徐惠

摘要：以“弱電解質(zhì)的電離平衡”教學(xué)為例，創(chuàng)設(shè)分析某未知酸的實(shí)際情境，設(shè)計(jì)層層深入的“證據(jù)一推理一結(jié)論”探究環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在分析證據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理，體會(huì)“宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)圖線、理論證據(jù)以及文獻(xiàn)資料等多重證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，形成基于證據(jù)進(jìn)行推理的理性思維。在實(shí)踐教學(xué)中取得理想教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：弱電解質(zhì);電離平衡;證據(jù)推理

文章編號(hào)：1008-0546（2020）08-0056-04

中圖分類(lèi)號(hào)：C632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.08.016

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》所規(guī)定的5個(gè)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生的“證據(jù)意識(shí)，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系”，“揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律”的能力[1]。一線課堂教學(xué)中教師常在元素化合物等容易進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)內(nèi)容中進(jìn)行基于“證據(jù)推理”的教學(xué)，而在化學(xué)原理的教學(xué)內(nèi)容中，這種基于證據(jù)推理的教學(xué)卻常有缺失。諸如“化學(xué)平衡”“電離平衡”等原理較為抽象，學(xué)生的理解常有困難，如何在原理的教學(xué)中設(shè)計(jì)出基于“證據(jù)一推理一結(jié)論”的教學(xué)值得一線教師不斷嘗試，本文介紹筆者在“弱電解質(zhì)電離平衡”教學(xué)中的一些嘗試。

一、復(fù)習(xí)舊知，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

【引入】教師直接提出該節(jié)課研究電解質(zhì)，提問(wèn)什么是電解質(zhì)？電解質(zhì)主要包含哪些物質(zhì)？學(xué)生回憶高一所學(xué)知識(shí)“電解質(zhì)是熔融狀態(tài)或水溶液狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物”“常見(jiàn)電解質(zhì)包括酸、堿、鹽等”。教師提出酸堿鹽都是電解質(zhì)，桌上有兩瓶酸，一瓶是0.1mol/L的鹽酸，一瓶是0.1mol/L的未知酸HX，它們會(huì)有怎樣的差異呢？

【活動(dòng)】組織學(xué)生進(jìn)行第一項(xiàng)體驗(yàn)活動(dòng)：“分別取10mL 0.1mol/L鹽酸溶液，0.1mol/L未知酸HX溶液，同時(shí)往其中加入過(guò)量打磨過(guò)的鎂條觀察現(xiàn)象?！币龑?dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考現(xiàn)象背后可能的原因。學(xué)生觀察出鹽酸與鎂條反應(yīng)快，放出氣泡多，HX反應(yīng)慢。實(shí)驗(yàn)活動(dòng)使得學(xué)生通過(guò)宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象初步感受電解質(zhì)不同種類(lèi)的差異。

【過(guò)渡】教師進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)宏觀現(xiàn)象進(jìn)行分析思考推理，該反應(yīng)速率和微觀哪種離子濃度有關(guān)？學(xué)生提出現(xiàn)象不同與H+濃度不同有關(guān)，教師追問(wèn)為什么H+濃度會(huì)不同？教師進(jìn)而分析H+濃度差異體現(xiàn)出兩種酸電離出H+能力差異，引導(dǎo)學(xué)生接受根據(jù)電離出離子濃度不同可將電解質(zhì)分為強(qiáng)弱電解質(zhì)。在以上分析基礎(chǔ)上提出問(wèn)題：上述實(shí)驗(yàn)中兩種酸電離出H+濃度差異究竟有多大？強(qiáng)弱電解質(zhì)的本質(zhì)差異究竟是什么？創(chuàng)設(shè)研究弱電解質(zhì)的問(wèn)題情境。

設(shè)計(jì)意圖：從宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行推理分析，從宏觀到微觀的視角，著力于學(xué)生宏微結(jié)合思想的養(yǎng)成。

二、數(shù)據(jù)探究，理解電離平衡

【講解】教師提問(wèn)溶液中H+濃度沒(méi)法直接測(cè)定，可如何間接測(cè)量？在學(xué)生回答基礎(chǔ)上指出表征溶液酸堿性最直接的可測(cè)量數(shù)據(jù)為pH，并補(bǔ)充pH計(jì)算公式為pH=-1gc（ H+）。

【實(shí)驗(yàn)】引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)：利用便攜式pH計(jì)分別測(cè)量1mol/L、0.1mol/L鹽酸溶液和1mol/L、0.1mol/L未知酸HX溶液，同時(shí)計(jì)算機(jī)程序快速計(jì)算出兩溶液中H+濃度，如下表所示：

