發(fā)展模型認(rèn)知素養(yǎng) 滲透電性效應(yīng)思想*
——以高三一輪復(fù)習(xí)課“廣義水解”教學(xué)為例

車 耀 錢 勝 吳 軍 劉小玲

（1. 重慶市銅梁一中 重慶 銅梁 402560；2. 重慶市教育科學(xué)研究院 重慶 渝中 400000；3. 東北師范大學(xué)教育學(xué)部 吉林 長春 130024；4.重慶黔江新華中學(xué) 重慶 黔江 409099；5. 重慶市銅梁二中 重慶 銅梁 402560）

“模型認(rèn)知”是研究化學(xué)和學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方法，被納入化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)體系?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出［1］:教學(xué)中“通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律?！痹诮虒W(xué)實施建議中明確指出，要利用模型提高教學(xué)質(zhì)量和效率。仔細(xì)品味《課程標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)論述的準(zhǔn)確性和深刻性，相關(guān)論述理所當(dāng)然地成為指導(dǎo)我們教學(xué)的重要依據(jù)，無可置疑地成為衡量我們教學(xué)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。

高中化學(xué)教學(xué)中，有許多思想的建立和運用，如氧化還原反應(yīng)思想、強換弱的思想、平衡思想、守恒思想以及實驗為主的思想等，唯獨“電性效應(yīng)”思想很容易被人遺忘。［2］本節(jié)課把“電性效應(yīng)”思想滲透到化學(xué)反應(yīng)的教學(xué)中去，讓學(xué)生更有效地理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，避免學(xué)生機械記憶，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的效率。

一、課題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀

1.水解知識的教學(xué)

在新授課階段，水解知識分布在鹽類的水解和有機物中鹵代烴、酯類和糖類等物質(zhì)水解這幾個部分。幾個部分之間的邏輯關(guān)系在教材上沒有充分的體現(xiàn)；新課教學(xué)過程中，因為教學(xué)進(jìn)度等原因，教師較少有意識地建立幾者之間的聯(lián)系，至于水解反應(yīng)的本質(zhì)原理分析則涉及更少。學(xué)生只能機械地記憶水解方程式，形成零散的知識碎片。

在一輪復(fù)習(xí)過程中，會圍繞某些問題設(shè)計合適的微專題，將高中化學(xué)各部分的知識有機地聯(lián)系在一起，讓學(xué)生歸納和整理原有知識，使之條理化、結(jié)構(gòu)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和知識遷移能力。高三一輪復(fù)習(xí)教學(xué)為水解原理的分析及水解模型的建構(gòu)提供了機會。

2.“電性效應(yīng)”思想的教學(xué)

“電性效應(yīng)”是指反應(yīng)物粒子之間在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，帶異種電荷的兩種粒子相互吸引，帶同種電荷的兩種粒子相互排斥。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時一定是帶相反電荷的兩種粒子或是中性粒子之間或帶電粒子與中性粒子之間結(jié)合，帶相同電荷的兩種粒子一定不會結(jié)合在一起?！半娦孕?yīng)”在化學(xué)反應(yīng)中具有本質(zhì)性和普遍性，有水參加的絕大多數(shù)反應(yīng)都遵循“電性效應(yīng)”思想。但是，在日常的教學(xué)中，教師往往就某個化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析講解，不能有效涉及“電性效應(yīng)”的本質(zhì)。［3］在中國知網(wǎng)和百度學(xué)術(shù)網(wǎng)上以“電性效應(yīng)”和“化學(xué)教學(xué)”為關(guān)鍵詞檢索文獻(xiàn)，只檢索到三篇文獻(xiàn)，［2-4］可見，一線教師對“電性效應(yīng)”思想不夠重視。

