二则基于证据推理的化学教学实践举隅*

黄金泉

（张家港市崇真中学 江苏 张家港 215631）

“证据推理”指从问题情境及已有知识经验中识别、转换形成观点，并多方收集证据、利用证据进行推理，从而获得结论，解决问题［1］。证据推理不仅仅是证实的过程，也可能是证伪的过程。而证据意识的培养，通过分析推理加以证实或证伪，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系，形成化学思维，一直是我们教师所追求的本真课堂！如何立足课堂利用间接或直接证据进行证实或证伪？为此，笔者结合自己的教学实践略谈一二。

一、证实Cu2+与NH3间形成配位键

“配合物的形成”是苏教版化学选择性必修2《物质结构与性质》专题4 第二单元“配合物的形成和应用”中的教学内容。平时教学时如果只按照教材编排思路把基础实验中的实验1 和实验2 演示一下，然后根据所观察到的实验现象把实验结论直接“灌输”给学生，对学生而言也能说得过去。但这样简单处理，势必使整个教学过程枯燥无味，毫无亮点，更有背于“素养为本”的新课程理念。为此，笔者在重新审视并细细研读教材文本后，最终将教学思路调整为通过实验来证实Cu2+与NH3间通过配位键形成了配合物，让学生体悟配位键形成的前因后果，以加深对配位键概念的理解，培养学生的证据意识和推理能力，提升学生解决实际问题的能力。教学片段如下：

【证据】无水硫酸铜是白色的，而胆矾、硫酸铜溶液却是蓝色的。

【教师】硫酸铜溶液和胆矾为什么呈现蓝色？

【学生】都含有Cu2+。

【证据】（学生实验1）向CuSO4溶液中逐滴加入浓氨水，先产生蓝色沉淀，后继续滴加浓氨水，沉淀溶解，得到深蓝色溶液。

【教师】深蓝色溶液是什么物质？

【学生】应该是Cu（OH）2与浓氨水反应后产生的一种新物质，估计还是含有Cu2+。

【证据】（学生实验2）将深蓝色溶液倒入无水乙醇中，溶液变浑浊，过滤得到深蓝色固体。

【教师】这种深蓝色固体是由什么微粒（指阴、阳离子）构成？

【学生推测2】深蓝色溶液中的阳离子可能是Cu2+。

【证据】（学生实验4）分别向CuSO4溶液和深蓝色溶液中加入一根铁钉，前者铁钉表面有红色固体析出，后者铁钉表面没有任何现象。

【推理】深蓝色溶液中不存在Cu2+！

（设计意图：对深蓝色溶液的成分进行微观探析，有理有据，避免了简单灌输的低效教学。深蓝色溶液中是否含有Cu2+?是否含有?引导学生用实验来进行证实或证伪。当学生证实深蓝色溶液中不存在Cu2+这一“意外”现象时，学生的探究欲被彻底激发了，心里纳闷道，Cu2+居然不在溶液中，它究竟去哪儿了呢？为配位键的形成埋下了伏笔。）

【教师】深蓝色溶液中的Cu2+哪儿去了？是否被其他微粒“包裹”起来了？怎样的微粒才能“包裹”Cu2+?

【证据】Cu2+是过渡金属离子，有能量相近的空轨道。而NH3中N有孤电子对，会填充到空轨道中。

【推理】Cu2+的价电子排布为3d9，s上有空轨道，NH3中N有孤电子对，会填充到空轨道中，形成某种新的化合物，把Cu2+“包裹”起来了。（注：其实d上也有空轨道，Cu2+的杂化较为复杂，有理论认为是以dsp2杂化轨道成键，为防止过度教学，d上也有空轨道建议采取模糊策略处理）

【证据】在水溶液中，Cu2+与NH3是这样结合的：NH3分子中氮原子的孤电子对进入Cu2+的空轨道，Cu2+与NH3分子中的氮原子通过共用氮原子提供的孤电子对形成配位键。由提供孤电子对的配位体与接受孤电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物［2］。

【证据】经实验证实，4 个NH3与Cu2+以配位键结合，形成一个复杂的阳离子［Cu（NH3）4］2+，整体带两个单位的正电荷，名字叫四氨合铜离子，每个Cu2+通过4个配位键被4个NH3“包裹”了起来。

