基于证据推理的“电离平衡”的课堂教学

熊艳丽

【摘要】培养学生的证据推理是高中化学的核心素养之一，本文以新课标为指导，以离子反应课堂教学为例，结合作者自身多年的教学经验，阐述了基于证据推理的电离平衡第一课时的教学观点。重点从形成电离平衡概念的过程中，如何通过证据推理来进行教学分析，构建教学思路、教学设计，进行教学总结与反思。

【关键词】强弱电解质  电离平衡  电离程度  证据推理  教学设计

【中图分类号】G633.8  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）20-0103-02

一、高中化学学科的核心素养

自从《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“课标”）颁布以来[1]，发展核心素养体系就成为新时代中学教育最热门的研究课题。高中化学的课堂教学中，证据推理能力是思维能力中的关键部分之一，在发展学生核心素养的教育理念下，教学中要特别注重对学生的证据推理能力的培养，让学生知道化学是讲理的学科。通过观察和辨别特定条件下物质发生的形态变化和宏观现象，预测和推理物质在该条件下发生的微观结构的变化，理解其微观组成，能将抽象的微观现象转化成可见的宏观现象，再从宏观现象推理到物质的微观层面的变化。这样才可以更好地提高学生的学习能力，发展学生化学学科核心素养。

二、课堂教学的环节模拟

在此以高中化学电离平衡的第一课时为例，模拟课堂教学过程，对如何构建和提高学生的证据推理能力进行说明。

（一）教学环节一：建立强弱电解质的概念

强电解质是在水溶液中能够全部电离的电解质，弱电解质是在水溶液中部分电离的电解质。判断标准是基于电解质的电离程度是全部电离，还是部分电离。用怎样的证据让学生很清楚地判断“全部”和“部分”电离？在化学学习中提供证据最好的方式是实验，基于宏观实验现象进行分析，提取证据，最后推理得出物质的微观变化，构建相应的思维导图。

在生活中我们常用洁厕灵除去污垢，而洁厕灵的主要成分是盐酸，为什么不用醋酸溶液代替盐酸？除污垢的本质原理是利用酸溶液中的氢离子，当氢离子浓度越高时，去除污垢的效果越好。

问题1：盐酸、醋酸在水中的电离程度一样吗？

电离行为是微观的过程，我们可引导学生分析，将微观过程转换成宏观过程和肉眼可观测到的现象，营造探究氛围，鼓励学生基于证据进行推论。如电解质在水中电离程度大小可通过离子浓度的大小而体现出来，而离子浓度的大小可通过在相同条件下检测不同电解质溶液的导电能力大小而显现（在此向学生介绍一种水质检测笔，已知相同温度下水质检测笔的读数越大，溶液的导电能力就越强）。除此之外也可通过显现的氢离子浓度大小而体现[介绍溶液PH测定方法，资料显示：PH=-lgc（H+）]。或者也可通过完全相同的盐酸和醋酸与完全相同的镁反应来体现。

提供证据①：水质检测笔读数：0.1mol.L-1;盐酸读数：7181、0.1mol.L-1;醋酸读数：187;蒸馏水读数：2。推理：相同浓度的盐酸和醋酸溶液，盐酸溶液中的离子浓度大于醋酸溶液中的离子浓度，产生差异的原因排除水的电离，因为水质检测笔检测蒸馏水的读数为2，说明水的电离很弱。结论：同浓度的盐酸溶液和醋酸溶液，电离程度是盐酸溶液大于醋酸溶液。

提供证据②：用同浓度的盐酸溶液和醋酸溶液分别与镁反应，观察产生气泡的快慢。推理：镁片上产生气泡较多的溶液中氢离子浓度较高（忽略温度变化的影响）。结论：相同浓度的盐酸溶液比醋酸溶液的电离程度更大。通过以上证据推理只能证明相同浓度的盐酸和醋酸溶液，盐酸溶液电离程度远大于醋酸溶液的电离程度，但不能证明盐酸溶液中HCl分子是否完全电离。

问题2：盐酸溶液中是否存在HCl分子？

老师鼓励学生在课堂上积极讨论，通过设置相关的问题，引导如何学生思考、如何提供证据，课堂上调动学生积极互动，引导学生提出各种方案，营造相应的探究氛围，鼓励学生通过对宏观证据的分析进行相应微观过程的推理。