二、教學(xué)思想及創(chuàng)新點

1.廣義水解及思想的滲透

學(xué)習(xí)既不是碎片化知識的簡單積累，又不是某些“專家結(jié)論”的簡單記憶，而是要將所學(xué)知識和經(jīng)驗納入認(rèn)知結(jié)構(gòu)之中，促進(jìn)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)建，最終目標(biāo)是學(xué)生思維能力和行動能力的深度發(fā)展。廣義水解可以理解為水與另一種化合物反應(yīng)，該化合物分解為兩部分，水中H（H+）結(jié)合其中一部分，而-OH（OH-）結(jié)合另一部分，得到兩種或兩種以上新的化合物的過程，我們把滿足這些條件的化學(xué)反應(yīng)都叫做水解反應(yīng)，即從廣義上講，水解反應(yīng)指水被（任何一種）化學(xué)物質(zhì)分解的一切反應(yīng)。［2-4］本節(jié)課的主要創(chuàng)新點是把高考中經(jīng)常涉及到的有機化合物（如:鹵代烴、酯類、糖類、蛋白質(zhì)等）水解反應(yīng)，無機化合物（如:鹽類、金屬氮化物、碳化物、非金屬氯化物）水解反應(yīng)等知識碎片融合成“廣義水解”，形成更具統(tǒng)攝力、更具普遍性、解釋功能更強大的學(xué)科概念；并把“電性效應(yīng)”思想滲透到化學(xué)反應(yīng)的教學(xué)之中，讓學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

2.水解模型建立及應(yīng)用思路

新課改重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，要求引導(dǎo)學(xué)生開展分類與概括、模型與解釋等具有學(xué)科特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動。學(xué)生之間通過協(xié)作分析最熟悉的FeCl3水解、乙酸乙酯水解反應(yīng)，建立水解模型，利用模型解決相關(guān)的問題（見圖1），幫助學(xué)生形成清晰的問題解決思路。

圖1 “廣義水解”設(shè)計思路

三、教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和對教材內(nèi)容的分析，結(jié)合學(xué)生的實際情況，本節(jié)課以“化學(xué)反應(yīng)中的水”為線索，設(shè)計如下教學(xué)目標(biāo):

1.通過對常見復(fù)分解反應(yīng)的規(guī)律分析，初步樹立化學(xué)反應(yīng)中的“電性效應(yīng)”思想。

2.通過對典型水解反應(yīng)方程式的本質(zhì)分析，運用電性效應(yīng)思想，建立水解反應(yīng)模型。

3.通過對相關(guān)高考題型的分析，感受水解模型在解決與水解有關(guān)的問題方面的價值，進(jìn)一步提升模型認(rèn)知的素養(yǎng)。

四、教學(xué)流程設(shè)計（見圖2）

圖2 教學(xué)流程設(shè)計

五、教學(xué)過程

1.環(huán)節(jié)一：問題導(dǎo)入

【教師】說到水，同學(xué)們很熟悉。與水有關(guān)的反應(yīng)很多，其中最基本、最常見的反應(yīng)大家會想到哪一類？

【學(xué)生】水解反應(yīng)。（復(fù)習(xí)課不同于新課講授，內(nèi)容大多是學(xué)生學(xué)習(xí)過的已有知識，如何很好地引入，抓住學(xué)生的心是關(guān)鍵。本堂課以學(xué)生最熟悉的“水”引入，就是要讓學(xué)生在印象上建立熟悉感、親近感，拉近學(xué)生與教學(xué)的心理距離）

【教師】請同學(xué)們結(jié)合你們所學(xué)過的無機化學(xué)和有機化學(xué)知識，你學(xué)過的水解反應(yīng)有哪些類型？

【小組匯報】

學(xué)生1 弱酸或弱堿形成的鹽水解。

學(xué)生2 淀粉、纖維素能水解。

學(xué)生3 鹵代烴、酯也能水解。

……

【播放PPT】根據(jù)學(xué)生的描述，展示水解反應(yīng)的種類，引導(dǎo)學(xué)生將狹義的水解進(jìn)入廣義水解（見圖3）。

圖3 水解類別

【教師】同學(xué)們回答得很好，實際上能發(fā)生水解反應(yīng)的物質(zhì)，不僅僅是這些，還包括一些我們不熟悉的物質(zhì)也可以發(fā)生水解，比如:非金屬化合物、金屬化合物，金屬氫化物、氮化物、金屬碳化物等。我們把這些水解反應(yīng)統(tǒng)稱為廣義水解。本節(jié)課將結(jié)合我們已知的水解反應(yīng)，將他們整合在一起，試著建立這類反應(yīng)的基本模型，并運用模型解決相關(guān)問題。

【設(shè)計意圖】問題導(dǎo)入的環(huán)節(jié)從學(xué)生最熟悉的水解入手，讓學(xué)生在頭腦中搜索與水解有關(guān)的反應(yīng)，水解知識會像電影畫面一樣在學(xué)生的頭腦中呈現(xiàn)，讓學(xué)生迅速進(jìn)入到學(xué)習(xí)狀態(tài)。