【教师】上述深蓝色固体是什么物质？怎么形成的？

【学生】是［Cu（NH3）4］SO4。与［Cu（NH3）4］2+通过离子键相互作用在一起，而Cu2+和NH3分子之间通过配位键形成了［Cu（NH3）4］2+。

以上是课堂教学的一个片段，设计的思路是通过一组连贯的实验紧紧抓住学生的注意力，通过明显的颜色变化：从蓝色溶液到深蓝色溶液，从推测深蓝色溶液中阴阳离子到Cu2+、的证实或证伪，从Cu2+的存在形式发生变化到Cu2+有空轨道，NH3有孤电子对，容易形成配位键等等。后续只要介绍配合物的基本结构：内界、外界、中心原子（或离子）、配体、配位数等，甚至还可以引导学生深入探析蓝色的CuSO4溶液中真的是Cu2+的颜色吗等一系列问题。通过这样的教学可以有效培养学生证据意识，引导学生基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的推测，并通过寻找证据加以证实或证伪，将化学学科核心素养的培养真正融入到常态课中，在平实的课堂上落地生根，开花结果。

二、证实弱电解质（HX）存在电离平衡

“弱电解质的电离平衡”是苏教版化学选择性必修1《化学反应原理》专题3 第一单元中的教学内容。教材文本只是以醋酸的电离为例阐述了电离平衡概念的建立、弱电解质电离过程中离子生成和结合成分子的速率随时间的变化，即速率随时间变化图。教学时如果按照教材文本要求照本宣科、平白直叙地教给学生，势必导致一方面教师“滔滔不绝”，另一方面学生却“昏昏欲睡”，课堂效率低下，更别说激发学生的主动性和内驱力了。如何基于现有的教材文本，挖掘其蕴含的、可利用的学科价值？这就要求教师增强对教材文本的理解力，提升自己的学科素养。在细细研读教材文本后，笔者将教学设计思路调整为：如何证实弱电解质存在着电离平衡？教学片段如下：

【证据】（学生实验1）将经打磨且过量的镁与同浓度的HCl和HX反应，观察实验现象并分析可能得出的结论。

【学生】HCl反应快，HX反应慢。

【推理】HCl中c（H+）大，HX中c（H+）小。

【结论】HCl电离程度大，HX电离程度小。

【教师】据此，能否证实HX就一定是弱电解质？

【学生】未必！两者反应的热效应不好比较，也没有数据表明HX是否部分电离。

【教师】如何寻找新的证据来证实？

【证据】（演示实验）用pH 计测定这两种酸的pH。实验数据及结论：见表1。

表1 同浓度HCl、HX溶液pH及氢离子浓度比较

【推理】HCl完全电离，是强电解质；HX部分电离，是弱电解质。

【教师】证实了HX是弱电解质能否证实它就存在着电离平衡？

【学生】也未必！因为电离出的H+能否结合X-重新生成HX还不清楚！

【证据】（展示文献资料）见表2。

表2 25 ℃未知酸（HX）溶液中各微粒存在情况

【教师】通过表格中数据你发现了什么？

【学生】如果HX 溶液中不存在电离平衡，则浓度由1.0 mol·L-1变为0.10 mol·L-1时，即稀释10 倍后，c（H+）、c（X-）、c（HX）应该变为原来的十分之一。但仔细观察稀释后的数据发现，c（H+）和c（X-）比原来的十分之一略有所增加，而c（HX）比原来的十分之一略有所减少。说明加水稀释能促进HX 的电离，也就证实了弱电解质（HX）存在着电离平衡。

显然，这样一个教学片段的设计使得原本乏味的课堂更具化学味。在层层推进、环环相扣的教学逻辑中深入引领着学生探析弱电解质的电离平衡建立的来龙去脉，有利于激发学生的内驱力，加深对该概念的理解；有利于培养学生基于实验和数据事实进行推理分析，寻找证据证实或证伪，在不断质疑、修正中，提升学生的证据推理能力。

总而言之，将证据意识有意识地渗透于常态课中，自始至终地进行有效实践，学生的证据意识会明显增强，在解决真实问题时他们就会从证据出发，用事实来证实或证伪；同时也能提升我们教师对教材文本的理解力。