【分析】基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生思考這些數(shù)據(jù)說(shuō)明了什么？學(xué)生通過(guò)分析可以看出鹽酸中H+濃度與鹽酸濃度相同，HCl幾乎百分百完全電離，未知酸HX電離出的H+濃度很小，其電離程度很小。教師適時(shí)引入電離度（a）的概念，為“已電離的電解質(zhì)的濃度/電解質(zhì)的初始濃度”，進(jìn)而講述根據(jù)電離是否完全可將電解質(zhì)分為強(qiáng)弱電解質(zhì)，電離程度的差異是強(qiáng)弱電解質(zhì)的本質(zhì)差異。

【追問(wèn)】既然弱電解質(zhì)的電離程度是小于100%的，那么應(yīng)該如何用化學(xué)語(yǔ)言表征強(qiáng)弱電解質(zhì)的電離？分別以鹽酸和未知弱酸HX為例。學(xué)生基于上述分析結(jié)果可以寫(xiě)出HCl與HX的電離方程式分別為HCl = H++Cl-、HX=H++X-。強(qiáng)調(diào)=代表HX電離過(guò)程是同時(shí)具有電離過(guò)程和分子化過(guò)程。并結(jié)合HX的電離討論HX的電離過(guò)程中速率圖線如圖1：

【小結(jié)】分析兩種酸電離程度的差異也不難發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)弱電解質(zhì)中存在的粒子種類(lèi)也存在著差異。教師板書(shū)總結(jié)如下：

【追問(wèn)】在弱酸HX的溶液里因?yàn)殡婋x平衡的存在，同時(shí)存在電解質(zhì)的分子和離子，對(duì)不同濃度的弱酸HX的溶液進(jìn)行測(cè)量，有表2所示數(shù)據(jù)： 分析上述數(shù)據(jù)，還可以發(fā)現(xiàn)什么？ 【分析】在教師引導(dǎo)下逐步分析，發(fā)現(xiàn)上述不同濃度HX溶液中c（HT）=c（X-），c（X-）+c（HX）=c（初始），教師肯定學(xué)生的發(fā)現(xiàn)，指出c（X-）+c（HX）=c（初始）為弱電解質(zhì)體系中的物料守恒，并引導(dǎo)學(xué)生深入發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后更深層次的定量關(guān)系。最終師生共同挖掘發(fā)現(xiàn)，在上述三種濃度的溶液里 （?）數(shù)據(jù)相等都

約為1.8x10^-5，進(jìn)而引出平衡常數(shù)K的概念，指出弱電解質(zhì)的電離存在限度。在分析K的表達(dá)式的基礎(chǔ)上，學(xué)生同時(shí)可以得出結(jié)論，K數(shù)值越大，弱電解質(zhì)的電離能力越大，K數(shù)值可以幫助判斷弱電解質(zhì)的相對(duì)強(qiáng)弱，也可以幫助判斷弱電解質(zhì)的具體的類(lèi)別。

教師同時(shí)呈現(xiàn)出教材中幾種常見(jiàn)弱酸的電離常數(shù)，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，之前所研究的弱酸HX實(shí)際為醋酸。

設(shè)計(jì)意圖：此部分內(nèi)容的教學(xué)，通過(guò)數(shù)據(jù)證據(jù)的充分發(fā)掘，層層遞進(jìn)地推演弱電解質(zhì)電離平衡的存在，使得學(xué)生對(duì)弱電解質(zhì)的電離特點(diǎn)有著定量化的理解。

三、深入探究，分析平衡移動(dòng)

【過(guò)渡】弱電解質(zhì)電離到達(dá)平衡時(shí)是平衡到達(dá)了一定限度，這種限度能否被打破呢？或者電離平衡能否發(fā)生移動(dòng)？哪些因素可以影響電離的平衡？

【分析】學(xué)生結(jié)合化學(xué)平衡的影響因素，可以分析出僅“濃度”和“溫度”兩因素可以影響弱電解質(zhì)的電離平衡，那么哪些濃度可以影響弱電解質(zhì)的電離平衡？以醋酸的電離為例：

CH3COOH F=CH3COO-+H+，從醋酸的電離方程不難發(fā)現(xiàn)，醋酸濃度可以影響醋酸的電離的電離平衡，那如何分析得知醋酸濃度增大如何影響該電離平衡？教師再次呈現(xiàn)出表1的數(shù)據(jù)，CH3COOH濃度從0.1mol/L到Imol/L，學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)分析比較可以得出如下結(jié)論，醋酸平衡體系中，加入醋酸，平衡向右移動(dòng)，醋酸電離度減小，溶液中c（CH3COO-）、c（H+）濃度均減小。

