基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)影響鹽類水解因素的探究
武漢大學(xué)附屬中學(xué)  鄧陽洋
 
一、        教材的功能與地位
本章節(jié)內(nèi)容選自于人教版高中化學(xué)選修4第三章第三節(jié)第二課時(shí)，教材通過文字闡述和科學(xué)探究的方式呈現(xiàn)了影響鹽類水解的四個(gè)因素：鹽本身的性質(zhì)、濃度、溫度和酸堿性。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》將本章節(jié)內(nèi)容目標(biāo)定為歸納影響鹽類水解程度的主要因素。
在學(xué)習(xí)本章節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了弱電解質(zhì)的電離、化學(xué)平衡、勒夏特列原理、鹽類水解的概念等知識(shí)，這都為本章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定了扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。而通過本章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，也會(huì)為之后電解和高三有關(guān)物質(zhì)檢驗(yàn)等知識(shí)的學(xué)習(xí)大有裨益。故而，本章節(jié)內(nèi)容具有承上啟下的作用。
 
二、        學(xué)情分析
1.     學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)：學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過鹽類水解的概念和實(shí)質(zhì)、化學(xué)平衡和勒夏特列原理，這為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了良好的知識(shí)基礎(chǔ)；
2.     學(xué)生的技能基礎(chǔ)：學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡及其影響因素、電離平衡及其影響因素，對(duì)于如何分析平衡體系已經(jīng)具有一定的技能基礎(chǔ)；
3.     學(xué)生的思維障礙及其解決方式：高二學(xué)生正處于具體形象思維
到抽象邏輯思維的轉(zhuǎn)型期，雖然已經(jīng)具有一定的抽象邏輯思維，但僅通過教材上觀察溶液顏色深淺變化的方法，無法直觀觀察和分析微觀粒子在水溶液中的具體行為，故而本節(jié)課為解決學(xué)生的思維障礙特采用了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行探究。
 
三、        教學(xué)目標(biāo)
1.       知識(shí)與技能：
（1）    掌握影響鹽類水解的因素、知道各種內(nèi)因和外因?qū)�鹽類水解因素的影響；
（2）    掌握鹽類水解的規(guī)律，利用所學(xué)鹽類水解知識(shí)解釋生活中的化學(xué)問題；
（3）    了解數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器及其使用。
2.       過程與方法
（1）    通過實(shí)驗(yàn)探究的方式，培養(yǎng)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的能力；
（2）    通過聯(lián)系生活實(shí)際中的現(xiàn)象，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力；
（3）    通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究鹽類水解因素的方式，培養(yǎng)記錄數(shù)據(jù)、歸納數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的能力。
3.       情感態(tài)度與價(jià)值觀
（1）    通過實(shí)驗(yàn)探究的方式，體會(huì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中的樂趣，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣；
（2）    通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究的方式，體會(huì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中帶來的重要作用；
（3）    通過對(duì)鹽類水解影響因素的討論，樹立辯證唯物主義對(duì)立與統(tǒng)一的觀點(diǎn)。
 
四、        教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：影響鹽類水解的因素
教學(xué)難點(diǎn)：1.影響鹽類水解的因素
2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證影響鹽類水解的因素
 
五、        教學(xué)方法
講授法 實(shí)驗(yàn)-探究法 合作-交流法
 
六、         教學(xué)實(shí)驗(yàn)用具

常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器	燒杯、量筒、試管、濾紙若干
朗威數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器	pH傳感計(jì)、色度計(jì)、濁度計(jì)、高溫傳感器
實(shí)驗(yàn)藥品	0.1mol/L FeCl3溶液、0.1mol/L AlCl3溶液、pH=1 的鹽酸、蒸餾水

 
 
