发展模型认知素养 渗透电性效应思想*——以高三一轮复习课“广义水解”教学为例

车 耀 钱 胜 吴 军 刘小玲

（1. 重庆市铜梁一中 重庆 铜梁 402560；2. 重庆市教育科学研究院 重庆 渝中 400000；3. 东北师范大学教育学部 吉林 长春 130024；4.重庆黔江新华中学 重庆 黔江 409099；5. 重庆市铜梁二中 重庆 铜梁 402560）

“模型认知”是研究化学和学习化学的重要方法，被纳入化学学科核心素养体系。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出［1］:教学中“通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。”在教学实施建议中明确指出，要利用模型提高教学质量和效率。仔细品味《课程标准》中相关论述的准确性和深刻性，相关论述理所当然地成为指导我们教学的重要依据，无可置疑地成为衡量我们教学质量的重要标准。

高中化学教学中，有许多思想的建立和运用，如氧化还原反应思想、强换弱的思想、平衡思想、守恒思想以及实验为主的思想等，唯独“电性效应”思想很容易被人遗忘。［2］本节课把“电性效应”思想渗透到化学反应的教学中去，让学生更有效地理解化学反应的本质，避免学生机械记忆，提高学生学习化学的效率。

一、课题内容及教学现状

1.水解知识的教学

在新授课阶段，水解知识分布在盐类的水解和有机物中卤代烃、酯类和糖类等物质水解这几个部分。几个部分之间的逻辑关系在教材上没有充分的体现；新课教学过程中，因为教学进度等原因，教师较少有意识地建立几者之间的联系，至于水解反应的本质原理分析则涉及更少。学生只能机械地记忆水解方程式，形成零散的知识碎片。

在一轮复习过程中，会围绕某些问题设计合适的微专题，将高中化学各部分的知识有机地联系在一起，让学生归纳和整理原有知识，使之条理化、结构化，培养学生的创新能力和知识迁移能力。高三一轮复习教学为水解原理的分析及水解模型的建构提供了机会。

2.“电性效应”思想的教学

“电性效应”是指反应物粒子之间在发生化学反应时，带异种电荷的两种粒子相互吸引，带同种电荷的两种粒子相互排斥。发生化学反应时一定是带相反电荷的两种粒子或是中性粒子之间或带电粒子与中性粒子之间结合，带相同电荷的两种粒子一定不会结合在一起。“电性效应”在化学反应中具有本质性和普遍性，有水参加的绝大多数反应都遵循“电性效应”思想。但是，在日常的教学中，教师往往就某个化学反应进行分析讲解，不能有效涉及“电性效应”的本质。［3］在中国知网和百度学术网上以“电性效应”和“化学教学”为关键词检索文献，只检索到三篇文献，［2-4］可见，一线教师对“电性效应”思想不够重视。

二、教学思想及创新点

1.广义水解及思想的渗透

学习既不是碎片化知识的简单积累，又不是某些“专家结论”的简单记忆，而是要将所学知识和经验纳入认知结构之中，促进学生知识结构化、网络化构建，最终目标是学生思维能力和行动能力的深度发展。广义水解可以理解为水与另一种化合物反应，该化合物分解为两部分，水中H（H+）结合其中一部分，而-OH（OH-）结合另一部分，得到两种或两种以上新的化合物的过程，我们把满足这些条件的化学反应都叫做水解反应，即从广义上讲，水解反应指水被（任何一种）化学物质分解的一切反应。［2-4］本节课的主要创新点是把高考中经常涉及到的有机化合物（如:卤代烃、酯类、糖类、蛋白质等）水解反应，无机化合物（如:盐类、金属氮化物、碳化物、非金属氯化物）水解反应等知识碎片融合成“广义水解”，形成更具统摄力、更具普遍性、解释功能更强大的学科概念；并把“电性效应”思想渗透到化学反应的教学之中，让学生理解化学反应的本质。

2.水解模型建立及应用思路

新课改重视开展“素养为本”的教学，要求引导学生开展分类与概括、模型与解释等具有学科特质的学习活动。学生之间通过协作分析最熟悉的FeCl3水解、乙酸乙酯水解反应，建立水解模型，利用模型解决相关的问题（见图1），帮助学生形成清晰的问题解决思路。