設(shè)計(jì)意圖：此處依舊是數(shù)據(jù)證據(jù)呈現(xiàn)，但卻可以給醋酸電離平衡移動(dòng)以最直接的體現(xiàn)，且該數(shù)據(jù)來(lái)自于本節(jié)課真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，令人信服，多重角度分析實(shí)驗(yàn)證據(jù)，進(jìn)行全面的解讀也是對(duì)證據(jù)最大的尊重。

【過(guò)渡】從電離方程來(lái)看，改變氫離子的濃度也可以對(duì)醋酸的電離平衡產(chǎn)生影響，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明？介紹指示劑一般為有機(jī)酸或者有機(jī)堿，如溴甲酚綠是一種有機(jī)弱酸（HIn）型酸堿指示劑，其電離方程如下：

HIn=H++ In-

（黃色） （藍(lán)色）

【演示實(shí)驗(yàn)】往呈藍(lán)綠色的溴甲酚綠溶液中，滴加鹽酸，溶液變?yōu)辄S色，再往呈黃色的溶液中滴加NaOH，溶液又呈現(xiàn)藍(lán)色。

【師生共同分析】溶液中c（H+）增加平衡左移，主要為分子化的過(guò)程，溶液中c（OH-）增大，平衡右移，弱電解質(zhì)電離更為顯著。

設(shè)計(jì)意圖：利用鮮明的可視化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象將微觀過(guò)程呈現(xiàn)，通過(guò)清晰的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，推理結(jié)論，強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)識(shí)。

【追問(wèn)】還有哪些方式可以改變醋酸體系中的c（H+）？

【學(xué)生討論】還可以在醋酸體系中加入活潑金屬或能與醋酸反應(yīng)的弱酸鹽。

【回顧】一開(kāi)始我們做過(guò)酸與金屬鎂的反應(yīng)，回到最初的那個(gè)實(shí)驗(yàn)，再次觀察看看有哪些發(fā)現(xiàn)？

【學(xué)生觀察】鹽酸與鎂條反應(yīng)體系，反應(yīng)幾乎停止;醋酸體系中鎂條仍然在與醋酸作用，但兩反應(yīng)的氣球大小已經(jīng)漸漸接近。

【分析】弱電解質(zhì)電離平衡可以不斷移動(dòng)，并最終將弱電解質(zhì)不斷消耗完畢。

【提問(wèn)】能否根據(jù)預(yù)測(cè)在一張圖上橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為氣體體積畫(huà)出O.lmol/L HCl和O.lmol/LCH3COOH分別和過(guò)量鎂條反應(yīng)放出氫氣的情況。

【教師展示】實(shí)際情況難以測(cè)定氣體體積，我們?cè)谕w積密閉容器中測(cè)定了同濃度鹽酸和醋酸分別與金屬鎂反應(yīng)時(shí)體系內(nèi)壓強(qiáng)變化如圖2。

設(shè)計(jì)意圖：從宏觀現(xiàn)象進(jìn)行推理，并再通過(guò)數(shù)字實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，不僅強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)于強(qiáng)弱電解質(zhì)在反應(yīng)中的表現(xiàn)差異，理解電離平衡移動(dòng)的結(jié)果，也更從思想上重視證據(jù)呈現(xiàn)的多重表征形式。

【教師】改變體系中的濃度，還可以稀釋溶液，稀釋的過(guò)程電離平衡又該如何移動(dòng)？分析的方法不僅可以是實(shí)驗(yàn)的還可以是理論的。

【學(xué)生分析】可以通過(guò)計(jì)算稀釋瞬間Q。與K的相對(duì)大小來(lái)判斷

【教師】利用表2數(shù)據(jù)結(jié)合理論進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生分析結(jié)果，指出理論分析一樣是獲得證據(jù)進(jìn)行推理的重要途徑。

設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都屬于直接的證據(jù)，而應(yīng)用理論證據(jù)進(jìn)行推理在科學(xué)論證時(shí)也同樣重要，在教學(xué)中有意彰顯這一點(diǎn)也是有利的。

【教師追問(wèn)】如何證明c（CH3COO-）濃度對(duì)醋酸電離平衡的影響？

【學(xué)生】往醋酸體系加入醋酸鈉

【教師】引導(dǎo)學(xué)生思考醋酸鈉是堿性的，應(yīng)選用醋酸銨，同時(shí)利用數(shù)字化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器演示往醋酸體系中加入醋酸銨溶液pH的圖像變化。

