“离子反应”的学情分析与教学设计

“离子反应”的学情分析与教学设计1前言中学化学教学中，离子反应是教学的重点和难点之一。在后续的化学学习中，用离子反应认识反应原理是研究化学反应常用的方法，所以离子反应是中学化学课程中重要的基础知识，在中学化学课程教学中，是学生学好化学的基础。因此，学习好离子反应的相关知识尤为重要。对离子反应教学的研究也是中学化学教学研究中的重要内容。从概念角度，观念建构等方面制定的教学设计教学抽象，不适用于全体学生，对于理解能力，学习能力较强的学生来说能够轻松理解掌握相关知识，对于其他学生来说则较为困难。学情分析是教学研究的重要方法，可以系统的了解学生认知方面的不足之处，对知识理解掌握的程度等各方面情况。通过学情分析制定出更能让学生理解接受，适应于全体学生的教学设计。本文通过对离子反应相关内容进行学情分析，确立出符合学生的认知情况，能有效解决对学生来说难以理解掌握的知识点的有关离子反应内容的教学设计。2学情分析2.1酸、碱、盐在水溶液中的电离2.1.1电解质与非电解质的概念初中时学生曾观察过酸、碱、盐在水溶液中导电的实验现象，认识到酸、碱、盐在水溶液中能够导电[4]。已经知道有些溶液可以导电，做过氯化钠溶液的导电性实验，但是对能导电的物质没有系统的认识了解，不清楚除了水溶液中物质的其他状态是否还能导电。学习过程中学生也难以区分能导电的物质或溶液与电解质的关系，忽视电解质的定义中“化合物”、“导电”等关键词。并且对电解质概念与物质结构之间关系不清晰。从物质结构而言，化合物根据化学键的类型可以分成离子化合物和共价化合物；从电解质而言，化合物依能否在熔融状态或水溶液状态导电，可以分为电解质和非电解质。这些关系相互交错容易引发学生的理解错误，导致了如“酸不能导电”、“水不能导电”和“熔融状态下食盐不能导电”等相异构想。2.1.2电离的概念关于溶液的导电性学生存在较多的偏差认识，不清楚溶液是如何导电的，为什么能够导电。由于物质在水溶液中电离后主要以离子形式存在，有的学生初步知道溶液的导电性是与溶液中存在的离子有关，但是学生对于溶液中离子的来源，离子在水溶液中的行为仍然缺乏全面的认识[5]。不能正确认识溶液的导电性是由于通电后溶液中原来自由移动的离子变为有序的运动而导电，大部分学生能认识到溶液的导电与存在离子有关，但不清楚其过程，有的学生甚至认为是因为溶液中存在自由移动的电子而导电。2.1.3电离方程式及酸、碱、盐的重新定义高中学生的思维正处于高速发展时期，思维具有高度的概括性和逻辑性，并开始形成辩证思维。学生在学习新知识之前在头脑中已经有了关于这些内容的图式，通过老师的引导能够引发他们的认知冲突，并用已有的图式去通化顺应新的知识，以达到新的图式的平衡[6]。学生已经初步了解了电离的概念是电解质在水溶液或熔融状态下产生能够自由移动的离子的过程，但是不了解电离过程产生阴阳离子时如何用符号进行表征；学生在初中阶段以及通过PH值，酸碱指示剂等从宏观角度对酸、碱等物质有了一定的认识，但是从微观阴阳离子与酸、碱、盐的系统关系并不了解，也不容易想到他们其中的关系。2.2离子反应及其发生条件2.2.1离子反应的概念学生从刚开始接触化学课程的学习以来就涉及到对化学反应的认识，在初中阶段化学反应的描述使用的是化学反应方程式，学生认识到反应有４种基本的类型：化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应，这四种反应都是宏观物质之间的反应，并没有涉及到离子之间的反应，因此对离子反应概念的学习存在一定的难度。