定性走向定量 理論付諸實踐——“酸堿中和滴定”教學設計

鄒晨光

（江蘇省石莊高級中學 江蘇 如皋 226531）

一、教材分析和設計思路

酸堿中和滴定操作簡便、快捷、精確度高，具有很大的實用價值，在生產(chǎn)生活和科學研究中應用廣泛。 是《化學反應原理》（選修四）模塊中的重要內(nèi)容，與必修模塊中的“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”和選修模塊的“中和反應反應熱的測定” 等實驗一起承載著課程標準中“體會定量研究的方法對研究和學習化學的作用” 的功能。 三種現(xiàn)行的不同版本的教材對其編排有所不同：人教版將其安排在第三章中 “水的電離和溶液的酸堿性”這一節(jié)，作為pH 的一個重要應用；蘇教版則在專題3 的第二單元中單獨設立欄目介紹酸堿中和滴定，著眼于研究測定和控制溶液的酸堿性在實踐中的應用；魯教版則將這部分內(nèi)容安排在第三章第四節(jié)“離子反應”之中。 不同的編排次序， 顯示了教材編寫者不同的思路和意圖，但仔細研究可以發(fā)現(xiàn)一些共同之處，編寫者不約而同地將其設置在實用的背景之下， 讓學生感受到知識的價值，且都安排了“活動與探究”環(huán)節(jié)，以凸顯化學學科特點，發(fā)揮定量實驗的教育功能。

定性分析到定量研究是人類認識上的一大飛躍，從模糊到清晰、從表象到本質(zhì)。 定量實驗的核心要求是高精確度，而提高酸堿中和滴定實驗中精確度的關鍵有兩點：準確測量所需溶液的體積，準確判斷滴定的終點，前者需要精確的儀器和規(guī)范的操作。 滴定管是一種具有精確刻度、內(nèi)徑均勻的細長玻璃管，取液方便，用它代替量筒，學生容易接受，而規(guī)范操作可在實踐中慢慢培養(yǎng)。 但對于通常沒有外觀變化的中和反應， 如何判斷滴定終點，對學生來說是個難點。

本節(jié)課設計了三個環(huán)節(jié)。 第一個環(huán)節(jié)是定性分析，貼近學生實際，便于自主研習。 既揭示研究課題，復習舊知，又為下一環(huán)節(jié)創(chuàng)設情景，留下伏筆；第二個環(huán)節(jié)是定量研究，引導學生通過觀察實驗、記錄數(shù)據(jù)、繪制圖像等方式發(fā)現(xiàn)酸堿中和過程中pH 變化規(guī)律及表征滴定終點的方法，直觀與抽象結合、定性與定量對比，層層遞進，將學生的思維漸漸引入新的高度；第三個環(huán)節(jié)將理論付諸實踐，以測定未知鹽酸的濃度為任務驅(qū)動，教師提供儀器和藥品，學生分組討論交流，形成實驗方案，最后小組協(xié)作完成實驗。 整個過程關注學生的主動參與，在實驗過程中感悟和提升，培養(yǎng)合作精神和反思意識。

二、教學目標

（1）認識酸堿中和滴定的原理，知道酸堿中和過程中pH 突變的存在，能繪制簡單的pH 變化曲線，初步學會使用滴定管。 （知識與技能）

（2）通過用已知濃度的NaOH 溶液測定未知鹽酸的濃度的實踐活動，提高實驗設計和反思的能力。 （過程與方法）

（3） 通過分析酸堿中和過程中pH 的變化規(guī)律，感受定量研究的重要性。 （過程與方法）

（4） 能進一步感受到定量實驗的嚴謹之美和化學的實用價值，能在思考分析過程中傾聽他人意見，相互啟發(fā)，體會合作交流的重要性。 （情感態(tài)度與價值觀）

三、教學過程與評析

1．定性認識酸堿中和過程中pH 的變化

創(chuàng)設情景：室溫下，向裝有20．00mL、0．100mol·L－1稀HCl 的 錐 形 瓶 中 逐 滴 加 入0．100mol·L－1NaOH 溶 液30．00mL。

提問： 描述整個過程中溶液的pH 如何變化？ 以NaOH 溶液的體積為橫坐標，pH 為縱坐標，畫出pH 變化的圖像（標出起點和終點坐標，已知lg5＝0．7）。

交流： 學生展示的圖像均能體現(xiàn)溶液的pH 由小變大的趨勢，起點坐標為（0，1），終點坐標為（30．00，12．3）但細節(jié)上卻不盡相同，如圖1。

過渡：圖像的正確性教師暫不做評價，請學生先看下面的問題。

投影：常見的酸堿指示劑主要有三種，它們的顏色變化是在一定pH 范圍內(nèi)發(fā)生的，變色范圍如下表：

圖1

?

