高中化学教学论文 选修模块学科及教学问题研讨 新人教版选修4.pdf

高中化学远程研修专题七高中化学远程研修专题七 选修模块学科及教学问题研讨选修模块学科及教学问题研讨 专题简介 专题简介 化学反应原理模块是六个选修模块中唯一的一个必考模块 该模块的学科及 教学问题备受实验区教师的关注 化学反应原理模块中新增了一些学科知识内 容 如何正确认识这些新增内容的价值 如何深刻理解这些内容的学科内涵 如 何针对不同选修模块的功能定位和风格特点有效实施这些新增知识内容的课堂 教学 通过学习化学反应原理模块的学习 将使学生对物质 对化学反应的认识 获得哪些发展 这些都是实验区一线教师普遍关注的问题 本专题将围绕着这些 问题展开讨论 上部 本讲主题 本讲主题 化学反应原理模块新增内容学科及教学问题研讨 通过专家访谈 课 例研讨等活动解决化学反应的方向 熵 焓 化学平衡常数等新增内容的学科意 义 学习价值及教学问题 一 化学反应原理模块包含哪些核心内容 实施现状如何 1 化学反应原理模块包含哪些核心内容 化学反应原理模块包含哪些核心内容 主持人 主持人 化学反应原理模块包括三个主题 化学反应与能量 化学反应速率 和化学平衡 溶液中的离子平衡 三个主题既相互独立又彼此联系 例如 主题 2 化学反应速率和化学平衡 中的相关理论即为主题 3 溶液中的离子平衡 的理论基础 在每个主题内部 都是按着 从认识化学反应到应用化学反应 这 一线索展开的 在每个主题中 都涉及到一些新增内容 例如 主题 1 中要求 能用盖斯定 律进行有关反应热的简单计算 主题 2 中要求 能用焓变和熵变说明化学反应 的方向 主题 3 中要求 能描述沉淀溶解平衡 知道沉淀转化的本质 等 背景资料 化学反应原理模块内容标准 主题 内容标准 1 1 化 学 反 应与能量 1 了解化学反应中能量转化的原因 能说出常见的能量转化形式 2 通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础 了解化 学在解决能源危机中的重要作用 知道节约能源 提高能量利用效 率的实际意义 3 能举例说明化学能与热能的相互转化 了解反应热和焓变的涵 义 能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算 4 体验化学能与电能相互转化的探究过程 了解原电池和电解池 的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 5 通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理 认识化 学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用 6 能解释金属发生电化学腐蚀的原因 认识金属腐蚀的危害 通 过实验探究防止金属腐蚀的措施 2 化 学 反 应 速 率 和 化学平衡 1 知道化学反应速率的定量表示方法 通过实验测定某些化学反 应的速率 2 知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响 3 通过实验探究温度 浓度 压强和催化剂对化学反应速率的影 响 认识其一般规律 4 通过催化剂实际应用的事例 认识其在生产 生活和科学研究 领域中的重大作用 5 能用焓变和熵变说明化学反应的方向 6 描述化学平衡建立的过程 知道化学平衡常数的涵义 能利用 化学平衡常数计算反应物的转化率 2 7 通过实验探究温度 浓度和压强对化学平衡的影响 并能用相 关理论加以 解释 8 认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活 生产和科学研究 领域中的重要作用 3 溶 液 中 的 离 子 平 衡 1 能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡 了解酸碱电离理论 2 知道水的离子积常数 能进行溶液 pH 的简单计算 3 初步掌握测定溶液 pH 的方法 知道溶液 pH 的调控在工农业 生产和科学研究中的重要应用 4 认识盐类水解的原理 归纳影响盐类水解程度的主要因素 能 举例说明盐类水解在生产 生活中的应用 5 能描述沉淀溶解平衡 