 
七、        教學(xué)過程

教學(xué)環(huán)節(jié)	教師活動(dòng)	學(xué)生活動(dòng)	設(shè)計(jì)意圖
1	【PPT投影】播放一段關(guān)于鹽類水解的微課視頻。	仔細(xì)觀看視頻	激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，起到先行組織者作用。
2	【提問】影響鹽類水解的因素有哪些？	學(xué)生回答：“鹽本身的性質(zhì)、濃度、溫度、酸堿性。”	檢查預(yù)習(xí)情況，做好知識(shí)銜接。
3	【活動(dòng)】請(qǐng)每個(gè)小組派出一名學(xué)生代表上臺(tái)匯報(bào)本組在課前討論出的猜想、理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)方案。	四名學(xué)生代表依次上臺(tái)匯報(bào)本組猜想、理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)方案。	以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式是新課改的核心理念，故而提前讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，采用同組評(píng)價(jià)、組間評(píng)價(jià)及教師點(diǎn)評(píng)的模式，都體現(xiàn)了學(xué)生在課堂中的主體性地位。
4.	【教師點(diǎn)評(píng)】點(diǎn)評(píng)四組實(shí)驗(yàn)方案，引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器。	學(xué)生觀察數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，聆聽數(shù)字化儀器使用時(shí)的注意事項(xiàng)。	在學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)方案后教師點(diǎn)評(píng)，讓學(xué)生自己認(rèn)識(shí)到常規(guī)實(shí)驗(yàn)的局限性，體會(huì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)給化學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來的便利。
5	【探究實(shí)驗(yàn)1】用pH傳感器測(cè)量0.1mol/L FeCl3溶液、0.1mol/L AlCl3溶液的pH。	第一組學(xué)生上臺(tái)操作實(shí)驗(yàn)，全體師生討論出現(xiàn)pH差異的原因。	用pH傳感器所顯示數(shù)據(jù)讓學(xué)生自己比較差異，通過控制變量法得出結(jié)論：越弱越水解。
6	【探究實(shí)驗(yàn)2】向5mLFeCl3溶液中加入45mL蒸餾水，測(cè)定稀釋后溶液pH、色度值、濁度值。	第二組學(xué)生上臺(tái)操作實(shí)驗(yàn)，全體師生通過討論得出結(jié)論。	利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)測(cè)量出稀釋后溶液的pH、色度值和濁度值，通過邏輯推理得出結(jié)論：稀釋過程促進(jìn)水解。
7	【探究實(shí)驗(yàn)3】適當(dāng)加熱一定量0.1 mol/L FeCl3溶液，記錄pH傳感器、色度計(jì)、濁度計(jì)、高溫傳感器顯示的數(shù)值，當(dāng)場(chǎng)繪制pH-溫度曲線。	第三組學(xué)生上臺(tái)操作實(shí)驗(yàn)，全體師生討論pH-溫度曲線趨勢(shì)的原因。	利用高溫傳感器和pH傳感器顯示繪圖結(jié)果，通過觀察數(shù)學(xué)函數(shù)曲線中得出結(jié)論：越熱越水解。
8	【探究實(shí)驗(yàn)4】向5mL 0.1mol/L FeCl3溶液中加入5mL pH=1 的鹽酸，記錄pH傳感器、色度計(jì)、濁度計(jì)顯示的數(shù)值。	第四組學(xué)生上臺(tái)操作實(shí)驗(yàn)，全體師生通過討論得出結(jié)論。	利用pH傳感器測(cè)量混合溶液的pH，并用濁度計(jì)表征出溶液中Fe(OH)3沉淀量，通過邏輯推理得出結(jié)論：酸堿性影響鹽類的水解。
9	總結(jié)歸納影響鹽類水解的因素	學(xué)生認(rèn)真聽講，記好筆記。	整合知識(shí)，建構(gòu)體系。
10	布置作業(yè)		讓學(xué)生課后搜集更多鹽類水解在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，深化化學(xué)應(yīng)用于社會(huì)、服務(wù)于社會(huì)的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任。

 
 
八、        板書設(shè)計(jì)
§3.3.2  影響鹽類水解的因素
一、     內(nèi)因：鹽本身的性質(zhì)
二、     外因
1.     溫度
2.     濃度
3.     酸堿性
三、     應(yīng)用
 
