自來水消毒劑中隱含的化學(xué)知識(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)

南利蕊

(北京市第十七中學(xué) 100124)

情境教學(xué)的倡導(dǎo)者Brown提出：“知識(shí)只有在它們產(chǎn)生及應(yīng)用的情境中才能產(chǎn)生意義.知識(shí)絕不能從它本身所處的環(huán)境中孤立出來，學(xué)習(xí)知識(shí)的最好方法就是在情境中進(jìn)行.”除此之外，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中明確指出：真實(shí)、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái)，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì).本節(jié)復(fù)習(xí)課以此為理論依據(jù)，以自來水消毒劑作為情境，體會(huì)從化學(xué)學(xué)科的視角感受物質(zhì)轉(zhuǎn)化對生產(chǎn)、生活和社會(huì)發(fā)展的作用，感受化學(xué)學(xué)習(xí)的意義.

1 教學(xué)分析

元素化合物是中學(xué)化學(xué)的重要內(nèi)容之一，而同元素不同類別物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與其化合價(jià)之間的關(guān)系更是蘊(yùn)含在其中的非常重要的知識(shí).在學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了氯及其化合物的相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建圍繞氯元素的相關(guān)物質(zhì)及其化合價(jià)變化的知識(shí)框架；在學(xué)生已初步具備從化合價(jià)角度分析物質(zhì)及其變化的能力的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生從化合價(jià)角度分析問題并解決問題的能力.

2 設(shè)計(jì)思路

基于以上分析，將本節(jié)課分為以下三個(gè)環(huán)節(jié)(如圖1所示)，擬達(dá)成以下教學(xué)目標(biāo)：(1)通過對自來水消毒劑的發(fā)展歷程進(jìn)行分析，會(huì)從化學(xué)視角對實(shí)際的生活現(xiàn)象進(jìn)行分析；(2)通過對自來水消毒劑的制備及使用發(fā)展進(jìn)行分析，體驗(yàn)宏微結(jié)合的思想，感受物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的化合價(jià)變化，建立氯及其化合物類別變化與化合價(jià)變化關(guān)系的二維圖，發(fā)展粒子觀、變化觀和守恒觀.

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，關(guān)注生活

【引入】我們每天都需要喝水，一些自然水源是不能直接飲用的，從我們家里的水龍頭流出的自來水是消毒處理的.自來水為什么要消毒呢？

【信息】大多數(shù)水源都會(huì)受到細(xì)菌、真菌、病毒等多種微生物的污染，而這些常見的細(xì)菌、病毒等在水中有一定的存活期，若不進(jìn)行消毒處理，會(huì)對人體造成傷害.

【過渡】既然對自來水進(jìn)行消毒如此重要，什么物質(zhì)可作為自來水消毒劑呢？你知道哪些用于自來水消毒的物質(zhì)？

設(shè)計(jì)意圖：用生活中的真實(shí)情境引入主題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)動(dòng)力，降低復(fù)習(xí)課的枯燥性.

3.2 深入情境，解決問題

【過渡】很多同學(xué)說到了氯氣，氯氣是怎么制備的呢？看學(xué)案任務(wù)一(如圖2所示).

圖1

圖2

【任務(wù)1-1】寫出裝置A中的化學(xué)方程式.

【問題1-1】裝置B的作用是什么？

【問題1-2】裝置C中的物質(zhì)是什么？作用是什么？

【任務(wù)1-2】裝置D用于收集Cl2，將裝置D的導(dǎo)氣管補(bǔ)充完整.

【任務(wù)1-3】寫出E中的離子方程式.

設(shè)計(jì)意圖：圍繞實(shí)驗(yàn)室制備氯氣的裝置，完成氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法、除雜、收集和尾氣處理.

【過渡】Cl2有毒，為什么還要往水中通入有毒的Cl2消毒呢？

【信息】Cl2與水反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)，可殺死水中的細(xì)菌，所以自來水廠主要利用該性質(zhì)向水中通氯氣來消毒.

【過渡】看學(xué)案任務(wù)二(如圖3所示)，探究氯氣溶于水的變化.

