探究“化学变化” 提升化学核心素养

2018-11-28周琦

名师在线 2018年27期

周琦

（江苏省栟茶高级中学，江苏如东 226406）

引言

化学制品在现代生活中扮演着不可或缺的角色，同时化学也是高中课程的重要组成部分，而化学反应始终贯穿于化学学习过程之中。实际学习时，方程式的表象遮盖了化学变化的本质，制约学生的学习效果。这需要教师引导学生去探究“化学变化”，进而实现学科核心素养的真正养成。

一、由表及里，分析物质和能量变化

在对化学反应的理解中，物质之间的变化相对直观，学生理解能量的变化较为困难[1]。学生需要一个理解的过程，教师应积极引导学生在认识化学变化的同时，分析其中能量的变化。在日常的教学中，教师应通过巧妙的课堂设计帮助学生感受到化学反应中存在的能量变化。

可以从日常生活中常见的例子入手，让学生感受到人类发展过程中，化学反应的能量变化所起到的重要作用。比如，物质燃烧所释放的热能等，通过身边的实例激发学生探究的积极性，从而展开课堂教学。在学习必修2中的《化学反应与能量》内容时，教师准备好课堂展示实验，让学生去感知在化学实验过程中发生的能量变化。需要用到的化学物质有Ba（OH）粉末、Ba（OH）溶液、Mg、稀盐酸、NH4Cl·8H2O晶体。在小组实验前先让学生认真观察相关实验试剂，设计Mg与稀盐酸、Ba（OH）溶液与稀盐酸、Ba（OH）粉末与NH4Cl·8H2O晶体等实验。在镁与稀盐酸反应中除观察到有气泡产生外还感觉到试管壁温度升高（也可借助温度计测量），Ba（OH）溶液与稀盐酸发生化学反应的过程中，物质的变化肉眼很难观察出，但观察温度计后会发现这一反应伴随着热量的释放。学生据此可认识到当金属单质与酸、中和反应、发生燃烧反应时，这些化学变化会释放出热量，属于放热反应。此外，当Ba（OH）粉末与NH4Cl·8H2O晶体发生反应时，烧杯下方的少量水会凝结成冰，充分说明这一化学变化是吸热反应。在这些具体的实验观察中，学生会意识到化学反应不只存在物质的变化，还可能伴随能量变化，他们对化学反应的认识因而更为全面。

二、分类研究，揭示反应特征和规律

高中化学所学内容繁杂，若学生未能掌握科学的学习方法与技巧，学习一定会疲沓。教师要在日常教学的过程中对化学学科所学进行分类研究，帮助学生条理性掌握学习知识。

在学习和原电池关联的知识时，考虑到这一学习内容既是高中化学的重点，也是难点，高考中涉及的频率较高。对于这一部分的内容可以应用分类研究的方法。依据原电池电解质的不同可将原电池归为三个类型：一类是水性电解质的原电池；一类是熔融电解质的原电池；还有一类是固体电解质的原电池。此外，根据电解质的酸碱性又可将原电池分为两类。原电池电极上所发生的反应受电解质溶液酸碱性影响，这也与原电池正负极电极反应式有较为明显的关联，例如氢氧燃料电池的电极反应。之后给学生提出问题：为什么在原电池中随着电解质的酸碱性的不同电极反应式会发生改变？教师安排学生就刚刚给出的问题进行讨论，展示自己所得出的结论：因酸性电解质溶液中存在着大量OHˉ离子，而碱性电解质溶液中则存在大量H+离子，电极产物应考虑到介质对其所产生的影响。

通过对高中化学中的原电池进行分类研究，学生体会到了分类研究这一方法的好处。在对氢氧燃料电池做细致分析的过程中，学生能够更好地抓住原电池电极反应的本质。由此可见，进行分类研究可以更快地找到化学反应的规律和本质，助推学生学习其他类似的学科知识。

三、联系对比，预测物质间的多元变化

高中的学生，在化学这一学科上已经有了一定的基础。学习要求若依然停滞在初中阶段的机械记忆方程式与简单的运算，显然难以符合新的要求。教师可通过练习对比，让学生预测即将进行的化学反应的可能生成物，这也属于高中化学的新课程标准的要求[2]。

问题1：加热试管中的NaHCO3晶体，使用导管将获得的物质通入到澄清石灰水中。在对反应现象观察时，发现晶体加热时试管壁上出现水珠，同时澄清的石灰水逐渐变得浑浊。现得知生成物中含有Na2CO3粉末，请写出这一反应的化学方程式。学生在对整个反应观察后，根据自己的理解得出结论。通过导管中有水珠这一反应现象可以得知生成物中有水，通过澄清的石灰水逐渐变得浑浊这一反应现象可以得知生成物中有二氧化碳气体。结合题目中提供的信息生成物包含Na2CO3，学生尝试将反应物、生成物列出来，NaHCO3== Na2CO3+H2O+CO2↑，知道了化学反应的生成物与反应物之后只差配平了，配平化学方程式之后为2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑。在此基础上介绍NaHCO3可做食品中的膨松剂，体现化学中物质“性质决定用途”的基本思想。

问题2：在试管中滴入一定量的AgNO3水溶液，接下来在试管中置入3g铜粒，观察反应现象。一段时间后，一层银白色的物质覆盖在红色的金属表面，另外还发现生成物中有Cu(NO3)2。请写出这一化学反应的化学方程式。根据参与反应的物质只有铜和AgNO3水溶液两种，且根据铜的表面银白色的物质可分析出银白色的物质应是银。基于以上的分析，该反应的化学方程很快就得出：Cu+2AgNO3=2Ag+ Cu(NO3)2。在对比分析化学现象的过程中，结合参与反应的物质推测出反应生成物，最终准确得出化学反应对应的方程式。

四、设计实验，尝试自主验证

在高中的化学学习中仅仅通过观看教材中的实验是远远不够的，还应该让学生自己根据需要设计实验，尝试进行实验验证。

例如Cl2的制备实验。学生在初中阶段已了解过H2和O2的制备，对气体的制备拥有了一定的知识基础。在制备Cl2的课堂设计中，可以先由学生自主了解Cl2的一些特点：常温下为黄绿色气体，有强烈刺激性气味，并且有剧毒。然后给学生介绍工业制备Cl2的方法，具体的过程是利用电解饱和食盐水来生产Cl2。学生在观看完视频后，教师对电极反应式做简单的书写与介绍，反应式的具体内容只是了解，并不要求学生掌握。阳极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，阴极反应式为2H+ +2e-=H2↑。在此基础上结合氯气的性质和氯元素的价态特点设计可在实验室制备氯气的方法。学生想出了很多种方法来制备Cl2，有的利用高锰酸钾跟浓盐酸反应来制备Cl2，其化学反应方程式为2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑；有的学生尝试使用氯酸钾与浓盐酸反应制备Cl2，其化学反应方程式为KClO3+6HCl=KCl+3H2O+3Cl2↑。在各小组充分讨论的基础上，全班学生再从实验中反应条件的选择、仪器的组装、操作的可行性、绿色化学的要求等方面分析最终确定Cl2的实验室制法。这些讨论对学生建立物质实验设计的基本思维模型帮助较大。