2.環(huán)節(jié)二：模型建立

【提出問題】這些物質(zhì)與水的反應(yīng)有什么共同之處？

【教師】請觀察，下列離子反應(yīng)有何特點？

【播放PPT】呈現(xiàn)三個常見離子反應(yīng)，觀察離子間結(jié)合的規(guī)律（見圖4）。

圖4 電性效應(yīng)

【教師】“正負(fù)相吸”的電性效應(yīng)是這類反應(yīng)的本質(zhì)，使不同的電荷的粒子靠近，發(fā)生有效碰撞，從而穩(wěn)定地結(jié)合在一起。

【教師】“陰陽結(jié)合”、“正負(fù)相吸”是化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，這是化學(xué)反應(yīng)最基本的原理。

【教師】請觀察典型水解反應(yīng)的特點

【播放PPT】分析氯化鐵和乙酸乙酯的水解方程式的特點（見圖5）。

圖5 典型的水解反應(yīng)

【教師】同學(xué)們，我們以大家最熟悉的兩個水解反應(yīng)為例，看一看它們的反應(yīng)特點，能水解的鹽存在陰陽離子，乙酸乙酯酯基中心C、O 原子根據(jù)電負(fù)性（同周期主族元素從左到右電負(fù)性增強）可以判斷攜帶正、負(fù)電荷，水也能離解出陰、陽離子，同學(xué)們試試，借助電性效應(yīng)構(gòu)建你心中有關(guān)這類反應(yīng)的水解模型。

【學(xué)生活動1】嘗試借助電性效應(yīng)構(gòu)建這類反應(yīng)的水解模型。

【學(xué)生展示】在草稿紙上書寫出自己所認(rèn)為的反應(yīng)模型（見圖6）。

圖6 學(xué)生建立的“水解模型”

（學(xué)生能根據(jù)水解的方程式發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，在表達(dá)的規(guī)范性上仍需要一定的引導(dǎo)）

【播放PPT】展示水解模型（見圖7）

圖7 水解模型

【教師】可以將化合物（包括水）離解成兩部分，其中心原子分別帶上正電荷和負(fù)電荷，甚至電離出陰陽離子，分別對應(yīng)正價和負(fù)價，通過陰陽相吸結(jié)合成新的物質(zhì)。接下來，請同學(xué)們以此模型為基礎(chǔ)，分析以下各類物質(zhì)是否滿足該反應(yīng)模型。

【設(shè)計意圖】引導(dǎo)學(xué)生分析典型的水解反應(yīng)，運用電性效應(yīng)的知識分析其反應(yīng)的特點。把時間留給學(xué)生，相信學(xué)生，在課程實踐過程中有相當(dāng)部分學(xué)生都能夠粗略建立水解模型，但是在建立過程中注意引導(dǎo)學(xué)生觀察鹽類水解的特點。

3.環(huán)節(jié)三：模型應(yīng)用

【學(xué)生活動2】已知下列物質(zhì)能與水劇烈反應(yīng)，學(xué)生在作業(yè)本上完成下列物質(zhì)與水反應(yīng)的化學(xué)方程式:

【學(xué)生展示】學(xué)生所寫的水解方程式（見圖8）。

圖8 學(xué)生書寫的“水解方程式”

（其中Al4C3的水解書寫相對比較困難，需要引導(dǎo)學(xué)生理解CaC2與水的反應(yīng)，并遷移應(yīng)用。）

【播放PPT】呈現(xiàn)水解反應(yīng)方程式和相關(guān)規(guī)律（見圖9）。

圖9 水解反應(yīng)書寫規(guī)律

【教師】對于金屬化合物，可以從化合價入手，金屬顯正價帶正電荷，非金屬顯負(fù)價帶負(fù)電荷，與水反應(yīng)分別生成對應(yīng)的堿和氫化物，總結(jié)為:正得羥基（堿），負(fù)得氫（氫化物）。這類反應(yīng)的特點是:化合價分別一一對應(yīng)，均未發(fā)生變化，這也是書寫此類方程式的重要突破口。接下來，我們再看下一組:

【學(xué)生】利用水解模型，完成非金屬化合物與水反應(yīng)的方程式（見圖10）。

圖10 學(xué)生書寫水解方程式

（這一組書寫的難點在BrCl 與水的反應(yīng)，但正好可以利用這個反應(yīng)原理給學(xué)生解釋HClO的結(jié)構(gòu)式的正確表達(dá)方式，同時也可以給學(xué)生解釋含氧酸的結(jié)構(gòu)，即為什么有的羥基形成酸而有的羥基形成堿。）