提問：在上述實驗中，如果預先在稀鹽酸中分別加入2－3 滴以上指示劑，實驗過程中可能會有哪些顏色變化？

交流：甲基橙 紅色——橙色——黃色

石 蕊 紅色——紫色——藍色

酚 酞 無色——粉紅色——紅色評析：本段教學立足于學生的已有經(jīng)驗，以一個非常簡單的實驗問題為先行組織者，提示學生用圖像研究變化過程。 當學生展示的答案有爭議時，教師并沒有急于公布正確答案，而是留下懸念，為下一步的探究預留可對比的素材；接著介紹酸堿指示劑，引導學生用直觀形象的方式說明溶液酸堿性的變化，使學生從不同的角度思考問題，同時為中和滴定實驗中指示劑的選擇留下伏筆。

2．定量探究酸堿中和過程中pH 的變化

過渡：測定溶液pH 的方法很多，可以用pH 試紙測量，也可以用一種叫pH 計（也叫酸度計）的儀器來測量，根據(jù)不同精確度要求可以選擇不同的測量方法。

投影：pH 計及使用說明。

演示實驗： 用pH 計定量測定酸堿中和過程中pH的變化。

用酸式滴定管準確量取20．00mL0．100mol·L－1稀HCl，注入錐形瓶中，在堿式滴定管中裝入0．100mol·L－1NaOH 溶液。 每加入5－10mL 堿液，用pH 計測量和記錄一次溶液的pH，終點附近，測試和記錄的間隔變小，每加一滴測一次，一滴大約為0．04mL。

展示：記錄的數(shù)據(jù)如下表：

?