九、        教學(xué)反思
本節(jié)課有明暗雙線：明線是通過實(shí)驗(yàn)探究得出影響鹽類水解的因素，暗線是學(xué)生自主提出猜想、尋找理論支撐和設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新點(diǎn)如下：
1.     創(chuàng)新教材實(shí)驗(yàn)，解決思維障礙：本節(jié)課引入精確度高的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，將教材定性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為定量實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器在不影響原有化學(xué)反應(yīng)體系的前提下測(cè)定出FeCl₃溶液的色度、濁度及pH等定量數(shù)據(jù)。通過上述物理量數(shù)據(jù)可以讓學(xué)生從宏觀上觀測(cè)和分析微觀粒子在水溶液中的具體行為，由感性認(rèn)知上升到理性認(rèn)知，完善了自身的思維過程；
2.     數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以對(duì)中學(xué)平衡體系中多因素、相互矛盾因素的影響進(jìn)行直觀快速地判定：對(duì)比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以更加快速準(zhǔn)確地判定在矛盾因素下平衡移動(dòng)的結(jié)果，如對(duì)FeCl₃溶液既加熱又加酸，這種在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中無法快速解決的問題，在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)面前迎刃而解。
3.     在實(shí)際操作過程中，濃度影響的測(cè)定過程讓我印象深刻：當(dāng)時(shí)測(cè)出稀釋后溶液色度RGB值反常升高，重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)后仍是升高趨勢(shì)，學(xué)生對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器表示質(zhì)疑。在請(qǐng)教美術(shù)教師后，從色相、純度和明度的角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行解釋，并當(dāng)場(chǎng)根據(jù)色度計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用電腦技術(shù)合成稀釋后顏色，與稀釋前顏色進(jìn)行對(duì)比的確變淡，學(xué)生當(dāng)場(chǎng)表示驚嘆和佩服，故而讓我深深體會(huì)到“聞道有先后，術(shù)業(yè)有專攻”的道理，只有不斷汲取各方面知識(shí)，才能讓學(xué)生信服。
4.     本節(jié)課深入落實(shí)高中化學(xué)核心素養(yǎng)：整堂課以實(shí)驗(yàn)探究為主要過程，師生通過創(chuàng)新教材定性實(shí)驗(yàn)為定量實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)），觀察宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及利用pH傳感器等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器觀測(cè)溶液中微觀粒子的行為（宏觀辨識(shí)與微觀探析），利用假說演繹與邏輯推理的方式（證據(jù)推理與模型認(rèn)知）得出影響鹽類水解平衡的因素（變化思想與平衡思想），最后結(jié)合影響鹽類水解的影響因素在生產(chǎn)生活中的重要應(yīng)用讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)應(yīng)用于社會(huì)、服務(wù)于社會(huì)的科學(xué)精神（科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任）

附件1：
《影響鹽類水解的因素》實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)學(xué)案
 
【學(xué)習(xí)目的】
1.    猜測(cè)影響鹽類水解的因素，并提出合理猜想，培養(yǎng)分析問題、搜集理論證據(jù)的能力；
2.    通過所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)分析實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力；
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
影響鹽類水解的因素
【學(xué)習(xí)過程】
1.什么是鹽類的水解？鹽類水解的實(shí)質(zhì)是什么？
 
 
2.根據(jù)之前所學(xué)知識(shí)，以FeCl₃為例，寫出FeCl₃水解的離子方程式，推測(cè)影響鹽類水解的因素有哪些？
 
 
3.以FeCl₃為例，任選一個(gè)影響因素，尋找合理的理論基礎(chǔ)，闡述該因素如何影響鹽類的水解。
 
 
4.結(jié)合第3題的回答，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證你們的猜想。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案包括實(shí)驗(yàn)用品、實(shí)驗(yàn)儀器和具體實(shí)驗(yàn)步驟。
 
 
 
 
 
 
5.同組成員對(duì)上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，將改進(jìn)建議寫在本題空白處。
 
 
 
 
 
6.教師評(píng)價(jià)本組所提交的實(shí)驗(yàn)方案，提出改進(jìn)意見，并做出最后的設(shè)計(jì)方案。
 
 
 
 
 