【教師】可以利用電負(fù)性大小確定物質(zhì)中的正負(fù)化合價，根據(jù)模型寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式，BrCl 又叫鹵素互化物，根據(jù)剛才的模型，可以得出結(jié)論:正得羥基（酸）；負(fù)得氫（氫化物）。

【設(shè)計意圖】模型應(yīng)用環(huán)節(jié)，學(xué)生能否運用模型正確書寫方程式，關(guān)鍵在于能否正確分析化合物中心原子所帶的電荷。在實際教學(xué)中，學(xué)生完成金屬化合物水解反應(yīng)書寫的正確率較高，也容易判斷正負(fù)電荷（正負(fù)價）的情況，但對于非金屬化合物的水解方程式的書寫錯誤率較高，主要原因是對正負(fù)電荷（正負(fù)化合價）的判斷，這部分知識需要學(xué)生理解并運用非金屬性強弱（同周期或同主族，比如BrCl）去判斷，或者通過非金屬元素的電負(fù)性大小進(jìn)行判斷。

4.環(huán)節(jié)四：題型應(yīng)用

【播放PPT】例1:高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料，工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下:

（3）有關(guān)物質(zhì)的沸點數(shù)據(jù)如下表:

物質(zhì)沸點/℃Si 2355 SiCl4 57.6 SiHCl3 31.8 SiH2Cl2 8.2 SiH3Cl-30.4 HCl-84.9 SiH4-111.9

SiHCl3極易水解，生成一種白色沉淀，同時有白霧產(chǎn)生，其完全水解的化學(xué)方程式為:_____________。

【教師】同學(xué)們體驗一下廣義水解在高考試題中的呈現(xiàn)方式。此題以高純硅的制備工藝流程為背景，其中涉及到甲硅烷氯代物的相關(guān)信息，根據(jù)題設(shè)中給出的相關(guān)信息，請寫出相關(guān)方程式。

【學(xué)生活動4】學(xué)生相互探討，并上黑板書寫方程式。

【教師】如何判斷相關(guān)元素的化合價是關(guān)鍵，根據(jù)信息應(yīng)該生成H2SiO3和HCl，里面的氫是怎樣的存在，以SiH4為例，通過投影電負(fù)性表（見圖11），學(xué)生可以判斷H 為-1 價，根據(jù)模型可以判斷還有一種生成物為H2。與此類似的還有一些含H-的化合物如NaH、NaAlH4、NaBH4等，其書寫方法類似。

圖11 電負(fù)性表

【設(shè)計意圖】通過這道題型的演練，進(jìn)一步明確水解反應(yīng)的本質(zhì)，即水解反應(yīng)指水被（任何一種）化學(xué)物質(zhì)分解的一切反應(yīng)，［2］在前面的例子中涉及到的水解反應(yīng)化合價均未發(fā)生變化，可能會給學(xué)生造成一個誤會，只是兩種異種電荷的粒子相互吸引形成新的物質(zhì)。而在這幾個例子中，由于H-的存在，其具有的強還原性與H+結(jié)合，價態(tài)歸中生成H2，因此又將這個模型推廣到了某些氧化還原反應(yīng)中。

【播放PPT】

例2（2021·浙江卷）Cl2O是很好的氯化劑，實驗室用如圖裝置（夾持儀器已省略）制備高純Cl2O。已知:

①HgO+2Cl2=HgCl2+Cl2O，合適反應(yīng)溫度為18~25 ℃；副反應(yīng):2HgO+2Cl2=2HgCl2+O2。

②常壓下，Cl2沸點-34.0 ℃，熔點-101.0 ℃；Cl2O沸點2.0 ℃，熔點-120.6 ℃。

③Cl2O易與水反應(yīng):Cl2O+H2O=2HClO。

請回答:

【小題1】①裝置A 的作用是去除原料氣中的少量水分，可用的試劑是___________________。

②將上圖中裝置組裝完整，虛框D中應(yīng)選用。

【教師】同學(xué)們再看這道高考題，易與水反應(yīng)的物質(zhì)若在實驗題中出現(xiàn)，該怎么思考裝置的設(shè)計和評價（利用模型簡單介紹Cl2O與水反應(yīng)的原理），對于Cl2O的制備，需要注意什么問題？

