以微型實驗為載體的化學史教學

李英

化學學科核心素養是經過化學課程學習所形成和發展的正確態度價值觀、關鍵能力和必備品格。化學課程的學習內容和學習活動是化學核心素養的主要載體。本文基于對學生化學學科核心素養的培養，進行的《化學反應速率》教學設計。

一、教學內容

化學反應速率是蘇教版化學必修2專題2第一單元的內容，是化學反應原理知識，是中學化學的重要理論之一，屬于化學動力學范疇，有非常重要的理論意義和實踐意義。

二、學情分析

學生通過對生活經驗對反應進行的快慢有初步的認識，初中化學學習中，對于利用二氧化錳能加快雙氧水制氧氣有了初步認識。學生具有一定的觀察、分析、質疑和表達能力，初步具備簡單的實驗方案的設計能力，能夠合作完成實驗探究，但探究能力、操作能力和評價能力需進一步加強。

三、教學目標

依據學生的最近發展區和《普通高中化學課程標準》設定如下教學目標：通過工業合成氨的發展史了解到化學反應有快慢之分，感受化學反應的快慢;定性分析與定量計算相結合，了解化學反應快慢的表示方法;通過對能斯特和哈伯合成氨工業條件的對比啟發，探究影響化學反應速率的因素，認識到化學中的變化觀念;通過催化劑、溫度、壓強的選擇，了解到工業生產中要綜合各方面因素，整體調控的思維基點，培養學生“實驗探究與創新意識”、“證據推理與模型認知”的學科素養;通過引導學生將理論應用于解決實際工業問題，認識調控化學反應速率在工業生產生活中的作用，培養學生“科學態度與社會責任感”的學科素養。

四、設計思路

本節課以工業合成氨的化學史為背景，以實驗室制氧氣為載體，充分調動學生的探究熱情，激發學生的興奮點，完成微型化學實驗方案的設計和探究，最終回歸到生活中，引導學生將所學理論應用于解決實際問題，認識調控化學反應速率在工業生產、社會生活中的作用，培養科學態度與社會責任感。

五、教學過程

（一）真實情境

我國是農業大國，離不開化肥，氨氣是銨態氮肥的基礎，哈伯正是探究了合成氨的最佳反應條件，獲得了諾貝爾化學獎。

設計意圖：聯系實際創設真實情境，充分激發學生的學習興趣，利用哈伯探尋到反應最佳條件，獲得諾貝爾化學獎，形成學生思維沖突，使學生對反應的認識自然過渡到動力學角度。

（二）建構概念

師：合成氨反應具體慢到什么程度，化學上可以用化學反應速率來衡量。對于具體的化學反應（Zn和稀鹽酸反應），你如何判斷反應快慢？

師：如果要定量計算呢？氣體看體積，固體看質量，發現氣體看質量不方便，固體看體積也不合適。八年級物理告訴我們：要測量一個物理量，首先要確定它的單位，化學反應速率的單位是mol·（L·min）-1或mol·（L·s）-1，你能由此推出它的表達式和定義嗎？

師：我們可以分為反應物和生成物兩個角度描述：單位時間內反應物濃度的減少或生成物濃度的增加。

師：我國的合成氨工業發展迅速，目前已是世界上產量最高的國家，請你來算一算它的反應速率（例題計算）

師：應用化學反應速率時，一定要指明物質的種類，速率是標量，沒有方向，取正值。

設計意圖：充分考慮學生的已有知識，尊重學情，考慮學生的最近發展區，讓學生自主完成構建概念。學生在生活中很容易判斷運動的快慢，從學生熟悉的實驗引入，從宏觀現象的描述具體到某種物質變化速率的定量描述，定性分析與定量計算相結合，在學生的探究中形成概念，加深對概念的理解，培養學生推理能力。

（三）探究規律

師：合成氨工業史上，里程碑式的人物除了哈伯，還有能斯特，他們都做了大量實驗，尋找最佳反應條件。

對比兩人的反應條件，不難發現，他們都不約而同的選擇了升高溫度，增大壓強，使用催化劑，只是在具體細節上不同。我們來看看，哈伯在能斯特的基礎上做了哪些改變？

生：后面的催化劑催化效果可能更好，壓強越大，反應越快

師：探究點一：不同催化劑對反應的催化效果

你如何判斷該反應的快慢？

生：看產生氣泡的快慢。

師：選擇你的試劑設計實驗方案：5%（1號滴管）和12%（2號滴管）的H2O2，FeCl3溶液、MnO2，熱水，冷水。

生：2號滴管，二氧化錳，氯化鐵溶液。12%的雙氧水中分別滴加二氧化錳和氯化鐵溶液，看產生氣泡的快慢。

師：哈伯之所以調低了反應溫度，主要是為了使催化劑在550℃催化效果更好。溫度對化學反應速率又有怎樣的影響呢？請你來選擇合適的試劑，設計實驗方案。

生：2號滴管，熱水，冷水

生：現象不明顯

師：怎么補救？

生：加點催化劑進去

師：選哪種催化劑呢？

生：氯化鐵溶液，加二氧化錳，反應太快，不利于觀察。

師：我發現大家都不約而同的選擇了12%的雙氧水，為什么不選5%的雙氧水？

生：濃度大，反應現象更加明顯，可以選擇5%的雙氧水和二氧化錳做對比試驗。

生：都比較劇烈，無法區分判斷

師：引用數字化實驗（氧氣傳感器），氧氣傳感器是用來測定氧氣百分含量，并轉換成信號輸入電腦。如何利用氧氣傳感器判斷反應快慢？

生：相同時間內生成氧氣越多，反應越快，越少，反應越慢。

師：展示實驗室測得10mL12%的雙氧水與1g二氧化錳接觸時截取的30s的反應情況，橫坐標為反應時間，縱坐標為氧氣的百分含量。

課堂實驗測10mL5%的雙氧水與1g二氧化錳接觸時的反應情況。

師：能生成氨氣的化學反應并不只有這一個，實驗室制氨氣選擇的是氫氧化鈣和氯化銨反應，由于反應物性質不同，這個反應比較快，那為何工業上不選這個反應？

師：工業上需要考慮的因素很多，除了速率，還有經濟成本，設備等。從哈伯明顯增大壓強，氨氣產量大幅度提升，說明增大壓強，能加快反應速率，但能無限增大嗎？

設計意圖：

運用控制變量法研究化學反應的影響因素，使學生了解控制變量法在化學中的意義，體會科學探究的相關思路。學生通過實驗發現相同反應物在不同條件下的反應速率不同，認識到化學中的變化觀念，進一步強化化學反應速率的影響因素;通過催化劑、溫度、壓強的選擇，了解到工業生產中要綜合各方面因素，整體調控的思維基點，培養學生“變化觀念與平衡思想”的學科素養。

（四）拓展提升

師：影響化學反應速率的因素很多，受條件的限制，課堂上不能一一探究，還有很多其他因素，例如光電波、接觸面積等。反應物本身的性質，我們無法改變，稱為內因，能改變調控的稱為外因。為了增強對比實驗的可信度，大家的實驗都是在控制單一變量的基礎上進行的，然而在實際的反應中，這些因素對化學反應速率的影響是綜合的，融合在一起的。

設計意圖：通過引導學生將所學理論應用于解決實際工業問題，認識調控化學反應速率在工業生產、社會生活中的作用，培養學生“科學態度與社會責任感”的學科素養。

（江蘇省溧陽中學，江蘇 常州 213300）