知道沉淀转化的本质 2 在化学反应原理模块教学中 老师们遇到的最大的困难是什么 教学中存在 的问题是什么 在化学反应原理模块教学中 老师们遇到的最大的困难是什么 教学中存在 的问题是什么 场外讨论 场外讨论 观点 1 化学反应原理模块中出现了化学平衡常数 沉淀溶解平衡常数等 利用这些数据对某些问题进行定量讨论 具有很强的解释力 但这对学生的数学 基础要求很高 学生是否具备相应的数学基础呢 观点 2 用 Q 浓度商和平衡常数来解释平衡移动的方向 把平衡的移动变 成了一种数学运算 虽然说这样使学生认识到了平衡的本质 但是运算量太大 学生难以接受 过去我们解释平衡移动用的是勒夏特列原理就非常好 观点 3 勒夏特列原理仅提供了一个定性判断平衡移动方向的依据 平衡常 数与浓度商的关系不仅提供了给一个定量的依据 更有利于学生了解了平衡的本 质 王秀忠老师 王秀忠老师 老师们在化学反应原理模块教学中主要存在三方面的困难 或 问题 一是学科知识的储备上存在欠缺 例如 老师们对如何用化学动力学和 3 化学热力学的思路分析速率和平衡问题还不是很清楚 二是在焓 熵 化学反应 方向等新增内容的教学中存在困难 三是深广度的把握 主要是处理不好高中内 容与大学内容的关系 有时会超纲越界 王磊教授 王磊教授 经过大量的课例观察我们发现老师们在化学反应原理模块的教学 中主要存在以下三方面的问题 一是不能正确处理必修模块与化学反应原理模块教学的层次性问题 一方 面 老师们忽略了必修模块与选修模块的衔接 在进行选修模块内容教学前 常 会忽略学生在必修的已有基础 在教学后 又经常会忽略引导学生对 在必修基 础上发展了什么 这一问题的反思 另一方面是深广度把握不到位 经常出现 选修模块教学平庸化 的现象 即在化学反应原理模块教学中 仅关注具体知 识的教学 缺乏对学科思想方法的体现 二是在教学中没有突出化学反应原理模块特点 在化学反应原理模块内容的 教学中 要突出定性与定量相结合 实验与理性推理相结合的特点 要关注物理 化学基本思想方法的运用 三是处理不好几个关系 例如 处理不好定量分析与计算的关系 将定量分 析问题的思路与复杂的数学计算等同 在教学中死抠概念定义 忽视对概念的整 体关系和内涵实质的把握 缺乏多样化教学处理方式 等 二 化学反应的方向 焓等新增内容的学科本体分析及教学研讨 1 为什么要引入 焓变 而不直接使用等压过程反应热 高盘良教授 1 为什么要引入 焓变 而不直接使用等压过程反应热 高盘良教授 等压过程的反应热 Qp 是可以通过实验测量的 但每一个反 应的 Qp 都必须通过实验测量 引入焓变后 可以利用盖斯定律通过焓变的计算 得到没有经过实验测定的反应的反应热 因此焓是比实验测得的反应热 Qp 更高层次的能量 用途更广 2 如何理解 焓变 与 生成物总能量和反应物总能量的差 旧化学键断裂 和新化学键生成所需能量差 的关系 高盘良教授 2 如何理解 焓变 与 生成物总能量和反应物总能量的差 旧化学键断裂 和新化学键生成所需能量差 的关系 高盘良教授 首先 总能量 的提法很含糊 无法对总能量进行界定 而 焓 只是其中的一部分 不能把 焓变 与 总能量差 等同起来 焓变等于化学反应中反应物化学键断裂和生成物化学键形成的能量差值 4 这种提法在原理上是正确的 但由于对键能的表达多种多样 有键能 平均键能 键解能等 数据来源不同 计算误差很大 即使同一种碳碳键 也会因取代基不 同 键能也不同 故在研究中只有估算的作用 而在中学不宜提倡这种提法 一 是理论上不容易讲清楚 键能 指什么 二是中学教师不容易找到精确的数据 无 法验证 3 为什么在高中教学中要引入 熵 如何理解 熵 高盘良教授 3 为什么在高中教学中要引入 熵 如何理解 熵 高盘良教授 熵的因素跟焓的因素在决定化学反应方向上起着同样重要的作 用 而且现代科学里面熵的概念已经得到广泛的应用 比如信息学里有 信息熵 生命科学里有 负熵 化学里面确定反应方向从有序到无序等等 也就是说 我 们过去的中学生基本上一个 熵盲 而一个搞自然科学的人如果不懂得熵 他就 不能算是一个有教养的人 因此我觉得我们在中学课程引进熵等新的概念 对于 中学生的思想观念的发展 适应新的科学的发展都是有很大好处的 对熵的理解要把握住两点 一是熵是用来描述大量粒子的混乱度的物理量 少量粒子谈不上 熵 