探究“化學變化” 提升化學核心素養

周 琦

（江蘇省栟茶高級中學，江蘇如東 226406）

引 言

化學制品在現代生活中扮演著不可或缺的角色，同時化學也是高中課程的重要組成部分，而化學反應始終貫穿于化學學習過程之中。實際學習時，方程式的表象遮蓋了化學變化的本質，制約學生的學習效果。這需要教師引導學生去探究“化學變化”，進而實現學科核心素養的真正養成。

一、由表及里，分析物質和能量變化

在對化學反應的理解中，物質之間的變化相對直觀，學生理解能量的變化較為困難[1]。學生需要一個理解的過程，教師應積極引導學生在認識化學變化的同時，分析其中能量的變化。在日常的教學中，教師應通過巧妙的課堂設計幫助學生感受到化學反應中存在的能量變化。

可以從日常生活中常見的例子入手，讓學生感受到人類發展過程中，化學反應的能量變化所起到的重要作用。比如，物質燃燒所釋放的熱能等，通過身邊的實例激發學生探究的積極性，從而展開課堂教學。在學習必修2中的《化學反應與能量》內容時，教師準備好課堂展示實驗，讓學生去感知在化學實驗過程中發生的能量變化。需要用到的化學物質有Ba（OH）粉末、Ba（OH）溶液、Mg、稀鹽酸、NH4Cl·8H2O晶體。在小組實驗前先讓學生認真觀察相關實驗試劑，設計Mg與稀鹽酸、Ba（OH）溶液與稀鹽酸、Ba（OH）粉末與NH4Cl·8H2O晶體等實驗。在鎂與稀鹽酸反應中除觀察到有氣泡產生外還感覺到試管壁溫度升高（也可借助溫度計測量），Ba（OH）溶液與稀鹽酸發生化學反應的過程中，物質的變化肉眼很難觀察出，但觀察溫度計后會發現這一反應伴隨著熱量的釋放。學生據此可認識到當金屬單質與酸、中和反應、發生燃燒反應時，這些化學變化會釋放出熱量，屬于放熱反應。此外，當Ba（OH）粉末與NH4Cl·8H2O晶體發生反應時，燒杯下方的少量水會凝結成冰，充分說明這一化學變化是吸熱反應。在這些具體的實驗觀察中，學生會意識到化學反應不只存在物質的變化，還可能伴隨能量變化，他們對化學反應的認識因而更為全面。

二、分類研究，揭示反應特征和規律

高中化學所學內容繁雜，若學生未能掌握科學的學習方法與技巧，學習一定會疲沓。教師要在日常教學的過程中對化學學科所學進行分類研究，幫助學生條理性掌握學習知識。

在學習和原電池關聯的知識時，考慮到這一學習內容既是高中化學的重點，也是難點，高考中涉及的頻率較高。對于這一部分的內容可以應用分類研究的方法。依據原電池電解質的不同可將原電池歸為三個類型：一類是水性電解質的原電池；一類是熔融電解質的原電池；還有一類是固體電解質的原電池。此外，根據電解質的酸堿性又可將原電池分為兩類。原電池電極上所發生的反應受電解質溶液酸堿性影響，這也與原電池正負極電極反應式有較為明顯的關聯，例如氫氧燃料電池的電極反應。之后給學生提出問題：為什么在原電池中隨著電解質的酸堿性的不同電極反應式會發生改變？教師安排學生就剛剛給出的問題進行討論，展示自己所得出的結論：因酸性電解質溶液中存在著大量OHˉ離子，而堿性電解質溶液中則存在大量H+離子，電極產物應考慮到介質對其所產生的影響。

通過對高中化學中的原電池進行分類研究，學生體會到了分類研究這一方法的好處。在對氫氧燃料電池做細致分析的過程中，學生能夠更好地抓住原電池電極反應的本質。由此可見，進行分類研究可以更快地找到化學反應的規律和本質，助推學生學習其他類似的學科知識。