提供证据③：用PH计测出0.1mol.L-1的盐酸溶液的PH值为1，换算成氢离子浓度为0.1mol.L-1;用PH计测出0.1mol.L-1的醋酸溶液的PH值约为3，换算成氢离子浓度约为0.001mol.L-1。推理：0.1mol.L-1盐酸溶液中电离出氢离子为0.1mol.L-1，说明HCl全部电离，而0.1mol.L-1醋酸溶液中电离的醋酸分子大约为1%，说明醋酸分子只有部分电离且电离的程度很弱。结论：醋酸溶液中存在CH3COOH—CH3COO-+H+这样的电离过程。这样在很清晰的证据下，学生自主地推理分析出HCl分子在水中全部电离，CH3COOH分子在水中只部分电离。这样便可以很自然地构建出强弱电解质的概念，建立模型意识，不断提高學习能力，为以后更深入的探究打下基础。

（二）教学环节二：弱电解质的电离平衡

很多老师在教学中证实CH3COOH分子在水中只有部分电离后，就直接得出结论：醋酸分子在水中只有部分电离，还有醋酸分子的存在，即醋酸溶液中存在电离平衡。这样得出的结论显然不足以论证观点，这只能说明醋酸分子中存在电离过程，而CH3COO-+H+—CH3COOH的结合过程是否存在还需进一步证实。

所以，若要培养学生的化学科核心素养，就必须提高学生对化学学科的学习能力，培养学生的逻辑思维能力，引导学生深入理解电离平衡的概念。

问题3：醋酸溶液中是否存在CH3COOH？葑CH3COO-+H+这样的可逆过程？

前面的分析已经证明醋酸溶液中存在醋酸分子的电离，我们还需要进一步证明CH3COO-和H+是否能结合成醋酸分子。那么如何引导学生进一步证明此过程的存在？在分析怎样找证据来解决问题的过程中，学生也学会了如何有理有据的分析问题。对学生多方引导，诱导学生自发寻找化学规律，通过化学实验来锻炼学生的逻辑推理能力。

要证明醋酸溶液中存在H+与CH3COO-结合成醋酸分子的过程，我们可以加入一种能产生CH3COO-的物质到溶液中，若H+与CH3COO-结合成醋酸分子，氢离子浓度就要相应减小，通过检测加入该物质前后氢离子浓度的变化，就可以来推导醋酸分子结合过程的存在与否。但过程中，需控制醋酸溶液的体积在加入该物质后不变，保证氢离子浓度不因溶液体积的变化而变小，加入的物质本身是溶于水，且水溶液为中性的固体。学生能自主分析到此处，并询问老师是否存在这样的物质？老师提供信息：醋酸铵溶液成中性。

提供证据④：向PH值等于1的醋酸溶液中加入醋酸铵固体，測得加入醋酸铵固体后的溶液的PH值升高了，即氢离子浓度减小了。推理：氢离子浓度减小说明氢离子被消耗了，氢离子与氨根离子不反应，那么氢离子只能与CH3COO- 结合成醋酸分子。结论：醋酸溶液中既存在醋酸分子的电离又存在醋酸分子的形成，即醋酸溶液中存在着CH3COOH？葑CH3COO-+H+可逆过程，此可逆过程在一定条件下会自发达到一个平衡状态，即电离平衡。

弱电解质在水溶液中的离子行为在以上几点推理下就有了清晰的证明过程，而不是模糊地、勉强地认为弱电解质存在电离平衡。通过化学实验培养学生的化学思维能力，逐步引导学生建立科学的探索体系，激发学生对于证据的探索兴趣，在实验过程中多方位引导，教会学生寻找化学规律，使学生加深对较难化学知识全方位的理解。

（三）教学环节三：电离平衡特点及影响因素

在建立起弱电解质的电离平衡，引导学生将电离平衡放入到化学平衡的大概念的体系中去。学生在化学平衡体系的大概念模型下，再来认识电离平衡就容易了。在探究外在条件对平衡移动的影响时，学生主动地就会去寻找证据来推理问题，将抽象的知识系统化。

问题4：将醋酸溶液温度升高，加水稀释，加入少量冰醋酸后的电离平衡怎样移动？

引导学生不仅能从定性角度分析电离平衡的移动，更能将电离平衡常数与QC的大小进行比较，从而找出更充分的证据来判断平衡移动的方向，利用相关化学模型来解释相关的实验现象，通过实验现象鼓励学生探究，培养学生对于化学模型的运用能力，提高化学学科的核心素养。