教学设计——弱电解质的电离.docx

教学基本信息
学科
化学
学段
高二
教师
陈福钢
领域
水溶液中的离子平衡——弱电解质的电离
教材
《化学》选修4 人民教育出版社
指导思想与理论依据
1.“基于证据的研究思想”，简而言之，就是在知识和方法的传授上，不是简单的告诉学生
结果，而是依靠各种实验事实或相关数据资料作为证据，通过学生的探究，自主获取知识和
方法的过程。
2.“微粒观”，微粒观是化学基本观念的重要组成部分，对于学生从微观世界认识物质尤其
是对于水溶液的深刻理解具有重要意义，它是学习水溶液离子平衡的重要基础，因此，逐步
构建学生系统的“微粒观”是第三章“水溶液中的离子平衡”教学的主要内容和重点内容。
“微粒观”主要包含以下四个维度，分别是微粒的种类、微粒的数目、微粒的相互作用以及微粒的运动和变化，从这四个维度可以引导学生逐步形成对化学物质及其变化的微观认识，是知识积累到一定程度后质的飞跃，对于培养学生的核心素养具有重要意义。
教学背景分析
学习内容分析
“弱电解质的电离”是对必修2“离子反应”中电解质的基本概念及离子反应实质的拓展及延伸，也是选修4第二章“化学平衡”原理在水溶液中的初次应用，是后续学习“水的电离”、“盐类的水解”，以及“难溶电解质的溶解平衡”的重要基础，在整个教学中具有承上启下的重要作用，同时在课堂教学中有助于发展学生对于“微粒观”的认识。
教学手段说明
1. 微观示意图法
简单来说，就是学生在分析水溶液中存在的微粒种类和数目的过程中，采用画图的方式，用化学符号及不同的形状，甚至不同的颜色来表示各种微粒，另外在表示不同微粒数目关系的时候只需要象征性地画出微粒的数目即可，下图为盐酸的微观示意图：

应用微观示意图法进行课堂教学，有利于学生从微观角度理清水溶液中微粒的种类、运动、变化及数目的关系，进而发展学生对于“微粒观”的认识。
2. 手持技术
手持技术是由计算机和微电子技术相结合的新型数字化实验手段，主要包括数据采集器、传感器及计算机等，较传统实验相比，手持技术具有便携、直观、实时、定量的特点。
本节课所学内容为弱电解质的电离，比较抽象，需要学生从微观角度去认识、分析及理解，所以本节课利用手持技术，应用pH传感器、压强传感器进行教学，将微观的粒子运动及变化转变为直观的数据和图像，为学生提供真实有效的“证据”，有利于学生准确分析问题、解决问题，从而更加深入的认识弱电解质的电离过程。（具体数据及图像见“教师素材——手持技术资料”）
学情分析
课前笔者给学生（高二4班）发放了前测试题（见附录1），共发放试题54份，回收43份，笔者对答题情况进行了数据统计。（见“教师素材——前后测资料”）
从数据上来看，第一题为“画出稀盐酸的微观示意图”。在“微粒种类”上学生的平均分为2.60分（满分3分），正确率为86.67%，一部分学生没有考虑到溶液体系中溶剂的存在；而在“微粒数目关系”上学生的平均分为1.37分（满分2分），正确率为68.50%，多数学生并没有认识到溶液微粒的数目关系，只是象征性地各画了一个H+、Cl-和H2O，在溶液中也不是均一分布的。由此可见，大多数学生对于电解质在水中的行为都有一定的认识，知道电解质在水分子作用下会发生电离产生自由移动的离子，但对于溶液中微粒数目存在关系的认识上，大多数学生还没有意识或认识比较片面，缺乏定量意识，因此有待发展。在“微粒种类和数目关系的依据”上，学生的平均分很低，分别为0.37分（满分2分）、0分（满分2分），大多数学生不清楚如何用化学语言或文字来说明微粒的种类和存在的关系，因此需要在课堂教学中进行必要的启发和引导。举例：学生——稀盐酸的微观示意图。（见教师素材——前后测资料）