图1 “广义水解”设计思路

三、教学目标

依据课程标准的要求和对教材内容的分析，结合学生的实际情况，本节课以“化学反应中的水”为线索，设计如下教学目标:

1.通过对常见复分解反应的规律分析，初步树立化学反应中的“电性效应”思想。

2.通过对典型水解反应方程式的本质分析，运用电性效应思想，建立水解反应模型。

3.通过对相关高考题型的分析，感受水解模型在解决与水解有关的问题方面的价值，进一步提升模型认知的素养。

四、教学流程设计（见图2）

图2 教学流程设计

五、教学过程

1.环节一：问题导入

【教师】说到水，同学们很熟悉。与水有关的反应很多，其中最基本、最常见的反应大家会想到哪一类？

【学生】水解反应。（复习课不同于新课讲授，内容大多是学生学习过的已有知识，如何很好地引入，抓住学生的心是关键。本堂课以学生最熟悉的“水”引入，就是要让学生在印象上建立熟悉感、亲近感，拉近学生与教学的心理距离）

【教师】请同学们结合你们所学过的无机化学和有机化学知识，你学过的水解反应有哪些类型？

【小组汇报】

学生1 弱酸或弱碱形成的盐水解。

学生2 淀粉、纤维素能水解。

学生3 卤代烃、酯也能水解。

……

【播放PPT】根据学生的描述，展示水解反应的种类，引导学生将狭义的水解进入广义水解（见图3）。

图3 水解类别

【教师】同学们回答得很好，实际上能发生水解反应的物质，不仅仅是这些，还包括一些我们不熟悉的物质也可以发生水解，比如:非金属化合物、金属化合物，金属氢化物、氮化物、金属碳化物等。我们把这些水解反应统称为广义水解。本节课将结合我们已知的水解反应，将他们整合在一起，试着建立这类反应的基本模型，并运用模型解决相关问题。

【设计意图】问题导入的环节从学生最熟悉的水解入手，让学生在头脑中搜索与水解有关的反应，水解知识会像电影画面一样在学生的头脑中呈现，让学生迅速进入到学习状态。

2.环节二：模型建立

【提出问题】这些物质与水的反应有什么共同之处？

【教师】请观察，下列离子反应有何特点？

【播放PPT】呈现三个常见离子反应，观察离子间结合的规律（见图4）。

图4 电性效应

【教师】“正负相吸”的电性效应是这类反应的本质，使不同的电荷的粒子靠近，发生有效碰撞，从而稳定地结合在一起。

【教师】“阴阳结合”、“正负相吸”是化学反应的本质，这是化学反应最基本的原理。

【教师】请观察典型水解反应的特点

【播放PPT】分析氯化铁和乙酸乙酯的水解方程式的特点（见图5）。

图5 典型的水解反应

【教师】同学们，我们以大家最熟悉的两个水解反应为例，看一看它们的反应特点，能水解的盐存在阴阳离子，乙酸乙酯酯基中心C、O 原子根据电负性（同周期主族元素从左到右电负性增强）可以判断携带正、负电荷，水也能离解出阴、阳离子，同学们试试，借助电性效应构建你心中有关这类反应的水解模型。

【学生活动1】尝试借助电性效应构建这类反应的水解模型。

【学生展示】在草稿纸上书写出自己所认为的反应模型（见图6）。

图6 学生建立的“水解模型”

（学生能根据水解的方程式发现其中的规律，在表达的规范性上仍需要一定的引导）

【播放PPT】展示水解模型（见图7）

图7 水解模型

【教师】可以将化合物（包括水）离解成两部分，其中心原子分别带上正电荷和负电荷，甚至电离出阴阳离子，分别对应正价和负价，通过阴阳相吸结合成新的物质。接下来，请同学们以此模型为基础，分析以下各类物质是否满足该反应模型。

