以微型实验为载体的化学史教学

李英

化学学科核心素养是经过化学课程学习所形成和发展的正确态度价值观、关键能力和必备品格。化学课程的学习内容和学习活动是化学核心素养的主要载体。本文基于对学生化学学科核心素养的培养，进行的《化学反应速率》教学设计。

一、教学内容

化学反应速率是苏教版化学必修2专题2第一单元的内容，是化学反应原理知识，是中学化学的重要理论之一，属于化学动力学范畴，有非常重要的理论意义和实践意义。

二、学情分析

学生通过对生活经验对反应进行的快慢有初步的认识，初中化学学习中，对于利用二氧化锰能加快双氧水制氧气有了初步认识。学生具有一定的观察、分析、质疑和表达能力，初步具备简单的实验方案的设计能力，能够合作完成实验探究，但探究能力、操作能力和评价能力需进一步加强。

三、教学目标

依据学生的最近发展区和《普通高中化学课程标准》设定如下教学目标：通过工业合成氨的发展史了解到化学反应有快慢之分，感受化学反应的快慢;定性分析与定量计算相结合，了解化学反应快慢的表示方法;通过对能斯特和哈伯合成氨工业条件的对比启发，探究影响化学反应速率的因素，认识到化学中的变化观念;通过催化剂、温度、压强的选择，了解到工业生产中要综合各方面因素，整体调控的思维基点，培养学生“实验探究与创新意识”、“证据推理与模型认知”的学科素养;通过引导学生将理论应用于解决实际工业问题，认识调控化学反应速率在工业生产生活中的作用，培养学生“科学态度与社会责任感”的学科素养。

四、设计思路

本节课以工业合成氨的化学史为背景，以实验室制氧气为载体，充分调动学生的探究热情，激发学生的兴奋点，完成微型化学实验方案的设计和探究，最终回归到生活中，引导学生将所学理论应用于解决实际问题，认识调控化学反应速率在工业生产、社会生活中的作用，培养科学态度与社会责任感。

五、教学过程

（一）真实情境

我国是农业大国，离不开化肥，氨气是铵态氮肥的基础，哈伯正是探究了合成氨的最佳反应条件，获得了诺贝尔化学奖。

设计意图：联系实际创设真实情境，充分激发学生的学习兴趣，利用哈伯探寻到反应最佳条件，获得诺贝尔化学奖，形成学生思维冲突，使学生对反应的认识自然過渡到动力学角度。

（二）建构概念

师：合成氨反应具体慢到什么程度，化学上可以用化学反应速率来衡量。对于具体的化学反应（Zn和稀盐酸反应），你如何判断反应快慢？

师：如果要定量计算呢？气体看体积，固体看质量，发现气体看质量不方便，固体看体积也不合适。八年级物理告诉我们：要测量一个物理量，首先要确定它的单位，化学反应速率的单位是mol·（L·min）-1或mol·（L·s）-1，你能由此推出它的表达式和定义吗？

师：我们可以分为反应物和生成物两个角度描述：单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。

师：我国的合成氨工业发展迅速，目前已是世界上产量最高的国家，请你来算一算它的反应速率（例题计算）

师：应用化学反应速率时，一定要指明物质的种类，速率是标量，没有方向，取正值。

设计意图：充分考虑学生的已有知识，尊重学情，考虑学生的最近发展区，让学生自主完成构建概念。学生在生活中很容易判断运动的快慢，从学生熟悉的实验引入，从宏观现象的描述具体到某种物质变化速率的定量描述，定性分析与定量计算相结合，在学生的探究中形成概念，加深对概念的理解，培养学生推理能力。

（三）探究规律

师：合成氨工业史上，里程碑式的人物除了哈伯，还有能斯特，他们都做了大量实验，寻找最佳反应条件。

对比两人的反应条件，不难发现，他们都不约而同的选择了升高温度，增大压强，使用催化剂，只是在具体细节上不同。我们来看看，哈伯在能斯特的基础上做了哪些改变？

生：后面的催化剂催化效果可能更好，压强越大，反应越快

师：探究点一：不同催化剂对反应的催化效果

你如何判断该反应的快慢？

生：看产生气泡的快慢。

师：选择你的试剂设计实验方案：5%（1号滴管）和12%（2号滴管）的H2O2，FeCl3溶液、MnO2，热水，冷水。

生：2号滴管，二氧化锰，氯化铁溶液。12%的双氧水中分别滴加二氧化锰和氯化铁溶液，看产生气泡的快慢。

师：哈伯之所以调低了反应温度，主要是为了使催化剂在550℃催化效果更好。温度对化学反应速率又有怎样的影响呢？请你来选择合适的试剂，设计实验方案。

生：2号滴管，热水，冷水

生：现象不明显

师：怎么补救？

生：加点催化剂进去

师：选哪种催化剂呢？

生：氯化铁溶液，加二氧化锰，反应太快，不利于观察。

师：我发现大家都不约而同的选择了12%的双氧水，为什么不选5%的双氧水？

生：浓度大，反应现象更加明显，可以选择5%的双氧水和二氧化锰做对比试验。

生：都比较剧烈，无法区分判断

师：引用数字化实验（氧气传感器），氧气传感器是用来测定氧气百分含量，并转换成信号输入电脑。如何利用氧气传感器判断反应快慢？

生：相同时间内生成氧气越多，反应越快，越少，反应越慢。

师：展示实验室测得10mL12%的双氧水与1g二氧化锰接触时截取的30s的反应情况，横坐标为反应时间，纵坐标为氧气的百分含量。

课堂实验测10mL5%的双氧水与1g二氧化锰接触时的反应情况。

师：能生成氨气的化学反应并不只有这一个，实验室制氨气选择的是氢氧化钙和氯化铵反应，由于反应物性质不同，这个反应比较快，那为何工业上不选这个反应？

师：工业上需要考虑的因素很多，除了速率，还有经济成本，设备等。从哈伯明显增大压强，氨气产量大幅度提升，说明增大压强，能加快反应速率，但能无限增大吗？

设计意图：

运用控制变量法研究化学反应的影响因素，使学生了解控制变量法在化学中的意义，体会科学探究的相关思路。学生通过实验发现相同反应物在不同条件下的反应速率不同，认识到化学中的变化观念，进一步强化化学反应速率的影响因素;通过催化剂、温度、压强的选择，了解到工业生产中要综合各方面因素，整体调控的思维基点，培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。

（四）拓展提升

师：影响化学反应速率的因素很多，受条件的限制，课堂上不能一一探究，还有很多其他因素，例如光电波、接触面积等。反应物本身的性质，我们无法改变，称为内因，能改变调控的称为外因。为了增强对比实验的可信度，大家的实验都是在控制单一变量的基础上进行的，然而在实际的反应中，这些因素对化学反应速率的影响是综合的，融合在一起的。

设计意图：通过引导学生将所学理论应用于解决实际工业问题，认识调控化学反应速率在工业生产、社会生活中的作用，培养学生“科学态度与社会责任感”的学科素养。

（江苏省溧阳中学，江苏 常州 213300）