基于证据的概念构建

徐守兵

关键词：离子反应;离子方程式;概念

离子方程式作为一种重要的化学语言，其书写规则早已形成了一种经典的模式，一般有“四步法”和“三步法”两种书写方法。相应地，教师们也常把教学设计的重心放在为如何将一种基础化学语言（化学方程式或电离方程式）依据一定规则转换成另一种高级化学语言（离子方程式）。这种教学方法的优点是可以使学生在短时间掌握一般离子方程式的书写技能，不足是不少学生并不能真正理解离子反应的概念，学习过程中微粒观等化学观念提升也很少。如今，面向开展以“素养为本”的新课程教学，更多的教师认识到离子反应等概念教学必须超越知识和技能，涵盖更有深度的、可迁移性的理解，它应该是师生通过实验观察获取证据再结合逻辑推理“协同思考”中构建起来的。笔者发现，教学中多让学生从宏观实验现象出发，再从微观角度探析离子反应的过程，结合定量的证据推理，进而写出富有动态反应过程的离子反应方程式，可以较好地落实化學教学中培养学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理和模型认知”等关键学科能力的要求。

一、究竟是谁发生了反应

从宏观视角写出常见酸、碱、盐之间发生反应的化学方程式并不困难，教师在教学中有意识地引领学生通过对宏观现象的观察，真切体验微观反应的过程，是从微观视角写出离子方程式的关键。教学可从一个个学生熟悉的实验再观察和深入讨论逐渐展开。

实验1：展示硫酸铜溶液、氯化钡溶液，并将2mL0.1mol/L硫酸铜溶液和2mL 0.1mol/L氯化钡溶液混合。

[教师]硫酸铜溶液中有哪些粒子？

[学生]硫酸根离子、铜离子、水分子。

[教师]溶液中铜离子分布均匀吗？依据是什么？

[学生]均匀，整个溶液中蓝色深浅一样。

[教师]溶液中硫酸根离子分布均匀吗？依据是什么？

[学生]也均匀，溶液处处显电中性，带正电荷的铜离子分布均匀，带负电荷的硫酸根分布自然也是均匀的。

[教师]大家可以想象出氯化钡溶液中自由移动的氯离子、钡离子吧？

[学生]不难想象。

[教师]两种溶液混合后发生化学反应了吗？依据是什么？

[学生]发生反应了，因为观察到有白色沉淀产生，它是新物质硫酸钡。

[教师]反应前后铜离子存在状态有无实质性变化？

[学生]反应后上层溶液仍显蓝色，与反应前相似，说明反应前后铜离子都是自由移动的，无实质性变化。

[教师]可以理解成铜离子并没有真正参与化学反应吗？

[学生]赞同。通过测量溶液的导电性进行间接表征。

[实验]

[实验操作]如图1，向烧杯中加入一定量的Ba（OH）2溶液，滴加几滴酚酞试液，再向烧杯中逐滴滴加稀H2S04溶液，搅拌，观察溶液中的现象和小灯泡亮度的变化。

[实验现象]反应体系中出现白色沉淀，灯泡逐渐变暗直至完全熄灭，又过一段时间后酚酞褪色，再继续滴加硫酸，再经一段时间后灯泡又逐渐亮起。

[实验解释]边分析实验，边画出示意图（如图2）

[投影]溶液导电能力变化示意图

[创设问题情境]灯泡熄灭是否表征分散系不导电？

[学生]不一定，灯泡熄灭后一段时间，酚酞仍显红色，说明溶液中仍存在自由移动的OH-。此时导电性较弱，灯泡不亮了。

[教师]实验现象能否较好帮我们判断哪个离子方程式更合理？

[学生]可以想象补全灯炮熄灭到重新亮起这一段时间的导电性变化趋势，但可能性并不唯一，所以并不能确定说明哪个更合理。

[学生]要是有更灵敏的检测手段测量分散系的导电性，就更好说明了。

[教师]介绍一种更灵敏的检测分散系中离子浓度的电导率仪。

[探究]如图3，向烧杯中加入15mL约0.01mol/LBa（OH）2溶液，滴加几滴酚酞试液。再向烧杯中逐滴滴加约0.1mol/L H2S04溶液，搅拌，观察烧杯溶液中的现象和投影仪上溶液电导率的变化。

[实验现象]溶液中出现白色沉淀，电导率逐渐减小，当溶液红色完全褪去的瞬间，电导率恰好达到最小，继续滴加硫酸，电导率又逐渐变大（如图4）。

[分析]电导率达到最底点时酚酞恰好褪色毫无争辩地说明体系中Ba2+s0}=BaS0、H++OH-=H20反应具有精确的化学计量关系，结合H2S04、Ba（OH）。电离产生离子之间的计量关系，应当是②Ba2+20H-+2H+S024-=BaS04 +2H20最合理。