同时学生已经初步学习电离的相关知识，了解了电离的概念以及电离方程式的书写，知道物质宏观化合物与微观阴阳离子具有一定联系，但是对于宏观现象的产生与微观阴阳离子的相互作用的关系并不清楚，对微观离子之间能发生化学反应并不了解。2.2.2离子反应发生的条件学生已经知道复分解反应发生的条件是２种物质发生反应以后有气体、沉淀或水生成。没有认识到水溶液中的反应与非水溶液中的反应存在的区别，对于溶液中的复分解型的反应，学生没有从微观的角度去认识各个离子之间的重新组合，缺乏对反应实质的认识，不知道反应的过程是如何发生的，只是知道复分解反应就是２种物质之间互相交换阴阳离子生成新的物质，并不知道是溶液中离子之间的重新组合，没有认识到有些离子在反应前后是没有发生变化的，即对２种或２种以上物质在水溶液中的行为或相互作用缺乏正确全面的认识[7]。学生已经学习了离子反应的概念，初步知道发生离子反应溶液中离子数目会发生变化，但是对于离子数目发生变化与相关宏观现象产生的系统关系并不清楚。2.2.3离子方程式的书写学生已经对离子反应及其发生的条件有了初步认识，知道了宏观现象的产生于微观离子之间的关系，但是对离子方程式的书写还存在困难。学生在“离子方程式”书写方面存在的困难之一是对“物质在水溶液中主要以什么微粒形式存在”认识不清。对于NaOH溶液和CuCl2溶液的反应，学生知道生成的Cu(OH)2是沉淀，不能拆写成离子。学生认为这可以依据离子反应发生的条件来处理这样的问题。但当Cu(OH)2作为反应物出现时，如Cu(OH)2与稀H2SO4反应，Cu(OH)2难溶于水，在水中的主要微粒存在形式为Cu(OH)2而不是Cu2+和OH-，所以书写离子方程式时Cu(OH)2不能拆。对此不少学生难以透彻理解，往往会出错。究其原因有3个方面：一是对离子方程式的含义的认识存在偏差。教材中有关离子方程式的含义是“用实际参加反应的离子符号来表示化学反应的式子”，实际上离子方程式的真正含义应该是“用实际参加反应的物质的主要存在形式来表示化学反应的式子”；二是在于必修阶段教材只是讨论了几种常见的强酸、强碱和可溶性盐在水中电离的问题，并不涉及强、弱电解质概念，学生对酸碱盐在水溶液中的电离、复分解反应的发生条件等内容只是简单地依据“易溶或难溶”、“易电离”等来分析；三是学生缺乏对一些常见物质溶解性的认识。但是对“物质在水溶液中主要以什么微粒形式存在”认识不清。2.2.4离子方程式的意义学生对离子方程式的认识分为2个层次：一是对这个内容本身的认识；二是将这种认识作为工具用来分析和解决问题[6]。但是目前学生对于“离子方程式可以表示一类反应”还认识不清，只停留在言语描述的水平，难以结合具体例子加以说明。究其原因，一方面是由于教材只是简单地例举了几种不同的酸和碱之间发生的中和反应的离子方程式(H++OH-=H2O)是相同的，来说明离子反应可以表示同一类型的化学反应。而对于离子方程式(H++OH-=H2O)表示的是哪些酸和碱发生的中和反应并没有揭示清楚。离子方程式(H++OH-=H2O)不能表示所有的中和反应。它表示的是“可溶性强酸和强碱溶液反应生成水和可溶性盐的反应”。但由于教材中的例证简单，又没有提供常见的变式，所以学生在面对这类具体问题时，常常会出错。3教学设计3.1酸、碱、盐在水溶液中的电离3.1.1电解质与非电解质的概念[提出问题]同学们在初中已经观察过酸、碱、盐在水溶液导电的实验现象，那么酸碱盐是否只能在水溶液中导电？