以微型實驗為載體的化學史教學

李英

化學學科核心素養(yǎng)是經過化學課程學習所形成和發(fā)展的正確態(tài)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(yǎng)的主要載體。本文基于對學生化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，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(jù)學生的最近發(fā)展區(qū)和《普通高中化學課程標準》設定如下教學目標：通過工業(yè)合成氨的發(fā)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(yè)條件的對比啟發(fā)，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(yè)生產中要綜合各方面因素，整體調控的思維基點，培養(yǎng)學生“實驗探究與創(chuàng)新意識”、“證據(jù)推理與模型認知”的學科素養(yǎng);通過引導學生將理論應用于解決實際工業(yè)問題，認識調控化學反應速率在工業(yè)生產生活中的作用，培養(yǎng)學生“科學態(tài)度與社會責任感”的學科素養(yǎng)。

四、設計思路

本節(jié)課以工業(yè)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(fā)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(yè)生產、社會生活中的作用，培養(yǎng)科學態(tài)度與社會責任感。

五、教學過程

（一）真實情境

我國是農業(yè)大國，離不開化肥，氨氣是銨態(tài)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(lián)系實際創(chuàng)設真實情境，充分激發(fā)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(fā)現(xiàn)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(yè)發(fā)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(fā)展區(qū)，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(xiàn)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(yǎng)學生推理能力。

（三）探究規(guī)律

師：合成氨工業(yè)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(fā)現(xiàn)，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(jié)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，F(xiàn)eCl3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(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(qū)分判斷

師：引用數(shù)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(yè)上不選這個反應？

師：工業(yè)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(fā)現(xiàn)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(yè)生產中要綜合各方面因素，整體調控的思維基點，培養(yǎng)學生“變化觀念與平衡思想”的學科素養(yǎng)。

（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(yè)問題，認識調控化學反應速率在工業(yè)生產、社會生活中的作用，培養(yǎng)學生“科學態(tài)度與社會責任感”的學科素養(yǎng)。

（江蘇省溧陽中學，江蘇 常州 213300）