三、聯系對比，預測物質間的多元變化

高中的學生，在化學這一學科上已經有了一定的基礎。學習要求若依然停滯在初中階段的機械記憶方程式與簡單的運算，顯然難以符合新的要求。教師可通過練習對比，讓學生預測即將進行的化學反應的可能生成物，這也屬于高中化學的新課程標準的要求[2]。

問題1：加熱試管中的NaHCO3晶體，使用導管將獲得的物質通入到澄清石灰水中。在對反應現象觀察時，發現晶體加熱時試管壁上出現水珠，同時澄清的石灰水逐漸變得渾濁。現得知生成物中含有Na2CO3粉末，請寫出這一反應的化學方程式。學生在對整個反應觀察后，根據自己的理解得出結論。通過導管中有水珠這一反應現象可以得知生成物中有水，通過澄清的石灰水逐漸變得渾濁這一反應現象可以得知生成物中有二氧化碳氣體。結合題目中提供的信息生成物包含Na2CO3，學生嘗試將反應物、生成物列出來，NaHCO3== Na2CO3+H2O+CO2↑，知道了化學反應的生成物與反應物之后只差配平了，配平化學方程式之后為2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑。在此基礎上介紹NaHCO3可做食品中的膨松劑，體現化學中物質“性質決定用途”的基本思想。

問題2：在試管中滴入一定量的AgNO3水溶液，接下來在試管中置入3g銅粒，觀察反應現象。一段時間后，一層銀白色的物質覆蓋在紅色的金屬表面，另外還發現生成物中有Cu(NO3)2。請寫出這一化學反應的化學方程式。根據參與反應的物質只有銅和AgNO3水溶液兩種，且根據銅的表面銀白色的物質可分析出銀白色的物質應是銀?；谝陨系姆治觯摲磻幕瘜W方程很快就得出：Cu+2AgNO3=2Ag+ Cu(NO3)2。在對比分析化學現象的過程中，結合參與反應的物質推測出反應生成物，最終準確得出化學反應對應的方程式。

四、設計實驗，嘗試自主驗證

在高中的化學學習中僅僅通過觀看教材中的實驗是遠遠不夠的，還應該讓學生自己根據需要設計實驗，嘗試進行實驗驗證。

例如Cl2的制備實驗。學生在初中階段已了解過H2和O2的制備，對氣體的制備擁有了一定的知識基礎。在制備Cl2的課堂設計中，可以先由學生自主了解Cl2的一些特點：常溫下為黃綠色氣體，有強烈刺激性氣味，并且有劇毒。然后給學生介紹工業制備Cl2的方法，具體的過程是利用電解飽和食鹽水來生產Cl2。學生在觀看完視頻后，教師對電極反應式做簡單的書寫與介紹，反應式的具體內容只是了解，并不要求學生掌握。陽極反應式為2Cl--2e-=Cl2↑，陰極反應式為2H+ +2e-=H2↑。在此基礎上結合氯氣的性質和氯元素的價態特點設計可在實驗室制備氯氣的方法。學生想出了很多種方法來制備Cl2，有的利用高錳酸鉀跟濃鹽酸反應來制備Cl2，其化學反應方程式為2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑；有的學生嘗試使用氯酸鉀與濃鹽酸反應制備Cl2，其化學反應方程式為KClO3+6HCl=KCl+3H2O+3Cl2↑。在各小組充分討論的基礎上，全班學生再從實驗中反應條件的選擇、儀器的組裝、操作的可行性、綠色化學的要求等方面分析最終確定Cl2的實驗室制法。這些討論對學生建立物質實驗設計的基本思維模型幫助較大。

結 語

總之，在高中化學教學中，教師要引導學生觀察化學反應的表象和實質，理解到能量的變化也是一種化學變化的形式之一，讓學生在分類學習的過程中抓住化學變化的實質，基于物質性質預設實驗并在驗證的過程中深化對化學過程的認識。學生在養成學科素養的過程中，深刻感受到化學學習的無窮樂趣。