利用手持技术，实现“宏微符”结合

庞红梅

摘要：教学《离子反应》一课，通过宏观的实验现象、手持技术测定的微观的溶液电导率的变化和符号表示的反应方程式结合，帮助学生通过观察辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象，初步掌握物质及其变化的分类方法，从物质的微观层面理解其组成、结构及变化，并运用符号表征物质及其变化。这样的教学，逐步培养了学生的宏观辨识与微观探析以及科学探究的化学学科核心素养。

关键词：手持技术“宏微符”结合离子反应电导率测定

一、设计思路

“离子反应”是人教版高中化学必修一第二章第二节的内容，包括“酸、碱、盐在水溶液中的电离”和“离子反应及其发生的条件”这两部分内容。它要求学生在初中所学的酸、碱、盐知识的基础上，从微观的角度进一步认识酸、碱、盐;是中学化学的重难点之一，在中学阶段基础理论知识中占有极其重要的地位。

我们通常可以利用导电性实验和宏观的反应现象，如指示剂变色、生成沉淀和生成气体，来对电解质的概念及离子反应的条件加以说明。但在溶液中，离子究竟是如何变化的，学生无法看到，只能结合现象和语言描述加以理解。而利用手持技术（Handheld Technology，数字化手持技术实验），测定溶液的电导率变化，将离子浓度变化通过电导率的数据变化加以呈现，能使学生将微观的离子反应过程（含电解质电离）和宏观的物质性质、实验现象对应，并通过离子反应方程式的书写将其表示出来，从而完成宏观、微观和化学符号的结合，提升化学认知水平和学科核心素养。

二、教学过程

（一）认识电解质

师初中时，我们做过导电性实验。现在，让我们重温一下这个实验。测定下列溶液的导电性：盐酸、NaOH溶液、NaCl溶液、酒精、蔗糖溶液。

（师生共同完成导电性实验，现象如图1。）

师根据现象，我们能得到什么结论？

生盐酸、NaOH溶液、NaCl溶液导电;酒精、蔗糖溶液不导电。

师NaOH、NaCl等物质不仅在水溶液中会导电，在熔融状态下也会导电。而在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物，我们称之为电解质。一般的酸、碱、盐都是电解质。（稍停）那为什么电解质在水溶液中或熔融状态下能导电？提示一下，导电的条件是有自由移动的电荷。

生因为电解质在水溶液中或熔融状态下发生了电离，产生了可以自由移动的离子。

师（播放NaCl固体和蔗糖固体溶于水的Flash动画，截图如图2、图3）NaCl固体在水中电离成可以自由移动的水合钠离子和水合氯离子，这样的过程用电离方程式来表示为：NaClNa++Cl-。请根据NaCl的电离方程式，写出HCl、 H2SO4、NaOH、Ba（OH）2、MgCl2的电离方程式。

（学生完成后，教师投影答案，批改、纠正。）

师像NaCl这样的电解质会在水溶液中发生电离，然后以离子形式存在并参与反应。

[设计意图：本环节主要帮助学生从微观角度认识电解质，了解电解质的电离，知道电解质在溶液中的存在形式，为探究离子反应的实质做铺垫。]

（二）比较电解质电离程度

师由刚才的学习我们知道，电解质溶于水后会电离成离子存在于溶液中，那么是不是所有的电解质在水溶液中都是以离子形式存在呢？我们再来看一组溶液的导电性。

（通过导电性实验装置测定0.1 mol/L的盐酸、醋酸溶液、NaOH溶液、氨水的导电性，现象如图4。）

师根据现象，我们能得到什么结论？

生同浓度的醋酸溶液、氨水的导电能力比盐酸、NaOH溶液弱。

师为什么同浓度的醋酸溶液、氨水的导电能力比盐酸、NaOH溶液弱？

生离子种类不同。

生溶液中的离子浓度不同。

师我们先来看看盐酸加水稀释时电导率的变化情况。电导率是物质传送电流的能力，是电阻率的倒数。

（利用手持技术测定盐酸稀释时的电导率变化情况，图线如图5。）

师你能得到什么结论？

生温度不变时，离子浓度越大，电导率越大。

师因为导电能力实际上和电荷的浓度有关，所以离子所带电荷越多，电导率也越大。当然，其他因素也有一定的影响。我们再来看一下0.01 mol/L的一组溶液的电导率。

（利用手持技术测定0.01 mol/L的NaCl溶液、盐酸、醋酸溶液、NaOH溶液、氨水的电导率，数据见表1。）

师为什么盐酸、NaOH溶液和NaCl溶液的电导率比醋酸溶液和氨水大得多？

生盐酸、NaOH溶液和NaCl溶液中离子浓度比醋酸溶度和氨水大得多。

师强酸、强碱、可溶盐在溶液中完全电离，主要以离子形式存在;而弱酸、弱碱在溶液中部分电离，主要以分子形式存在，也以分子形式参加反应，电离方程式可以表示为：CH3COOHH++CH3COO-、NH3·H2ONH4++OH-。