本教学片断中的两个实验均非教材实验，图1实验是我校早年研制的导电性测定实验，实验中灯炮熄灭和酚酞褪色有一定的时问错位，但结合基本的物理学知识和微观想象，学生初步得出两组离子反应之间的协同性。图2实验是笔者新近开发的数字化升级版实验，实验的创新点是使用了合适的数字化实验手段，实验的突破点是经过多次试验找到了合适的试剂浓度，实验的成功点是电导率的突变和酚酞褪色的时间恰好一致，实验的可靠性是已经过我们的教学实践检验，教学的效果是学生们看到溶液的电导率发生突变时酚酞恰好褪色都会发生一片欢呼。

三、离子反应的有序性

在真实的化学世界中，物质往往是不纯净的，反应的可能性往往也是多样的，如变质的亚硫酸和氢氧化钠的反应、变质的氢氧化钠和硫酸的反应、氯化钠和碘化钠的混合液与硝酸银的反应等，揭示这些复杂体系离子反应的多样性和有序性，有助于离子反应系统化知识的建立，有助于理解自然界变化的复杂性和简约性。以混合碱和盐酸的反应为例进行教学分析。

问题情境是从一组对比实验现象差异性的分析导入的，教师分别向碳酸氢钠溶液和碳酸钠溶液中滴加稀盐酸，前者立即产生了大量的气泡，后者刚开始无明显现象，一段时间后开始产生气泡。教师有意设计的差异性对比实验自然激起学生的疑问，碳酸钠溶液中滴加稀盐酸，产生的气泡自然是二氧化碳，问题是刚开始一段时间没有气泡产生发生了什么反应？在学生们讨论问题的过程中，教师趁势抛出一个问题，如何“看见”开始时溶液中的反应？联系到碳酸钠的俗名，学生们容易想到滴加酚酞试液给溶液染色。教师又分别向碳酸氢钠溶液、碳酸钠溶液中滴加了酚酞，然后做了类似的对比实验，这次学生们观察到向滴有酚酞的碳酸钠溶液中滴加稀盐酸时，刚开始滴加时溶液的红色无明显变化，溶液中也无明显的气泡，一段时间后溶液的颜色逐渐变浅，颜色和碳酸氢钠中相似时开始明显产生气泡。宏观实验现象之间的联系，使学生们在想象中“看见”碳酸钠和稀盐酸微观反应的历程：①CO2+H+=Hco3②HCO-+H+=H20+C02 ，再经过理性的思考，学生对CO2、HCO;与H+结合力的大小也不难判断，实际上也正是CO2与H+更大的结合力，才使得反应开始后，溶液中虽然同时存在CO2-、HCO;，但H+还是主要和CO2一结合成HCO3。接下来，当教师提出向碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液中滴加稀盐酸反应的有序性问题时，学生们稍加思考便能作出正确回应。

在随后学习的氢氧化钠和碳酸钠混合液与盐酸反应的过程中，学生们想再次利用酚酞扮演宏观和微观的桥梁角色，实验的现象与向滴有酚酞的碳酸钠溶液中滴加稀盐酸是相似的，因此分析微观离子反应的有序性是比较困难的。在教师的提议下，同学们在实验过程中进一步引入了定量控制，向20mL含0.1mol/L NaOH溶液及0.1mol/L Na2C03溶液混合液的锥形瓶中滴加2～3滴酚酞，磁力搅拌器适当速率搅拌，用酸式滴定管滴加0.1mol/L HCl溶液，观察到较长时间内溶液的红色无明显变化，也无气泡产生，当溶液红色几乎褪去时，开始明显产生气泡，记录此时消耗盐酸的体积V1，继续滴加盐酸至溶液中无明显气泡产生时，记录又消耗的盐酸的体积V2，学生们发现V1显著大于V2，其比值约等于2。上述实验中定量手段的引入，有助于引导学生实验观察从感性认识走向理性探究，为学生想象微观离子反应的历程提供了进一步的实验依据。V1>V2，一方面说明CO}得H+是分步进行的，同时也说明OH-得H+先于C02学生们经过讨论最终达成共识，稀盐酸和混合碱反应的过程应当分为3步，离子反应依次为①H+OH-=H20，②CO2+H+=HCO3，③Hc0+H+=H20+C02。

心理学上认为，概念是人脑对客观事物本质的反映，概念是思维活动的结果和产物，同时又是思维活动借以进行的单元。可见，化学概念既是化学学科的基本要素，又是化学思维的基本单位，这就要求化学概念的学习和教学，不能只是聚焦于实验事实和技能，更不能连实验都不做或只是口头描述，简单地将化学概念教学处理成“一个定义，几个注意点”，并认为可以通过大量习题的训练而达成对化学概念的深刻理解。化学概念的教学要以形成学生的化学核心观念为本，教学安排一般要从能够为概念构建提供证据的实验观察开始，教师适时提出一些事实性问题引发学生的观察和思考，讨论中教师要有意识地将基于事实层面的思考与概念层面的思考有机结合起来，通过协同思考，促进学生获得对概念的深层次的理解，从而能将思考迁移到其它陌生的新情境中去，整个教学中教师要多用引导式教学，多鼓励学生独立探索并构建意义。

使学生掌握精确的学科概念，是课堂教学成功与否的一个重要标志。