专题7课程文本

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 上 选修模块学科及教学问题研讨 上 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 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 教育部高中化学课程标准研制组组长 北京师范大学化学教育研究所所长 王磊教授 物理化学专家 高盘良教授 山东省实验中学教师 王秀忠 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 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 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 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 1 为什么要引入为什么要引入 焓变焓变 而不直接使用等压过程反应热 而不直接使用等压过程反应热 高盘良教授 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 2 如何理解如何理解 焓变焓变 与与 生成物总能量和反应物总能量的差生成物总能量和反应物总能量的差 旧化学键断裂旧化学键断裂 和新化学键生成所需能量差和新化学键生成所需能量差 的关系 的关系 高盘良教授 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 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 3 为什么在高中教学中要引入为什么在高中教学中要引入 熵熵 如何理解 如何理解 熵熵 高盘良教授 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 4 如何理解如何理解 自发反应自发反应 概念 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 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 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 焓变 的关系 即焓变是影响化学反应方向的因素 但不是唯一因素 设问 化学反应能否自发进行还会受到哪些因素的影响 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 教师讲授 熵变和焓变共同影响化学反应的方向 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 是吗 提供具体反应及其熵变数据 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 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 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 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 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 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 用 高盘良教授 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 3 化学反应限度教学中需要注意哪些问题 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 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 平衡状态 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 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 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 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 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 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 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 教学案例 原电池工作原理原电池工作原理 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 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 1 思考讨论 2 回答问题 分析 Cu Zn 原电池 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 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 专家答疑 点评及教学建议 主持人 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 Cu2 接触就不能构成原电池 也有的学生会认为 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 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 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 教学案例 盐类的水解盐类的水解 片断 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 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 明确一 明确 化学反应原理化学反应原理 模块的设置目的模块的设置目的 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 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 包括化学反应速率的含义及影响化学反应速率的因素 化学平衡的含义及影响化学平衡的因素 判断化学反应方向的依据等 溶液 中的离子平衡 着重介绍化学平衡原理的一些应用 包括弱电解质的电离平衡 盐类的水解以及沉淀溶解平衡等 总的来看 本模块教学内容的设计要考虑以下几点 一是为有志于从事化 学及其相关专业的学生提供较为完整和系统的化学反应原理相关知识 为他们 将来进一步学习化学打好基础 二是在化学反应原理中选择一些能培养学生科 学探究能力的内容 促进学生科学素养的提