附件2：
《影響鹽類水解的因素》課堂學(xué)案
 
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?br /> 3.    掌握影響鹽類水解的因素、知道各種內(nèi)因和外因?qū)�鹽類水解因素的影響；
4.    掌握鹽類水解的規(guī)律，利用所學(xué)鹽類水解知識(shí)解釋生活中的化學(xué)問題;
5.    了解數(shù)字化實(shí)驗(yàn)及儀器的使用。
 
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
影響鹽類水解的內(nèi)因和外因
 
【實(shí)驗(yàn)用品】

實(shí)驗(yàn)儀器	燒杯、量筒、試管、濾紙若干
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器	pH傳感器、色度計(jì)、濁度計(jì)、高溫傳感器
實(shí)驗(yàn)藥品	0.1mol/L  FeCl3溶液、0.1mol/L  AlCl3溶液、pH=1的鹽酸、蒸餾水

【實(shí)驗(yàn)探究過程】
 
【探究實(shí)驗(yàn)1】量取一定量0.1mol/L FeCl₃溶液、0.1mol/L AlCl₃溶液，利用pH傳感器分別測(cè)量其pH（順帶測(cè)量0.1mol/L FeCl₃溶液的色度值和濁度值），將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下面表格中。
表1  同一濃度不同溶液pH的測(cè)定

	pH	色度值			濁度值
		R	G	B
0.1mol/L FeCl3溶液
0.1mol/L AlCl3溶液

【思考1】組成都為AB₃型的同濃度溶液，為什么pH不一樣？
                                                           【結(jié)論】                                                
【探究2】向5mL 0.1mol/L FeCl₃溶液中加入45mL蒸餾水，記錄混合后溶液的pH、色度、濁度顯示的數(shù)值，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下面表格中。
【思考2.1】若濃度不影響FeCl₃的水解，試計(jì)算5mL 0.1mol/L 的FeCl₃溶液稀釋10倍后的理論pH
                                                          
表2  稀釋后FeCl₃溶液pH、色度值、濁度值的測(cè)定

	pH	色度值			濁度值
		R	G	B
稀釋后溶液

【思考2.2】結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析稀釋后FeCl₃溶液實(shí)際pH出現(xiàn)差異的原因。
                                                          
【結(jié)論】                                                 
【思考2.3】課下思考如果5mL 0.1mol/L FeCl₃溶液中加入少量FeCl₃固體，又會(huì)出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？
【探究3】適當(dāng)加熱一定量FeCl₃溶液，記錄加熱后溶液的pH與溫度，利用軟件當(dāng)場(chǎng)繪制pH-溫度曲線，并在學(xué)案上記錄出大體趨勢(shì)的曲線。
表3  加熱后FeCl₃溶液pH、色度值、濁度值的測(cè)定

	溫度	pH	色度值			濁度值
			R	G	B
加熱后溶液

溫度/℃

pH

圖1  加熱FeCl₃溶液的pH-溫度曲線
【思考3】圖中曲線說明溫度如何影響FeCl₃的水解平衡？
                                                          
【結(jié)論】                                                 
【探究4】向5mL0.1mol/LFeCl₃溶液中加入5mL pH=1的鹽酸，結(jié)合pH傳感器、色度計(jì)、濁度計(jì)顯示的數(shù)值記錄數(shù)據(jù)和分析原因。
【思考4.1】若鹽酸不影響FeCl₃的水解，試計(jì)算5mL 0.1mol/L FeCl₃溶液與5mL pH=1 的鹽酸混合的理論pH
                                                          
表4  混合后溶液pH、色度值、濁度值的測(cè)定

	pH	色度值			濁度值
		R	G	B
混合后溶液

【思考4.2】結(jié)合上述理論數(shù)據(jù)，分析實(shí)際數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)出現(xiàn)差異的原因。
                                                          
【結(jié)論】                                               
【思考4.3】課下思考如果向5mL0.1mol/LFeCl3溶液中分別加入一定量的NaOH固體、Mg條及NaHCO3固體，又會(huì)出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？

【總結(jié)歸納】影響鹽類水解的因素有哪些？它們分別如何影響鹽類的水解平衡？
 
 
【課下思考】鹽類的水解在生產(chǎn)生活中有哪些應(yīng)用？它們分別怎樣影響鹽類的水解平衡。