二是混乱度实际上就是均匀程度 混乱度最大就是最均 匀 通常大家以为均匀跟混乱度好像是完全相反 实际上均匀就是混乱度 任何 一个体系均匀了 就是混乱度最大了 譬如我们把一滴墨水滴到水里头去最后变 成均匀了 那就是熵增加了 混乱度增加了 4 如何理解 自发反应 概念 4 如何理解 自发反应 概念 高盘良教授 高盘良教授 对自发反应的理解有两点很关键 一个是在一定温度和压强下 不借助于外力 如光照 通电等 靠自身的能力来进行的反应 例如 水在电解 的条件下生成氢气和氧气就不是一个自发反应 因为是在外界干扰 通电 的条 件下进行的 而水在 1atm 3000 时可以分解为氢气和氧气 就是一个自发反应 因为没有光 电等外界干预 第二个一定要指明是在什么条件下自发 如果脱离 了这两条去谈任何自发反应 我认为都是没有意义的 5 在化学反应方向的教学中 该注意哪些问题 如何做到深入浅出 5 在化学反应方向的教学中 该注意哪些问题 如何做到深入浅出 教学案例 化学反应的方向教学案例 化学反应的方向 教学流程教学流程 从物理中的自发过程 如水从高处向下流等 建立自发反应的概念 提供具体反应及其焓变数据 帮助学生建立反应的自发性与热效应 或 5 设问 化学反应能否自发进行还会受到哪些因素的影响 引出 熵 的概念利用宏观实例 如洒落火柴棍等 建立熵的概念 提出问题 熵增反应一定可以自发进行 熵减反应一定不能自发进行 教师讲授 熵变和焓变共同影响化学反应的方向 案例点评及教学建议 案例点评及教学建议 王秀忠老师 王秀忠老师 整体教学程序能够达到基本教学要求 但不要在 自发反应 熵 的概念上纠缠 例如 关于自发反应的教学要围绕化学反应本身 强调 一 定温度 压强 而不必从自发的物理过程开始 要围绕着本节课核心问题 化学反应方向的判据设计教学活动 此外 在教学中 要结合具体反应突破难点 王磊教授 王磊教授 在本部分内容教学中 要首先明确核心问题 一个是增加了一个 看反应的角度 在一定条件下 化学反应朝某个方向能够自发进行 另一个是 其中蕴含的系统的 多因素 辨证的考虑事物的思想方法 其次 要选择有效策 略 即使用例证策略 紧紧抓住典型的正例证和反例证展开逻辑推理 沿着 提 出假设 学生提供正例证 证据 教师提供反证据 提出新问题 形 成新假设 寻找新证据 这一思路进行教学 第三是要关注学生学习的误 区 困难 例如 学生不明白为什么要研究化学反应的方向 教师应通过具体实 例帮助学生认识到研究化学反应方向的价值 又如 学生在理解 自发反应 上 可能会产生偏差 教师应结合典型例证帮助学生纠正认识偏差 第四是要充分利 用好教材中提供的例证 关于熵和熵变的概念 可以不仅局限于化学反应 而使 学生认识到它的更广泛的应用范围和价值 主持人 主持人 在化学反应方向的教学中 要注意两点 一是抓大放小 即抓核心 问题 核心思想方法 而不在具体概念上纠缠 二是要灵活运用例证策略 在提 供证据的同时设置合理的问题 引导学生进行分析和逻辑推理 6 教学案例 化学反应的方向 教学案例 化学反应的方向 教师活动 环节 1 化学反应的方向 自发反应 1 介绍钛的用途与发现 提出问题 2 化学反应方向 自发反应 2H2 O2 2H2O 的反应在常温常压下虽然看不到现象 但是这个反应的 正向具有发生反应的可能性 因为如果等上千年万年我们就能看到水的生成 而逆向水的分解在常温常压下却不能自动进行 除非进行电解 在电能的帮助 下才能发生 这些例子告诉我们 化学反应具有方向性 在一定温度压强下 某一个方向的反应是自动进行的 或具有自动发生的可能性 而在相同的条件 下 另一个方向的反应是不能自动进行 必须借助光电这样的外部力量才能发 生 人们就把在一定温度 压强下 不借助 光 电能 外部力量既能进行 或具有 发生的可能性的反应称为自发反应 反之称为非自发反应 环节 2 影响化学反应的方向的因素 1 焓变对反应方向的影响 问题 1 化学反应向着怎样的方向自发进行呢 教师小结 大量实验证明 放热反应在常温常压下是自发的 也就是说化 学反应趋向于向着焓减小的方向自发进行 放热是有利于反应自发的一种因素 问题 2 在一定温度和压强下 反应一定不能向着吸热的方向自发进行吗 2 熵变对反应方向的影响 问题 3 为什么在一定温度和压强下 化学反应能够向着吸热的方向自发进行 呢 