【设计意图】引导学生分析典型的水解反应，运用电性效应的知识分析其反应的特点。把时间留给学生，相信学生，在课程实践过程中有相当部分学生都能够粗略建立水解模型，但是在建立过程中注意引导学生观察盐类水解的特点。

3.环节三：模型应用

【学生活动2】已知下列物质能与水剧烈反应，学生在作业本上完成下列物质与水反应的化学方程式:

【学生展示】学生所写的水解方程式（见图8）。

图8 学生书写的“水解方程式”

（其中Al4C3的水解书写相对比较困难，需要引导学生理解CaC2与水的反应，并迁移应用。）

【播放PPT】呈现水解反应方程式和相关规律（见图9）。

图9 水解反应书写规律

【教师】对于金属化合物，可以从化合价入手，金属显正价带正电荷，非金属显负价带负电荷，与水反应分别生成对应的碱和氢化物，总结为:正得羟基（碱），负得氢（氢化物）。这类反应的特点是:化合价分别一一对应，均未发生变化，这也是书写此类方程式的重要突破口。接下来，我们再看下一组:

【学生】利用水解模型，完成非金属化合物与水反应的方程式（见图10）。

图10 学生书写水解方程式

（这一组书写的难点在BrCl 与水的反应，但正好可以利用这个反应原理给学生解释HClO的结构式的正确表达方式，同时也可以给学生解释含氧酸的结构，即为什么有的羟基形成酸而有的羟基形成碱。）

【教师】可以利用电负性大小确定物质中的正负化合价，根据模型写出相应的化学方程式，BrCl 又叫卤素互化物，根据刚才的模型，可以得出结论:正得羟基（酸）；负得氢（氢化物）。

【设计意图】模型应用环节，学生能否运用模型正确书写方程式，关键在于能否正确分析化合物中心原子所带的电荷。在实际教学中，学生完成金属化合物水解反应书写的正确率较高，也容易判断正负电荷（正负价）的情况，但对于非金属化合物的水解方程式的书写错误率较高，主要原因是对正负电荷（正负化合价）的判断，这部分知识需要学生理解并运用非金属性强弱（同周期或同主族，比如BrCl）去判断，或者通过非金属元素的电负性大小进行判断。

4.环节四：题型应用

【播放PPT】例1:高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料，工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下:

（3）有关物质的沸点数据如下表:

物质沸点/℃Si 2355 SiCl4 57.6 SiHCl3 31.8 SiH2Cl2 8.2 SiH3Cl-30.4 HCl-84.9 SiH4-111.9

SiHCl3极易水解，生成一种白色沉淀，同时有白雾产生，其完全水解的化学方程式为:_____________。

【教师】同学们体验一下广义水解在高考试题中的呈现方式。此题以高纯硅的制备工艺流程为背景，其中涉及到甲硅烷氯代物的相关信息，根据题设中给出的相关信息，请写出相关方程式。

【学生活动4】学生相互探讨，并上黑板书写方程式。

【教师】如何判断相关元素的化合价是关键，根据信息应该生成H2SiO3和HCl，里面的氢是怎样的存在，以SiH4为例，通过投影电负性表（见图11），学生可以判断H 为-1 价，根据模型可以判断还有一种生成物为H2。与此类似的还有一些含H-的化合物如NaH、NaAlH4、NaBH4等，其书写方法类似。

图11 电负性表

【设计意图】通过这道题型的演练，进一步明确水解反应的本质，即水解反应指水被（任何一种）化学物质分解的一切反应，［2］在前面的例子中涉及到的水解反应化合价均未发生变化，可能会给学生造成一个误会，只是两种异种电荷的粒子相互吸引形成新的物质。而在这几个例子中，由于H-的存在，其具有的强还原性与H+结合，价态归中生成H2，因此又将这个模型推广到了某些氧化还原反应中。

【播放PPT】

例2（2021·浙江卷）Cl2O是很好的氯化剂，实验室用如图装置（夹持仪器已省略）制备高纯Cl2O。已知:

