2+、的證實或證偽，從Cu2+的存在形式發(fā)生變化到Cu2+有空軌道，NH3有孤電子對，容易形成配位鍵等等。后續(xù)只要介紹配合物的基本結(jié)構(gòu)：內(nèi)界、外界、中心原子（或離子）、配體、配位數(shù)等，甚至還可以引導學生深入探析藍色的CuSO4溶液中真的是Cu2+的顏色嗎等一系列問題。通過這樣的教學可以有效培養(yǎng)學生證據(jù)意識，引導學生基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的推測，并通過尋找證據(jù)加以證實或證偽，將化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)真正融入到常態(tài)課中，在平實的課堂上落地生根，開花結(jié)果。

二、證實弱電解質(zhì)（HX）存在電離平衡

“弱電解質(zhì)的電離平衡”是蘇教版化學選擇性必修1《化學反應原理》專題3 第一單元中的教學內(nèi)容。教材文本只是以醋酸的電離為例闡述了電離平衡概念的建立、弱電解質(zhì)電離過程中離子生成和結(jié)合成分子的速率隨時間的變化，即速率隨時間變化圖。教學時如果按照教材文本要求照本宣科、平白直敘地教給學生，勢必導致一方面教師“滔滔不絕”，另一方面學生卻“昏昏欲睡”，課堂效率低下，更別說激發(fā)學生的主動性和內(nèi)驅(qū)力了。如何基于現(xiàn)有的教材文本，挖掘其蘊含的、可利用的學科價值？這就要求教師增強對教材文本的理解力，提升自己的學科素養(yǎng)。在細細研讀教材文本后，筆者將教學設(shè)計思路調(diào)整為：如何證實弱電解質(zhì)存在著電離平衡？教學片段如下：

【證據(jù)】（學生實驗1）將經(jīng)打磨且過量的鎂與同濃度的HCl和HX反應，觀察實驗現(xiàn)象并分析可能得出的結(jié)論。

【學生】HCl反應快，HX反應慢。

【推理】HCl中c（H+）大，HX中c（H+）小。

【結(jié)論】HCl電離程度大，HX電離程度小。

【教師】據(jù)此，能否證實HX就一定是弱電解質(zhì)？

【學生】未必！兩者反應的熱效應不好比較，也沒有數(shù)據(jù)表明HX是否部分電離。

【教師】如何尋找新的證據(jù)來證實？

【證據(jù)】（演示實驗）用pH 計測定這兩種酸的pH。實驗數(shù)據(jù)及結(jié)論：見表1。

表1 同濃度HCl、HX溶液pH及氫離子濃度比較

【推理】HCl完全電離，是強電解質(zhì)；HX部分電離，是弱電解質(zhì)。

【教師】證實了HX是弱電解質(zhì)能否證實它就存在著電離平衡？

【學生】也未必！因為電離出的H+能否結(jié)合X-重新生成HX還不清楚！

【證據(jù)】（展示文獻資料）見表2。

表2 25 ℃未知酸（HX）溶液中各微粒存在情況

【教師】通過表格中數(shù)據(jù)你發(fā)現(xiàn)了什么？

【學生】如果HX 溶液中不存在電離平衡，則濃度由1.0 mol·L-1變?yōu)?.10 mol·L-1時，即稀釋10 倍后，c（H+）、c（X-）、c（HX）應該變?yōu)樵瓉淼氖种弧５屑氂^察稀釋后的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，c（H+）和c（X-）比原來的十分之一略有所增加，而c（HX）比原來的十分之一略有所減少。說明加水稀釋能促進HX 的電離，也就證實了弱電解質(zhì)（HX）存在著電離平衡。

顯然，這樣一個教學片段的設(shè)計使得原本乏味的課堂更具化學味。在層層推進、環(huán)環(huán)相扣的教學邏輯中深入引領(lǐng)著學生探析弱電解質(zhì)的電離平衡建立的來龍去脈，有利于激發(fā)學生的內(nèi)驅(qū)力，加深對該概念的理解；有利于培養(yǎng)學生基于實驗和數(shù)據(jù)事實進行推理分析，尋找證據(jù)證實或證偽，在不斷質(zhì)疑、修正中，提升學生的證據(jù)推理能力。

總而言之，將證據(jù)意識有意識地滲透于常態(tài)課中，自始至終地進行有效實踐，學生的證據(jù)意識會明顯增強，在解決真實問題時他們就會從證據(jù)出發(fā)，用事實來證實或證偽；同時也能提升我們教師對教材文本的理解力。