还有什么因素在影响反应的方向呢 7 问题 4 分析下列现象 也许有助于我们找到影响化学反应方向的另一种因素 你能找到这样一些表面上看似无关的事件的共同特征吗 内在联系 问题 5 如何量度一个体系的混乱度 德国物理学家 克劳修斯 定义了一个物理量 熵 用来衡量一个体系 的混乱度 熵值越大 体系的混乱度越大 通过实验和计算 科学家们能够求得各种物质在一定条件下的熵值 S Jmol 1K 1 问题 6 上述吸热反应能够自发的原因是什么 小结 化学反应的熵变 用 S 这个物理量来表示化学反应前后熵的变化情况 S 生成物的总熵 反应物的总熵 由固体液体生成气体的反应熵增大 气态物质的量增多的反应熵增大 揭示规律 自发反应趋向于向着熵增的方向进行 也即是说熵增有利于反应自发 问题 7 自发反应一定不能向着熵减的方向进行吗 如 2Al s Fe2O3 s Al2O3 s 2Fe s 是一个熵减的反应 但是一旦引 发 该反应就能自动进行 并放出大量的热 3 焓变与熵变对反应的共同影响 只关注焓变或熵变 不能正确判断反应是否自发 显然应该综合考虑二者 的影响 焓变与熵变之间是否存在某种定量关系呢 8 揭示规律 介绍反应方向的判据 在一定温度 压强下 H T S 0 反应自发 H T S 0 反应非自发 请猜测 H T S 0 对应哪种情况 背景资料 关于化学反应方向 焓跟熵是反应方向的两个影响因素 焓主要从能量角度来考虑 熵则主要从 无序跟有序的角度来考虑 将这两个因素结合起来才能构成对化学反应方向的判 据 单凭一个因素往往不足以肯定这个反应是不是自发的 所以在教材中讲的是 H T S 而不是仅仅凭 H 或者 S 来判定反应方向 为什么要把它结合起来呢 在课标里面没有引入自由能这个概念 实际上 H T S 就是 G 也就是自由能 的改变量 那怎么理解自由能呢 我们可以这样想 化学反应总是从自由能高的 地方向自由能低的地方反应 自由能降低的方向也就是化学反应发生的方向 这 个就好比水由高处往低处流 水位的降低是水流动的方向 那么在温度压力 一定的条件下自由能的降低就是化学反应发生的方向 所以从这个角度来说 自 由能 是物质的化学反应能力的一种体现 当然 这里的自由能是指每摩尔物质 即单位物质的量的物质的自由能多少 我们可以把它看成是一个 化学位 就 跟水位一样 那么如果这样考虑的话 就很容易理解 熵因素和焓因素结合在一 起就是自由能 自由能是物质进行化学变化的方向的一种度量 此外 自由能虽 然带一个 能 字 但是它跟通常讲的光能 热能 电能是不一样的 它不是一 种单纯的能量形式 9 三 化学反应限度等在新课程中有较大变化内容的学科本体分析及教 学研讨 1 化学反应限度 化学平衡状态 化学平衡常数 平衡转化率的关系是什么 高盘良教授 1 化学反应限度 化学平衡状态 化学平衡常数 平衡转化率的关系是什么 高盘良教授 反应式写法一定 反应限度与平衡常数是一个问题的两种表达 方式 平衡常数就是反应限度 平衡反应进度 反应限度就体现在平衡常数上 而即使反应式写法一定 一个平衡常数可以对应千千万万个平衡状态 所以一个 反应限度可以有千千万万个平衡状态 反应式的写法不同 平衡常数不同 但化学反应限度只有一个 平衡常数与反应限度是把反应当作一个整体来看的 转化率是从一个侧面来 说明反应限度的存在性 平衡常数不变 反应限度就不变 不能说某一反应物的 平衡转化率变高了 反应限度变高 2 如何看待化学平衡移动定量判据和勒夏特列原理在学生学习和问题解决中的 用 高盘良教授 2 如何看待化学平衡移动定量判据和勒夏特列原理在学生学习和问题解决中的 用 高盘良教授 勒沙特列原理是经验性的原理没有理论基础 是定性的规律没 有定量计算 以前的高中教学里只考虑定性的判断问题 适当的用一下勒沙特列 原理也是可以的 勒沙特列原理的科学的 严格的表述是 均相 封闭体系 当只有某一个因 素改变的时候 平衡会向相抵消外来因素的改变的方向移动 其中均相 封闭体 系 只允许一个因素改变 这是我们应用勒沙特列原理的基本前提 如果违反了 这个前提 可能会得到错误的结论 譬如合成氨 这个反应在温度 压力一定的 情况下加进去氮气 那么按勒沙特列原理 平衡应该是向合成氨的方向移动 但 是我们用Q跟K的比值来看 发现结果跟勒沙特列的判断方向完全相反 为什么 