①HgO+2Cl2=HgCl2+Cl2O，合适反应温度为18~25 ℃；副反应:2HgO+2Cl2=2HgCl2+O2。

②常压下，Cl2沸点-34.0 ℃，熔点-101.0 ℃；Cl2O沸点2.0 ℃，熔点-120.6 ℃。

③Cl2O易与水反应:Cl2O+H2O=2HClO。

请回答:

【小题1】①装置A 的作用是去除原料气中的少量水分，可用的试剂是___________________。

②将上图中装置组装完整，虚框D中应选用。

【教师】同学们再看这道高考题，易与水反应的物质若在实验题中出现，该怎么思考装置的设计和评价（利用模型简单介绍Cl2O与水反应的原理），对于Cl2O的制备，需要注意什么问题？

【学生活动5】学生思考并以小组为单位汇报结果。

【学生】防止与水反应。

【教师】对！同学们回答题目中的两个问题，并思考这类实验在设计时，你需要怎么综合去考虑问题？

【学生活动6】学生思考并以小组为单位汇报结果。

【学生】浓硫酸和a。

（在这个环节中，问题主要出在第二个空，部分同学选择了C，注意引导学生分析怎样防止后面装置与空气中的水进入反应装置。）

【教师】因为Cl2O易水解，如何防止水蒸气进入制备装置（B、C）是实验成败的关键，所以必须保证装置进口和出口均需要安装气体干燥装置，避免水蒸气的进入。

【设计意图】易与水反应的物质制备是高频考点。在这种题中，如何分析与评价装置和药品的作用是考查的重点，同时还可能会考查水解方程式的书写及相关反应的现象，不仅需掌握其反应原理，也要掌握其分析方法。

【播放PPT】例3:已知联氨（N2H4）可用作火箭推进剂，其电离类似NH3，属于二元弱碱（电离平衡常为K1、K2），常温下将盐酸滴加到N2H4的水溶液中，混合溶液中微粒的物质的量分数δ（X）随-lgc（OH-）变化的关系如图所示。下列叙述错误的是（ ）

C.N2H5Cl溶液中:c（H+）>c（OH-）

D.Kb1（N2H4）=10-6.0

【教师】前面的各种题都跟水解有一定的关系，这道题可以进一步拓展模型的运用。要求算A、B选项，要写出其电离方程式，告之N2H4电离方程式与NH3相似，同学们先写出NH3在水中的电离方程式。

【播放PPT】利用模型书写出的电离方程并进行分析（如下）。

【教师】可以利用模型对N2H4的电离过程进行表达，从而分别表达出二者的电离平衡常数，再利用分布曲线两个交点对应的pOH，得出K1和K2的数据，再观察A 选项的平衡常数表达式，只需将K1和K2相比，得出常数，取负对数后等于9。所以D 正确，A 错误，选择A。

【设计意图】本题型运用水解模型解题，实质已超越了水解，但模型仍然成立，模型还有进一步拓展运用的空间，本题的设计目的也是想将模型应用由定性分析上升到定量分析的层面，去解决更为复杂的问题。

【课堂小结】播放PPT（见图12）。

图12 课程小结

【教师】同学们，本节课从微观的视角出发建构水解反应的模型，并运用模型判断化学反应的产物、书写化学方程式，其关键在于利用元素的电负性确定相关元素的化合价。本节课到此结束，谢谢大家！

六、教学效果与反思

课后对一些学生进行了访谈，话题主要是“本堂课你印象最深的地方是什么”“本节课你感觉哪些能力有所提升”等。［5］学生反馈的结果一是认为构建水解模型有助于形成清晰的问题解决思路，切实提高了解决问题的能力；二是认为“电性效应”思想的学习有利于理解化学反应的本质。

笔者在不同层次的班进行了教学体验，从课程的引入开始，学生总结常见的与水反应的方程式就会有比较大的差异，体现出基础知识的掌握程度不同，也直接会影响到后面知识的呈现方式。面对不同的学生群体，本节课都是同一个思路:引导学生分析有水参与的化学反应的特点——建立模型——应用模型。从学生的现场表现来看，课堂不能只有一种呈现形式，针对不同层次的学生，需要老师的应变，在实践中还需要根据学生反馈的情况适时调整教学计划，从而更好地为学生终身发展服务。