[设计意图：本环节意在让学生了解弱酸、弱碱等物质溶于水后部分电离，主要以分子形式存在，为离子方程式的书写中弱酸、弱碱不拆写成化学式形式做铺垫。]

（三）探究离子反应发生的条件

师电解质在水溶液中会完全或部分电离成离子，以離子或分子的形式存在，那么它们在水溶液中是如何发生化学反应的呢？我们先来观察和测量NaOH溶液和盐酸的反应。

（教师演示实验：向20 mL滴有酚酞的0.1 mol/L的NaOH溶液中滴加20 mL 0.1 mol/L的盐酸。学生观察实验现象和电导率变化，电导率变化图线如图6。）

生溶液红色褪去;电导率下降到一半左右。

师从现象和电导率数据推断，在溶液中哪些离子发生了反应？用化学符号表示反应过程。

生（投影答案并讲解）根据电导率下降可知，离子浓度减少，有离子发生了反应;根据溶液红色褪去可知，氢氧根离子参加了反应。所以，反应过程为： H++OH-H2O。

师再来看看下面这个反应的现象和电导率变化。

（教师演示实验：向1 mol/L的CuSO4溶液中滴加1 mol/L的BaCl2溶液。学生观察实验现象和电导率变化。）

师我们可以看到生成了白色沉淀，而溶液依然呈蓝色，电导率保持不变。那么，原溶液中存在哪些离子？哪些离子发生了反应？用化学符号表示反应过程。

生（投影答案并讲解）根据有白色沉淀生成，可知硫酸根离子和钡离子生成了硫酸钡沉淀;根据溶液依然呈蓝色，可知铜离子仍在溶液中，没有发生反应。所以，反应过程可以表示为：Ba2++SO2-4BaSO4↓。

师再来看看Na2CO3溶液和硫酸溶液的反应。

（教师演示实验：向1 mol/L的Na2CO3溶液中滴加1 mol/L的硫酸溶液。學生观察实验现象和电导率变化。）

生有无色气体生成;溶液电导率下降到一半左右。

师原溶液中存在哪些离子？哪些离子发生了反应？用化学符号表示反应过程。

生2H++CO2-3CO2↑+H2O。

师上一节课，我们学习了物质的分类。同样，我们也可以对化学反应进行分类。初中时，我们学习了四大基本反应类型。在上面3个反应中，部分离子参加了反应，部分离子仍旧在溶液中，我们把有离子参加的化学反应称为离子反应。请大家根据刚才的反应现象和电导率变化，总结离子反应发生的条件。

生离子反应发生的一般条件是：生成沉淀、气体或水。

师离子反应是化学反应中的一类。今天，我们从另一个角度认识了化学反应。

[设计意图：本环节通过宏观的反应现象和微观的电导率数据相结合，探究离子反应发生的条件和离子反应的实质，然后运用离子反应方程式将反应的实质表示出来。再次引导学生体验“从现象到本质、从宏观到微观、从定性到定量”的认知过程以及“宏微符”结合。]

三、教学反思

本节课主要通过宏观现象和微观粒子变化的结合，引导学生探究电解质的电离和离子之间的反应，学习离子反应方程式的书写。其中，第一个环节结合溶液导电性实验现象（宏观）和NaCl、蔗糖溶于水时粒子变化（微观）的Flash动画，学习电解质电离。第二个环节通过强酸、强碱和弱酸、弱碱溶液导电性实验（宏观）与电导率测定（微观）两个角度，揭示不同电解质电离程度的不同。第三个环节通过三个实验探究离子反应的实质和离子反应的条件。其中，第一个实验通过酚酞红色褪去（宏观）和离子浓度减小引起电导率下降（微观），说明氢离子和氢氧根离子的反应;第二个实验通过有白色沉淀生成、溶液仍然呈蓝色（宏观）和电导率基本不变（微观），说明钡离子和硫酸根离子的反应;第三个实验通过有气体生成（宏观）和离子浓度减小引起电导率下降（微观），说明碳酸根离子和氢离子的反应。

通过宏观的实验现象、手持技术测定的微观的溶液电导率的变化和符号表示的反应方程式结合，帮助学生通过观察辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象，初步掌握物质及其变化的分类方法，从物质的微观层面理解其组成、结构及变化，并运用符号表征物质及其变化。整个学习过程，学生对离子反应的认识从现象到本质，从宏观到微观，从定性到定量，最后再用符号进行表示，契合学生的认知发展规律。“宏微符”结合是贯穿学生探究、合作交流和自我评价、相互评价整个学习过程的，从而逐步培养了学生的宏观辨识与微观探析以及科学探究的化学学科核心素养。

参考文献：

[1] 贾杰，杨新萍.宏微符三结合学习化学的理论思考[J].山西农业大学学报（社会科学版），2007（S1）.观摩随想