因为这个外加氮气的合成氨反应不是处在一个封闭体系里头 而是开放体系 不 符合勒沙特列原理的使用条件 所以勒沙特列原理并不是普遍遵守 什么情况下 都可以用的 平衡常数是热力学理论解决化学反应问题的伟大成果 是建立在严谨的理论 基础之上的 无论在理论上还是指导实践中 都发挥着巨大的作用 利用平衡常 数判断平衡移动方向 不管开放体系还是混相体系 不管是单一因素还是多因素 10 改变 都是可以使用 因此 它可以解决更广泛的问题 王磊教授 王磊教授 平衡常数引入的价值之一在于促进学生定量观的形成 公式表达 了一种变量关系 利用这种变量关系可以解决许多具体问题 深化对规律的理解 平衡常数的意义 在于以下几点 第一是数值的左边 也就是浓度商的构成 反 应各组分浓度的某种关系 第二是平衡状态的定量含义是浓度商等于该温度下 的平衡常数 第三是改变平衡状态的几种可能途径 一是常数值不变 改变反应 中的某组分浓度 导致需要重新满足这种浓度关系 二是常数值改变即通过改变 温度 导致需要重新满足这种浓度关系 从而 使得平衡常数的概念具有应用价 值 主持人 主持人 平衡移动定量判据的引入更加有利于学生将平衡移动理论迁移到水 溶液离子平衡相关问题的解决过程中 例如 利用平衡移动定量判据很容易理解 为什么稀释时 弱电解质的电离平衡 水的离子平衡会正向移动 3 化学反应限度教学中需要注意哪些问题 教学案例 化学平衡常数 片断 3 化学反应限度教学中需要注意哪些问题 教学案例 化学平衡常数 片断 在进行下列教学活动前 教师为学生提供了丰富的数据 学生通过对数据的 分析和处理建立了化学平衡常数的概念 认识了化学平衡常数的特征 教学设计 1 结束了化学平衡常数的教学 进入巩固练习环节 教学设计 2 介绍了浓度商的概念 及如何运用浓度商与平衡常数的关系判 断平衡移动 教学设计 3 教师活动 学生活动 问题 1 在某温度下 某一时刻测得二氧化硫 氧气 三氧化硫的浓度分别为 0 2mol L 0 1mol L 1 8mol L 已知该温度下 K 1620 mol L 1 请你判断 1 在该温度下 该时刻反应是否为化学平 1 运用已知数据进行计算 并在 小组内交流讨论 2 回答问题 由计算结果知 该反应未达到 化学平衡状态 11 2 若非化学平衡状态 反应将向哪个方向 进行以达到化学平衡状态 教师小结 1 浓度商 Q 的表达式 2 通过比较浓度商和化学平衡常数得知可以 判断反应是否达到平衡状态及平衡移动方向 问题2 对于任意可逆反应 如何表达Q和K 如何利用 Q 和 K 的关系判断平衡移动方向 教师小结 如何利用 Q 和 K 的关系判断平衡 移动方向 根据计算结果分析 若使反应 达到化学平衡状态 各组分浓度 幂次方之比要增大 即三氧化硫 浓度增加 二氧化硫和氧气浓度 减小 也就是反应将向正反应方 向进行 1 交流讨论 2 回答问题 Q K 时 平衡状态 QK 时 平衡逆向移动 案例点评及教学建议 案例点评及教学建议 王秀忠老师 王秀忠老师 第三种教学处理方式更加有利于学生利用浓度商与化学平衡常 数的关系解决平衡移动问题 为后续学习奠定了基础 王磊教授 王磊教授 三种教学处理方式反映了教师对于 浓度商 教学价值的不同理 解 即是否体会到 浓度商 对于判断平衡移动问题的功能 建议老师在讲完 可 逆反应 后先引入浓度商指标 然后看可逆反应在一定条件下达到限度时 浓度 商有什么特点 此时即为平衡常数 再来看当条件改变时 浓度商会怎么变 平 衡常数会怎么变 这样的思路会使概念原理知识更加具有功能 高盘良教授 高盘良教授 教材仅是剧本 教师要在充分理解教材的基础上创造性地使用 教材 12 主持人总结 在进行化学反应原理模块新增内容教学时 教师要关注以下 几点 首先要准确 深刻理解新增知识的学科本体内容 其次要关注新增概念 原理知识的功能与价值 使学生在获得知识的同时 发展对物质 对化学反应 的认识 形成分析问题的核心思路和核心思想方法 第三要选取多样化的教学 处理方式 主持人总结 在进行化学反应原理模块新增内容教学时 教师要关注以下 几点 首先要准确 深刻理解新增知识的学科本体内容 其次要关注新增概念 原理知识的功能与价值 使学生在获得知识的同时 发展对物质 对化学反应 的认识 形成分析问题的核心思路和核心思想方法 第三要选取多样化的教学 处理方式 下部 本讲主题 本讲主题 