【學(xué)生分析】通過(guò)圖像可以看出，醋酸銨加入醋酸電離平衡逆向移動(dòng)，溶液pH升高。

設(shè)計(jì)意圖：離子濃度對(duì)于醋酸電離平衡移動(dòng)的影響，前面已經(jīng)通過(guò)C（CH3COOH）、c（H+）等角度進(jìn)行了分析，從結(jié)論得出角度，學(xué)生可以運(yùn)用勒夏特列原理直接推理，但運(yùn)用數(shù)字化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步的展示，可以拓展學(xué)生獲得證據(jù)的手段和方法，也可以進(jìn)一步佐證理論分析的正確，可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生證據(jù)獲得意識(shí)。

【過(guò)渡】研究了濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響，我們還可以討論一下溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響。引導(dǎo)學(xué)生思考電離平衡可能的熱效應(yīng)，并呈現(xiàn)教師自己的演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果——加熱醋酸，溶液pH變化圖。

【學(xué)生】根據(jù)圖像可以分析醋酸的電離是吸熱過(guò)程，所以推知醋酸的電離常數(shù)隨溫度升高而增大，得出溫度對(duì)弱電解質(zhì)電離影響的一般結(jié)論一溫度越高越有利于電離。

【教師】呈現(xiàn)圖5所示文獻(xiàn)[2]研究中的醋酸電離常數(shù)隨溫度變化圖線

【討論】文獻(xiàn)中資料表明，醋酸的電離并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的變化，具體的情況要結(jié)合多種證據(jù)綜合分析。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)從實(shí)驗(yàn)結(jié)論與文獻(xiàn)資料的不同制造思維沖突，強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)證據(jù)的有效性也強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的條件重要性，并凸顯文獻(xiàn)資料證據(jù)的輔助作用，使得學(xué)生不僅具有從個(gè)別推及一般的歸納推理思維，同時(shí)也能重視物質(zhì)個(gè)體差異，在實(shí)際運(yùn)用證據(jù)推理時(shí)應(yīng)保持基本的審慎。

【板書(shū)歸納呈現(xiàn)】

四、知識(shí)運(yùn)用，鞏固證據(jù)推理思想

【過(guò)渡】通過(guò)一些列的實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)推理，對(duì)電離平衡的存在以及影響因素有了深入的認(rèn)識(shí)，這些知識(shí)可以幫助我們解決實(shí)際的問(wèn)題

【問(wèn)題解決l】除水壺里的水垢用等濃度的鹽酸好，還是醋酸好？H2CO3的Ka1=4.3x10^-7

【問(wèn)題解決2】蚊子叮咬人后之所以皮膚紅腫、瘙癢是因?yàn)橄蛉梭w內(nèi)注射了甲酸，要快速止癢你覺(jué)得應(yīng)該涂抹什么呢？（HCOOH：Ka=1.7x0^-4;H2C03：Ka1=4.3x10^-7

A.NaCl

B.食醋

C.小蘇打

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)題解決鞏固學(xué)生對(duì)于強(qiáng)弱電解質(zhì)差異的理解，理解電離常數(shù)的實(shí)際意義，提升對(duì)弱電解質(zhì)知識(shí)有用性的理解。

五、教學(xué)反思

理論教學(xué)原本是枯燥的，但理論的現(xiàn)實(shí)表達(dá)形式卻是豐富的，本節(jié)關(guān)于弱電解質(zhì)電離平衡的教學(xué)是立足于“利用證據(jù)還原理論的內(nèi)在意義”，基本是基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析從而進(jìn)行推理論證進(jìn)而對(duì)電離平衡建立以及移動(dòng)的層層剖析，而“理論模型證據(jù)”“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證據(jù)”“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證據(jù)”“文獻(xiàn)資料證據(jù)”等多重證據(jù)的依次推進(jìn)，使得理論得以更加澄明。在教學(xué)中教師注意挖掘各種證據(jù)，并努力將各類(lèi)證據(jù)用于教學(xué)是進(jìn)行提升學(xué)生證據(jù)推理能力的關(guān)鍵。以“證據(jù)推理”為抓手，關(guān)注學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展過(guò)程，以此提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，不斷提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是化學(xué)課不斷追求的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)教育部·普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]韋明新，等.醋酸電離平衡的溫度影響及其熱力學(xué)分析[J].九江師專(zhuān)學(xué)報(bào)，1987（2）：36-39

本文系江蘇省教育規(guī)劃課題《基于真實(shí)問(wèn)題的化學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)研究》研究成果（課題編號(hào)：D/2016/02/24）。