提問：按照上表數(shù)據(jù)，請以NaOH 溶液的體積為橫坐標，pH 為縱坐標，重新畫出pH 值變化的圖像。 與對比第一次畫出的圖像有何區(qū)別。

交流：學生展示的圖像如圖2：

圖2

酸堿中和過程中溶液pH 的變化并不是均勻的，剛開始變化比較小，終點附近pH 發(fā)生了突然變化，堿過量以后，pH 增大得也較慢。 （學生）

追問：從實驗可以看出，很少量（0．04mL，約一滴）的堿就會引起溶液pH 的突變，從4．00 變化為10．30。 請思考pH 突變能否用來判斷中和反應的終點？

交流：可以的。

再問：能否設計一個簡單的實驗（可以觀察到明顯的現(xiàn)象）來幫助我們判斷加入的堿液正好與20．00mL 的稀鹽酸完全反應。

提示：實驗允許的誤差范圍一般為±0．1%，對本實驗而言，即一滴或半滴的問題。

交流：

（1）將指示劑的變色范圍標在pH－V（NaOH）曲線上，指示劑的變色范圍正好在pH 的突變范圍內(nèi)。

（2）指示劑的變色范圍很窄（甲基橙1．3、石蕊3、酚酞2），對溶液的酸堿性變化很靈敏，終點附近少量的酸或堿就會引起指示劑的突然變色。 （學生）

（3）預先在稀鹽酸中加入幾滴甲基橙，當觀察到紅色恰好變成橙色即可。

預先在稀鹽酸中加入幾滴石蕊，當觀察到紅色恰好變成紫色即可。

預先在稀鹽酸中加入幾滴酚酞，當觀察到無色恰好變成粉紅色即可。 （學生）

補充實驗：向滴有石蕊試劑的稀鹽酸中加入氫氧化鈉溶液（讓學生親自感受到紅紫藍三色變化不明顯這一事實）。

小結：在強酸和強堿反應時，通常可以選用甲基橙或酚酞試液來幫助我們判斷反應的終點。

引申：如果上述實驗反過來進行，向NaOH 溶液中逐漸加入稀鹽酸， 所得到中和滴定的曲線會有什么不同？

交流：（略）

評析： 在學生定性分析酸堿中和過程中pH 變化的問題出現(xiàn)困惑時， 適時引入測定pH 的精確儀器——pH計。 通過課堂演示實驗，定量測定pH，揭示變化的規(guī)律，解決心中的疑惑。 從定性研究走向定量分析，體現(xiàn)了思維應有的軌跡，同時讓學生領悟到定量分析在學科中的價值。 前后兩次作圖的對比，提供了一個很好的感性平臺，教師沒有過多的講解，學生卻可真實感受到pH 突變的存在。 緊接著幾個環(huán)環(huán)相扣的問題，很自然地引導學生去關注指示劑的變色范圍和pH 的突變范圍， 進而突破指示劑選擇這一難點問題，層次分明，水到渠成。

3．體驗酸堿中和滴定實驗

過渡問題：中和反應一般沒有明顯現(xiàn)象，但我們學會了判斷中和反應的終點之后，能否用已知物質(zhì)的量濃度的酸（或堿）溶液來測定未知濃度的堿（或酸）的物質(zhì)的量濃度呢？

交流：用已知濃度的酸（或堿）滴定未知濃度的堿（或酸），通過測定反應完全時消耗已知濃度的酸（或堿）的體積，從而推算出未知堿（或酸）的濃度。

創(chuàng)設情景：同學們實驗臺上擺放的藥品中就有一瓶0．100mol·L－1的標準NaOH 溶液， 但鹽酸是未知濃度的，現(xiàn)在就請你們利用提供的實驗儀器和藥品，親手測定它的濃度。

交流：

（1）實驗需要的數(shù)據(jù)有三個：NaOH 溶液的濃度（已知），鹽酸的體積（事先預設，一般取20．00mL），滴定到終點時所用的NaOH 溶液體積（待測）。

（2）實驗步驟可分五步：用酸式滴定管量取20．00mL的稀鹽酸注入錐形瓶內(nèi)；用堿式滴定管量取標準氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)和記錄起始讀數(shù)；向錐形瓶內(nèi)滴加2 滴酚酞試液；中和滴定，記錄終點讀數(shù)；重復以上實驗并計算。（學生）

學生實驗，教師巡視。

交流和反思：本實驗采用的可以提高實驗的精確度措施。

（1）精確取液儀器——滴定管（取代量筒），盛液防濺儀器——錐形瓶（取代燒杯）。

（2）準確使用滴定管（查漏、洗滌、潤洗、注液、趕氣、調(diào)液、讀數(shù)）。

（3）滴加速率先快后慢，邊加邊振蕩。

（4）準確選擇指示劑，仔細觀察錐形瓶中顏色變化。

（5）多次重復，取平均值。

評析：經(jīng)過上面兩個環(huán)節(jié)的教學，學生已經(jīng)認識到酸堿中和滴定的原理，產(chǎn)生付諸實踐的沖動和激情。 加之前面已經(jīng)觀看了教師使用滴定管的規(guī)范過程，大多學生具備了設計和操作“測定未知鹽酸的濃度”這一實驗的能力。 因此，教師沒有過多的干預，只是在行間不間斷地巡視，對操作有困難的學生及時地提供幫助。 在實驗后的反思教學中，突出定量實驗精確度的要求，通過交流探討，讓學生對實驗中的注意事項了然于胸，同時有利于培養(yǎng)細心、嚴謹?shù)膶W科素養(yǎng)。

四、教學體會

此節(jié)課的教學過程中， 力求體現(xiàn)新課程的基本理念：面向全體學生，注重知識的構建過程，提高化學科學素養(yǎng)。

新課程認為，把知識結論告訴學生，不如設計活動讓學生在探索中獲得；把技能要點告訴學生，不如設計活動讓學生在實踐中獲得；把感受體會告訴學生，不如設計活動讓學生在體驗中獲得。 在本堂課設計的三個活動中有繪圖對比、討論交流、實驗觀察、動手操作、反思提升，要求每個學生參與，讓學生在解決問題的過程中獲得不同程度的成就感，避免了上課熱鬧、課后糊涂，提高了課堂效率。