在化学反应原理模块的教学中 怎样处理才能促进学生形成分析 解 决问题的思路和方法 怎样处理才能促进学生的认识发展 主持人 主持人 北京师范大学化学教育研究所在读博士 北京市第三十五中学高级教师 支瑶 嘉宾 嘉宾 物理化学专家 高盘良教授 北京师范大学化学学院 王明召副教授 大连市二十中学高级教师 夏凯 一 从必修到选修 学生对于化学反应的认识应该在哪些方面获得发 展 教学中应该注意哪些问题 1 从必修到选修 学生对化学反应的方向 限度和速率的认识获得了哪些发展 从必修到选修 学生对化学反应的方向 限度和速率的认识获得了哪些发展 主持人 主持人 通过上一讲的讨论可以体会到 从必修到选修 学生对化学反应方 向 限度和速率的认识沿着从局部到整体 从定性到定量 从感性到理性的脉络 发展 具体来说 学生通过化学反应原理模块的学习 进一步完善了研究化学反 应的视角 方向 限度和速率 形成了认识反应的基本思路 并能运用定量分 析的方法解决方向 限度和速率问题 2 从必修到选修 学生对化学反应中的能量转化 特别是化学能与电能的相互转 化的认识获得了哪些发展 教学中要注意哪些问题 从必修到选修 学生对化学反应中的能量转化 特别是化学能与电能的相互转 化的认识获得了哪些发展 教学中要注意哪些问题 主持人 主持人 化学能与电能的相互转化这部分内容 从必修到选修 课标要求发 生了如下变化 13 在具体内容要求变化的背后 学生对于化学能与电能的相互转化的认识会获得那 些发展 夏凯老师 夏凯老师 我认为学生主要会在以下三方面获得发展 首先 会深化学生对 化学电源的本质的认识 其次 学生将从定量的角度进一步认识电化学反应 第 三 原电池与电解的学习将会深化学生对对氧化还原反应的认识 王明召教授 王明召教授 从必修到选修 学生对原电池的认识将经历以下几个发展阶段 在必修阶段 只要求描述铜锌原电池发生的变化 不要求书写电极反应式 在选 修阶段初期 学生应该能从得失电子的角度分析铜锌原电池的工作原理 并会书 写电极反应式及电池的总反应式 在选修阶段中期 要求学生能系统地从电极类 型 反应类型及得失电子守恒的角度书写电极反应式和总反应式 最后 学生将 能够书写氢氧燃料电池的电极反应式 并能从物质所处的溶液环境等多方面分析 电极反应 高盘良教授 高盘良教授 对原电池 电解的认识可以成为学生认识化学反应方向 自发 反应 的基础 教师在日后进行化学反应方向教学时可以与此联系 教学案例 原电池工作原理 教学案例 原电池工作原理 教师活动 学生活动 教学环节 1 回顾必修对原电池工作原理的认 识 1 思考讨论 2 回答问题 分析 Cu Zn 原电池 14 提问 1 这个电池内部的工作原理是什么呢 要构成这块电池需要哪些条件呢 2 在必修中 我们学习了最简单原电池 它的能量是如何变化的 工作原理 原电池是可以直接将 化学能转化成电能的装置 教学环节 2 探究原电池构成条件 提问 能不能把锌与硫酸铜的反应此反应的化 学能转化为电能 请你设计并实施实验 引导分析 分析铜锌硫酸铜原电池的工作原 理 布置任务 设计实验探究 什么样的材料才可 做电极呢 什么样的溶液可形成原电池呢 小结 形成原电池的条件 1 要活性不同的两个电极 相对活泼的金属做 原电池的负极 2 溶液须是电解质溶液 提问 为什么要活性不同的电极 为什么相对 活泼的金属做负极 为什么溶液必须是电解 质溶液 熔融态的氯化钠可不可以 1 设计实验并实施 观察实验现 象 2 思考 分析原电池的工作原理 3 探究形成原电池对电极的要 求 4 探究形成电池对溶液的要求 5 汇报探究结果 6 思考讨论 回答问题 活性不 同的两个电极才存在电势差 电 解质溶液才能导电 熔融态的氯 化钠也可以 因为里面有可自由 移动的离子 可导电 15 教学环节 3 深化认识原电 池工作原理 提问 下列装置能否产生 电流 如果不能产生电流该如何改进 教师提供另一种改进装置 有彦桥的原电 池 并提问 双液电池工作原理 与单液电池 反应的实质是否相同 小结 原电池工作原理 思考讨论 回答问题 1 不能 因为没有产生闭合回路 2 把锌片放入硫酸铜里 3 分析双液电池的原理 完成学 案 得出单双液电池产生电流一 样 且盐桥还起着中和两烧杯溶 液中电荷作用 教学环节 4 进一步完善学生对原电池构成条 件和工作原理的认识 提问 