圖3

【問題2-1】實(shí)驗(yàn)一的現(xiàn)象表明，氯水具有什么性質(zhì)？

【任務(wù)2-1】用化學(xué)用語說明實(shí)驗(yàn)二中“紅色不褪去”的原因.

【任務(wù)2-2】用化學(xué)用語表示氯氣與水的反應(yīng).

【問題2-2】新制氯水中氧化性的微粒有哪些？為什么這些微粒有氧化性？

設(shè)計(jì)意圖：探究Cl2溶于水發(fā)生的變化，運(yùn)用化學(xué)用語解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并正確表達(dá)，會(huì)從化合價(jià)角度分析物質(zhì)的氧化還原性.

【提問】利用氯氣給自來水消毒有什么弊端嗎？

【學(xué)生】 Cl2有毒，在儲(chǔ)存和使用過程中存在安全隱患；Cl2與水反應(yīng)生成的HClO不穩(wěn)定，易分解難保存，易失效.

【追問】我們已經(jīng)知道了利用微粒的強(qiáng)氧化性來進(jìn)行消毒，并且已經(jīng)知道氯水中有三種有強(qiáng)氧化性的微粒.這對于制備消毒劑有什么啟發(fā)嗎？

【學(xué)生】用次氯酸鹽做消毒劑.

【過渡】根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，了解次氯酸鹽的消毒作用，完成任務(wù)三.

【信息】家中常用的“84消毒液”的有效成分即是次氯酸鈉，將Cl2通入冷的稀NaOH溶液中則可制得該消毒液.

【任務(wù)3-1】完成該信息中的離子方程式.

【過渡】用Cl2和Ca(OH)2可以制備的漂粉精，其裝置如圖4所示.

圖4

【任務(wù)3-2】漂粉精常用于游泳池的消毒，起消毒作用的是HClO.其中，漂粉精在水中釋放HClO的途徑如下：

【問題3-1】池水的酸堿性對漂粉精的消毒效果影響明顯，若池水堿性過強(qiáng)， 如何影響漂粉精的殺毒作用？

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)探究次氯酸鹽的制備及消毒原理，會(huì)用化學(xué)用語解釋其中的現(xiàn)象.將生活中隨處可見的物質(zhì)引入化學(xué)課堂，更加貼近生活，更能引起學(xué)生關(guān)注，加深學(xué)科印象.

【任務(wù)4-1】歐洲一些國家用NaClO3氧化濃鹽酸來制取ClO2，同時(shí)有Cl2生成，寫出該離子方程式.

【問題4-2】某同學(xué)推測ClO2能與FeSO4溶液反應(yīng)，你認(rèn)為他的推測是否合理？為什么？

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)實(shí)際情況，巧妙設(shè)置沖突，激發(fā)學(xué)生的興趣，繼續(xù)維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力.

3.3 升華體驗(yàn)，總結(jié)提升

【任務(wù)】根據(jù)學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的含氯物質(zhì)，建立氯元素的價(jià)類二維圖，將可以相互轉(zhuǎn)化的物質(zhì)用箭頭連接起來(如圖5所示).

圖5

設(shè)計(jì)意圖：鍛煉學(xué)生歸納總結(jié)的能力，建立氯元素及其化合物的知識(shí)的框架，形成化學(xué)學(xué)科的思維模型.

4 設(shè)計(jì)反思

本節(jié)課運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)探究、生活經(jīng)驗(yàn)和文字資料等方式，對自來水消毒劑的制備及其使用發(fā)展進(jìn)行學(xué)習(xí)，復(fù)習(xí)了氯及其化合物的相關(guān)知識(shí)，建立了氯元素的價(jià)類二維圖，培養(yǎng)了學(xué)生從微觀角度分析問題的習(xí)慣，發(fā)展了學(xué)生的微粒觀、變化觀和守恒觀.通過引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注真實(shí)的情境，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從化學(xué)學(xué)科的獨(dú)特視角認(rèn)識(shí)并分析生活中的現(xiàn)象，辯證認(rèn)識(shí)化學(xué)物質(zhì)，同時(shí)認(rèn)識(shí)到事物在矛盾中的發(fā)展變化.