基于宏观辨析和微观探析的金属与酸反应

基于宏观辨析和微观探析的

金属与酸反应日照实验高中陈丽华金属与酸的反应一、教材与学情分析二、教学与评价目标四、教学反思与评价三、教学实践过程一、教材与学情分析教材分析：实验内容选自鲁科版必修二第一章：比较金属失电子能力的方法学情分析：知识层面：学生已经掌握了金属活泼性的理论辨别方法，并通过实验预习报告和查阅相关资料，了解了手持技术数字化实验的基本知识能力层面：学生具备一定的实验操作技能和数据处理技能，在实验教学开始前初步培训了学生用Origin作图的基本技能观察法、测体积法这些传统实验方法的优点在于宏观现象清晰明显，缺陷是微观反应过程模糊、学生对微观实质不甚了解二、教学与评价目标1.通过实验分析，明确金属活动性即得失电子能力是置换H2的关键因素，储存必备知识，提升关键能力；2.通过对比实验，锻炼学生实验设计能力的同时，深化控制变量的思想、强化定量的思想；3.通过实验数据处理，培养学生质疑→设计实验验证→数据处理→结论的科学探究精神，强化定性分析、定量分析，发展学生宏观辨析与微观探析的核心素养。三、教学实践过程H2体积：气压变化产生H2的快慢：pH变化、H+浓度变化溶液中离子浓度变化：导电率变化金属离子能否形成络离子：氯离子浓度变化宏观微观金属与酸反应的过程机理【课堂引入】1、根据理想气体状态方程：PV=nRT，计算产生H2的体积比约为△P1:△P2=n1:n2=5:4；表明不同金属（过量）与等量稀盐酸反应产生H2的量不同过量金属Mg、Zn与2mL0.5mol/L的稀HCl反应结论宏观现象清晰；利用数据展示宏观现象更具有说服力。问题1：数字化实验如何展示宏观实验现象

——气体压力传感器：气体压强变化【学生质疑1】：Mg、Zn失电子数均为2，理论上过量Mg、Zn与等量稀HCl反应置换出H2体积相等。为何从P-t曲线中计算出来的物质的量之比不是1:1？Mg产生的H2多？三、教学实践过程【定量思想】：实验过程中需控制酸的浓度，c过大，P变化太快，瓶塞易被冲出；c过小，P变化超出传感器敏感度，数据测量不准确。H2SO42、由pH变化曲线知道Mg、Zn、Fe与盐酸反应完全后pH值分别约为10.2、7.0、6.0，表明Mg将酸中的氢置换完后继续置换H2O中氢，Zn将酸置换完不再反应，Fe活泼性弱酸有剩余；金属与溶液反应程度不同，导致了产生H2的体积不同4、过量金属与非氧化性酸反应pH变化趋势基本一致，但相对于金属与稀HCl反应，与稀H2SO4反应时pH突变点慢2h左右，表明Cl-可能对金属与酸的反应起促进作用拓展延伸3、结合P-t曲线和pH曲线可知金属自身的活泼性直接关系置换H2体积的多少结论HCl问题2：究根寻源探寻5:4的产生原因——pH传感器【学生质疑2】：过量金属与酸反应的pH值变化是否具有普适性？过量金属与80mL0.01mol·L-1的稀HCl过量金属与80mL0.005mol·L-1的稀H2SO4【学生质疑3】：如何验证Cl-对反应起促进作用？

金属Fe与稀H2SO4反应时pH值达到最高点后又略有降低的原因是什么？三、教学实践过程【对比实验】序号金属试剂1试剂21Mg40mL0.02mol·L-1的稀HCl40mLH2O240mL0.02mol·L-1的稀HCl40mL0.02mol·L-1的NaCl340mL0.01mol·L-1的稀H2SO440mLH2O440mL0.01mol·L-1的稀H2SO440mL0.02mol·L-1的NaCl540mL0.01mol·L-1的稀H2SO440mL0.01mol·L-1的稀Na2SO4问题3：如何验证Cl-离子是否对反应起催化作用

——做对比实验，测pH变化结论5、达到pH突变点所用的时间关系是HCl+NaCl＜HCl＜H2SO4+NaCl＜H2SO4＜H2SO4+Na2SO4，表明Cl-的存在加快了反应速率，对金属置换H+起到了促进作用对比溶液H+离子的理论浓度均为0.01mol·L-1【学生质疑4】：SO42-是否对金属与酸的反应起抑制的作用？6、SO42-对金属置换H+的影响主要是由于HSO4-的Ka2=1.20×10-2，属于中强酸，酸性相对减弱，故其pH突变点变慢【学生质疑5】：Cl-对金属与酸的反应起促进作用的原理是什么？三、教学实践过程结论7、氯离子浓度的减少表明金属Mg、Zn、Fe与HCl反应后的产物中形成了配离子；配离子的形成促进了配位平衡的移动，Cl-占据金属表面的缺陷提供表面活性中心加速了Mg向Mg2+的转化问题4：反应过程中离子浓度如何变化

——氯离子传感器、导电率传感器9、导电率的降低一方面是由于氢离子浓度的减少，另一方面是氯离子浓度的减少8、Fe2+与稀HCl反应时可与Cl-形成配离子从而保护Fe2+防止氧化，而与稀H2SO4反应时未形成络离子，Fe2+与空气中O2等作用形成碱式亚铁盐，导致溶液pH值达到最高点后又略有降低三、教学实践过程三、教学实践过程以问题为主线、学生为主体、教师为主导、思维为主攻问题1：传统实验的优缺点？问题2：数字化实验如何体现宏观现象？问题3：Mg、Zn与酸反应产生H2体积不同的原因？问题4：如何验证Cl-对反应起催化作用？问题6：Cl-起催化作用的机理？问题5：SO42-是否对反应起阻化剂作用？问题：………知识1：金属失电子能力的宏观表现知识2：手持技术数字化实验知识3：内因是性质的决定性因素知识4：对比法、定量分析法知识5：强、弱酸理论，定性分析法知识6：配位理论能力1：学习理解能力、信息加工能力能力2：获取信息能力、归纳总结能力能力3：图像分析能力、数据处理能力能力4：逻辑思维能力、图像分析能力能力5：应用实践能力能力6：模型构建能力、逻辑思维能力素养1：宏观辨识活动1：传统实验方法的优缺点素养2：变化观念、创新意识活动2：压强-时间曲线体现宏观现象素养3：模型认知、证据推理活动3：计算不同反应产生气体体积比素养5：知识迁移、科学态度活动5：查阅文献资料寻找证据素养4：科学探究活动4：做不同溶液的对比实验素养6：微观探析活动6：文献与实验数据有机结合归纳结论123456实验一：金属与酸反应的压强变化实验二：金属与稀盐酸反应的pH变化、氯离子浓度变化实验三：金属与稀硫酸反应的pH变化实验四：金属Mg与不同溶液对比反应的pH变化、导电率变化四、教学反思与评价创新点：（1）手持技术数字化实验的引入（2）Origin专业绘图软件的应用，图像的后期处理更加专业优点：以问题为主线的数字化实验能够拓展传统实验的深度和广度；让学生对反应的微观过程有直观的感受