1 氢氧燃料电池是将氢气和氧气分别 充在疏松多孔的两个碳棒中构成 为什么两个 相同的电极也可形成电流 将镁与电流计负极相连 铝与电流计正极 相连放在氢氧化钠溶液里用导线相连 电流计 指针向左偏转 思考讨论 回答问题 转变对 原电池工作原理和构成条件的原 有认识 专家答疑 点评及教学建议 主持人 专家答疑 点评及教学建议 主持人 上述案例展现了常见原电池教学设计范式 即将原电池构成条件的 探究和原电池工作原理的分析作为教学活动的重点 以简单的单液原电池为概念 建构的主要模型 同时借助其他模型 如氢氧燃料电池 突破学生认识的局限性 转变学生错误认识 夏凯老师夏凯老师 在进行教学设计时要考虑到学生在认识上存在哪些障碍 例如 有的学生会认为 如果Zn不与Cu 2 接触就不能构成原电池 也有的学生会认为 16 如果负极本身不参加反应也不能构成原电池 等 这些都是在化学反应原理模块 教学中应该澄清的问题 高盘良教授高盘良教授 在案例中用到了有盐桥的原电池模型 对于 盐桥的作用是什 么 这个问题 很多老师不清楚 在原电池装置中 盐桥主要起两个作用 一 个是离子通道 与外电路的电子通道相衔接 另一个是离子库 为保持溶液电中 性 氧化作用产生的Zn2 需要阴离子来补充 Cu2 发生还原反应 需要阳离子来 补充 而作为KCl饱和溶液盐桥有足够的离子供给 所以是离子库 盐桥在电化 学中的作用主要是消除液接电势 测量离子迁移数等 这在中学不要求 王明召教授 王明召教授 在化学反应原理模块教学中 有盐桥的原电池的作用主要是激 发学生认知冲突 促使学生提出 电流是怎样产生的 这一问题 从而深化对 原电池工作原理的讨论 而在化学反应原理模块教学中 应该让学生对 为什么 电子能够产生有序的流动 这一问题有所了解 有盐桥的原电池在促进学生提出 这一问题及解决问题的过程中将发挥重要作用 主持人 主持人 根据王教授的建议 可以设计如下教学过程 展示单液铜锌原电池 提出问题 为什么电子能够在导线中定向移动 激发学生原有认识 展示 双液原电池模型 促使学生提出问题 电流是怎么产生的 促使学生意识到原 有认识的局限性 教师结合金属键的相关知识解释电流产生的原因 使学生 认识到 电流的产生是由于两极存在电势差 而氧化还原反应的发生保证了电势 差的持续 稳定存在 建立新认识 分析其他原电池模型 如氢氧燃料电 池 等 巩固新认识 总的来看 通过原电池的教学帮助学生形成分析电化学问题的思路将使这部 分内容更加具有功能性 同时更有助于学生的进一步发展 这也是电解 金属腐 蚀教学中同样要关注的 王明召教授 王明召教授 从本质上说 原电池和电解的原理是一样的 在中学水平上可 以认为 一个有电子转移的氧化还原反应 如果是一个自发反应 则可以借助一 个特殊的装置使反应发生 并使电子有序流动 就获得了可利用的电能 即原电 池 如果是一个非自发反应 也可以借助一个特殊的装置 外加电能 强迫 反应发生 这就是电解 老师在教学中要抓住二者本质相同这个纲 主持人 主持人 在原电池的教学中一方面要关注模型的选择 另一方面要用整体的 17 联系的观点看原电池 电解以及金属腐蚀的教学 促进学生形成分析电化学问题 的思路 2 从必修到选修 学生对物质在水溶液中的行为的认识获得了哪些发展 教学 中要注意哪些问题 从必修到选修 学生对物质在水溶液中的行为的认识获得了哪些发展 教学 中要注意哪些问题 主持人 主持人 水溶液中的离子平衡 这部分内容 从必修到选修 课标要求发 生了如下变化 在具体内容要求变化的背后 学生对于化学能与电能的相互转化的认识会获得那 些发展 主持人 主持人 有些老师认为学生在学习具体知识的过程中会自动形成分析水溶液 问题的思路和方法 那么实际情况如何 学生在分析具体问题的过程中会遇到哪 些困难 老师们在教学中该如何处理 教学案例 盐类的水解 片断 教学案例 盐类的水解 片断 教师活动 学生活动 通过实验测定不同盐溶液的 pH 归纳出盐类的水解规律后 提问 解释 盐类水解规律 即 为什么有的盐溶液 显碱性 有的显酸性 有的显中性 以醋酸钠溶液为例说明 思考 讨论后 回答 学生 1 溶液显碱性是由于 H OH 加入了碱性溶液 中和了溶液中 的H 教师提示 醋酸钠溶液显碱性的原 18 因是由于破坏了水的电离平衡 学生继 续讨论后 回答 学生 2 没有表达出分析思路 