接下来我们以NaCl的导电实验为例进行相关探究。氯化钠除了有固态、氯化钠溶液，还有熔融状态。他们都能够导电么？请大家观看视频，大家可以看到左边是氯化钠固体，中间是氯化钠溶液，最右边是氯化钠熔融状态，仔细观察小灯泡是否都发亮了。[播放实验]播放氯化钠在熔融状态下导电的实验视频。[学生回答]氯化钠固体不能使小灯泡发亮，但是氯化钠溶液以及氯化钠熔融状态都能使小灯泡发亮。[总结]电解质概念：像氯化钠这种在水溶液或者熔融状态下能够导电的化合物叫作电解质。[教师讲解]对于电解质的概念老师强调三点：第一，条件是在水溶液或者熔融状态下，也就是满足其一就可以了；第二，要能够导电；第三，物质的范围必须是化合物。[习题练习]学了电解质的概念以后呢，我们来做两道习题来加深对电解质概念的理解。1.下列物质中，属于电解质的是①盐酸②O2③Na2CO3④蔗糖⑤AgCl2.下列物质中，能导电的是①盐酸②熔融KCl③Cu④Na2CO3粉末[学生回答]第一题选③⑤，第二题选①②③[教师总结]我们判断是否是电解的时候先看是否是化合物，再看在水溶液或熔融状态下是否导电，导电的关键是看是否存在自由移动的离子或者自由移动的电子。注意电解质不一定能导电，能导电的不一定是电解质。比如Na2CO3粉末是电解质，但是不能导电，Cu能导电，但不是电解质。[提出问题]我们说在水溶液或者熔融状态下能导电的化合物叫作电解质，在水溶液和熔融状态下都不导电的化合物属于什么呢？[学生回答]叫非电解质[提出问题]那么混合物和单质又称为什么呢？[学生回答]既不是电解质也不是非电解质[总结]我们学过物质的分类，物质分为纯净物和混合物，纯净物又分为单质和化合物，我们说电解质是在水溶液或者熔融状态下能够导电的化合物。因此混合物和单质既不是电解质又不是非电解质。3.1.2电离的概念教学过程如下：[教师引导]我们知道了电解质能够导电是因为存在自由移动的离子，那么这种自由移动的离子是如何产生的呢?电解质又是怎样导电的呢？接下来我们以氯化钠在水中的溶解过程图为例来进行探究。[教师讲解]我们可以看到刚开始的时候氯化钠通过钠离子和氯离子的静电作用紧密的结合在一起，水分子将氯化钠分子包围，当水分子与它们接触以后，这种静电作用会受到破坏，水分子分别包围钠离子和氯离子，分别解离出自由移动的钠离子和氯离子。我们将像氯化钠这样在水溶液中产生自由移动离子的过程就称之为电离。[提出问题]那什么是电离呢?[学生回答]字面意思就是电解质发生了解离。[教师讲解]电离的概念：电离其实就是电解质在水溶液或熔融状态下产生能够自由移动的离子的过程。3.1.3电离方程式及酸、碱、盐的重新定义教学过程如下：[教师引导]化学反应可以用化学反应方程式来表示，所以电离也可以用电离方程式来表示。[教师]以氯化钠为例，我们一起来看如何正确的书写电离方程式。NaCl=Na++Cl-[注意]电离方程式左边是化合物，右边是其电离出的阴阳离子，在书写完之后要注意观察是否元素守恒以及电荷守恒。[提出问题]有没有哪三位同学自愿上来写出HCl、HNO3、H2SO4的电离方程式？[学生书写]三位同学自愿上来分别写出了HCl、HNO3、H2SO4的电离方程式，其他同学在下面书写[9]。HCl=H++Cl-HNO3=H++NO3-H2SO4=H++SO42-[提出问题]请同学们仔细观察这三个电离方程式有什么共同特点？[学生回答]它们电离出来的阳离子都是H+。[教师引导]我们知道这三种物质都属于酸，那么你们能否从电离的角度对酸重新定义呢？[学生