【學(xué)生活動5】學(xué)生思考并以小組為單位匯報結(jié)果。

【學(xué)生】防止與水反應(yīng)。

【教師】對！同學(xué)們回答題目中的兩個問題，并思考這類實驗在設(shè)計時，你需要怎么綜合去考慮問題？

【學(xué)生活動6】學(xué)生思考并以小組為單位匯報結(jié)果。

【學(xué)生】濃硫酸和a。

（在這個環(huán)節(jié)中，問題主要出在第二個空，部分同學(xué)選擇了C，注意引導(dǎo)學(xué)生分析怎樣防止后面裝置與空氣中的水進(jìn)入反應(yīng)裝置。）

【教師】因為Cl2O易水解，如何防止水蒸氣進(jìn)入制備裝置（B、C）是實驗成敗的關(guān)鍵，所以必須保證裝置進(jìn)口和出口均需要安裝氣體干燥裝置，避免水蒸氣的進(jìn)入。

【設(shè)計意圖】易與水反應(yīng)的物質(zhì)制備是高頻考點。在這種題中，如何分析與評價裝置和藥品的作用是考查的重點，同時還可能會考查水解方程式的書寫及相關(guān)反應(yīng)的現(xiàn)象，不僅需掌握其反應(yīng)原理，也要掌握其分析方法。

【播放PPT】例3:已知聯(lián)氨（N2H4）可用作火箭推進(jìn)劑，其電離類似NH3，屬于二元弱堿（電離平衡常為K1、K2），常溫下將鹽酸滴加到N2H4的水溶液中，混合溶液中微粒的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)δ（X）隨-lgc（OH-）變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述錯誤的是（ ）

C.N2H5Cl溶液中:c（H+）>c（OH-）

D.Kb1（N2H4）=10-6.0

【教師】前面的各種題都跟水解有一定的關(guān)系，這道題可以進(jìn)一步拓展模型的運用。要求算A、B選項，要寫出其電離方程式，告之N2H4電離方程式與NH3相似，同學(xué)們先寫出NH3在水中的電離方程式。

【播放PPT】利用模型書寫出的電離方程并進(jìn)行分析（如下）。

【教師】可以利用模型對N2H4的電離過程進(jìn)行表達(dá)，從而分別表達(dá)出二者的電離平衡常數(shù)，再利用分布曲線兩個交點對應(yīng)的pOH，得出K1和K2的數(shù)據(jù)，再觀察A 選項的平衡常數(shù)表達(dá)式，只需將K1和K2相比，得出常數(shù)，取負(fù)對數(shù)后等于9。所以D 正確，A 錯誤，選擇A。

【設(shè)計意圖】本題型運用水解模型解題，實質(zhì)已超越了水解，但模型仍然成立，模型還有進(jìn)一步拓展運用的空間，本題的設(shè)計目的也是想將模型應(yīng)用由定性分析上升到定量分析的層面，去解決更為復(fù)雜的問題。

【課堂小結(jié)】播放PPT（見圖12）。

圖12 課程小結(jié)

【教師】同學(xué)們，本節(jié)課從微觀的視角出發(fā)建構(gòu)水解反應(yīng)的模型，并運用模型判斷化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物、書寫化學(xué)方程式，其關(guān)鍵在于利用元素的電負(fù)性確定相關(guān)元素的化合價。本節(jié)課到此結(jié)束，謝謝大家！

六、教學(xué)效果與反思

課后對一些學(xué)生進(jìn)行了訪談，話題主要是“本堂課你印象最深的地方是什么”“本節(jié)課你感覺哪些能力有所提升”等。［5］學(xué)生反饋的結(jié)果一是認(rèn)為構(gòu)建水解模型有助于形成清晰的問題解決思路，切實提高了解決問題的能力；二是認(rèn)為“電性效應(yīng)”思想的學(xué)習(xí)有利于理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

筆者在不同層次的班進(jìn)行了教學(xué)體驗，從課程的引入開始，學(xué)生總結(jié)常見的與水反應(yīng)的方程式就會有比較大的差異，體現(xiàn)出基礎(chǔ)知識的掌握程度不同，也直接會影響到后面知識的呈現(xiàn)方式。面對不同的學(xué)生群體，本節(jié)課都是同一個思路:引導(dǎo)學(xué)生分析有水參與的化學(xué)反應(yīng)的特點——建立模型——應(yīng)用模型。從學(xué)生的現(xiàn)場表現(xiàn)來看，課堂不能只有一種呈現(xiàn)形式，針對不同層次的學(xué)生，需要老師的應(yīng)變，在實踐中還需要根據(jù)學(xué)生反饋的情況適時調(diào)整教學(xué)計劃，從而更好地為學(xué)生終身發(fā)展服務(wù)。