学生 3 Ac 与H 结合 使溶液中 H 减小 OH 不变 教师进一步提示后 学生继续思考 回答 学生 4 盐电离出的离子有一部分 是弱碱或弱酸的话就不能溶解在水中 使 H 或 OH 有一部分损失 使 H 和 OH 不能达到平衡 学生 5 思路基本正确 由该案例引发的讨论 由该案例引发的讨论 夏凯老师 夏凯老师 我们在教学过程中也遇到了类似的问题 例如 学生在学习盐类 水解时会经常与弱电解质的电离混淆 又如 在比较溶液中各离子浓度时 尽管 老师提供了多种方法和许多规律 但学生仍然很难建立起分析问题的思路 王明召教授 王明召教授 在教学中不要把盐类的水解和弱电解质的电离看作是两个孤立 的问题 而要将二者联系起来 盐类的水解和弱电解质的电离在本质上相同的 弱电解质的电离是弱电解质的解离过程 而盐类的水解是生成弱电解质的过程 在教学中可以设计如下问题线索 溶液中存在哪些微粒 哪些微粒可能发生 相互作用 溶液显酸碱性的原因是什么 通过上述问题为学生搭设思维台阶 使 学生在解决问题的过程认识盐类水解的本质 形成分析问题的思路 主持人 主持人 也可以设计如下问题线索 向学生展示H2O NaOH溶液 HAc溶液 NaAc溶液 请学生分析这些体系中存在的微粒以及它们之间的相互作用 学生自 己设计实验证明在水中加入某种物质后 水的电离增强了 教师的总结分析 给 出盐类水解的概念 让学生分析NaCl Na2CO3 NH4Cl溶液中存在的微粒 微粒间 19 的相互作用 存在的相互作用对水电离平衡的影响 得出盐溶液的酸碱性 王明召教授 王明召教授 教学思路可以是多样化的 但一定要抓住盐类水解的本质 溶质对溶剂的自电离产生了影响 溶液 pH 的变化是由水解产生的一种后果入手 是一种比较直观的表象 教学中可以从表象入手 抓住本质 把握分析问题的思 想方法 将学生从大量个例的记忆之中解脱出来 二 在化学反应原理模块教学中需要注意的问题 高盘良教授 高盘良教授 在化学反应原理模块教学中要注意三方面问题 一是要把握好 度 在 化学反应原理 课程中不需要向深 广度及微观上发展 因为有许多问 题微观上尚说不清楚 二是教师需要读书 如果读书要读好书 读权威人士撰写 的书籍 三是要明确主题 2 是总纲 主题 1 3 是应用 教学中要抓住这一特点 夏凯老师 夏凯老师 在化学反应原理模块教学中要发挥实验的教育功能 要设计好问 题线索 采取问题解决教学策略 要注意知识的建构 主持人 主持人 在化学反应原理模块教学中要关注必修与选修的衔接 要关注从必 修到选修水平层次的发展 不仅仅是知识量的增加 更要关注核心观念 核心思 路 核心方法的发展 要关注三维目标的落实 背景资料 实施 化学反应原理 的教学要注意的问题 一 明确 化学反应原理 模块的设置目的 化学反应原理 是为了对化学反应原理感兴趣的学生开设的选修模块 以 满足不同学生学习和发展的需求 人类在探索自然规律造福社会的历程中 大量 利用化学反应获得人类所需要的新物质以及利用化学反应获得能量 化学反应原 理就是人类在研究大量化学反应本质的基础上 总结得到的关于化学反应的一般 规律 化学反应原理 模块通过研究化学反应与能量 化学反应速率 化学平 衡以及溶液中的离子平衡等内容 探究诸如如何选择燃料 人类如何解决能源危 机 如何确定合成氨反应条件等问题 通过本课程模块的学习 学生应主要在以 下几个方面得到发展 20 认识化学变化所遵循的基本原理 初步形成关于物质变化的正确观念 了解化学反应中能量转化所遵循的规律 知道化学反应原理在生产 生活和 科学研究中的应用 赞赏运用化学反应原理合成新物质对科学技术和人类社会文明所起的重要 作用 能对生产 生活和自然界中的有关化学变化现象进行合理的解释 增强探索化学反应原理的兴趣 树立学习和研究化学的志向 二 合理设计教学内容 化学反应原理是人类总结得到的关于化学反应的一般规律 涉及化学反应的 能量转化 方向 限度 速率以及机理等方面的问题 因此 化学反应原理 设 置了 化学反应与能量 化学反应速率和化学平衡 以及 溶液中的离子平 衡 三个主题 化学反应与能量 研究化学反应中能量转化所遵循的规律 包 括化学能与热能 化学能与电能的转化以及化学对解决人类能源问题的重要贡献 等内容 化学反应速率和化学平衡 研究化学反应发生的方向 限度和速率所 遵循的规律 包