第二题为“画出稀盐酸与足量镁条（已打磨）反应后溶液的微观示意图”。 在“微粒种类”上学生的平均分为2.47分（满分3分），正确率为82.33%，还是有少数学生没有考虑到溶液中水分子的存在，而在“微粒数目关系”上学生的平均分为0.98分（满分2分），正确率为49.00%，大部分学生还是没有充分考虑到反应后溶液中微粒的数目关系。从中可以看出，多数学生还是考虑到了化学反应的存在，所以在确定溶质方面没有太大问题，说明学生对于微粒间的相互作用和微粒的运动变化有一定的认识，但对于“微粒数目的关系”上还是没有形成系统的认识，如忽略了水分子的数目，没有考虑Mg2+和Cl-的数目关系等。在“微粒种类和数目关系的依据”上，学生的平均分依然很低，分别为0.25分（满分2分）、0.05分（满分2分），说明对于比静态更加复杂的动态变化体系来说，让学生用化学语言或文字来进行解释，显得更加困难，所以需要在后续的课堂教学中不断去培养学生文字描述的能力。举例：学生——稀盐酸与足量镁条（已打磨）反应后溶液的微观示意图。（见教师素材——前后测资料）

基于以上分析，笔者发现学生通过高一必修一模块“电解质”内容的学习，对于“微粒观”已经具有了初步的认识，但仍然比较片面，“微粒观”还有许多维度需要发展，具体如下表：
认识维度
已有认识
发展点
微粒的种类
电解质在水溶液中
能够发生电离，产生
自由移动的离子
电解质在水中的电离程度不同，弱
电解质的溶液中除水分子和电离
的离子外，还存在溶质分子
微粒的数目
电解质100% 电离
弱电解质是部分电离的，
在水中主要以分子形式存在
微粒间的相互作用
电解质在水分子
作用下发生电离
弱电解质电离的离子
可以相互结合成分子
微粒的运动和变化
电解质的电离是单向的
弱电解质的电离是可逆的，处于
动态平衡中，受外界条件的影响
认识的思维特点
静态、定性
动态、定量
下表：
教学目标
知识与技能：
1. 了解强弱电解质的区别；
2. 知道弱电解质是不完全电离的，存在着电离平衡，受外界条件的影响。
过程与方法：
1. 在探究醋酸的电离过程中，能够提出合理的猜想，并依托各种证据（实验、资料）证明醋酸是不完全电离的，初步体会“实证意识”对于解决问题的重要性；
2. 在探究醋酸与镁条反应的过程中，通过小组讨论，自主画出醋酸溶液的微观示意图，能应用化学平衡原理分析醋酸与镁条反应过程中微粒种类和数目的运动及变化情况，尝试画出反应后溶液的微观示意图，并进行解释。
情感态度与价值观
在探究醋酸与镁条反应的过程中，能够自主分析宏观现象，并依据微粒种类和数目的变
化情况进行微观解释，同时应用化学符号进行表征，感受“微粒观”对于水溶液研究的重要作用，初步形成分析水溶液中电解质电离的一般思路，进一步提升自身的化学核心素养。
教学重、难点
教学重点：弱电解质的电离平衡；
教学难点：“微粒观”认识的发展。
教学流程图

教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
任务一：
探究醋酸在
水中的电离程度
提问：
请你预测一下，等体积0.1mol/L HCl、CH3COOH分别与足量镁条（已打磨）反应的实验现象是什么？
追问：产生气体的速率有什么关系？
提问：还能通过哪些实验证明醋酸是不完全电离的？

提出强弱电解质的概念

汇报实验现象

提出合理的猜想，说出原因，并进行实验验证
提出合理的实验方法，并进行实验验证：测量0.1mol/L盐酸和醋酸的pH
通过预测等浓度盐酸、醋酸与足量镁条反应的实验现象，提出合理的猜想，产生认知冲突，并解释原因，再通过实验进行验证，得出正确的结论，更加符合科学探究的一般步骤，有利于培养学生的化学核心素养——科学探究意识，同时在这一过程中还发展了学生对于“微粒观”中微粒种类的认识。
任务二：
探究醋酸
溶液中的微粒
种类和数目

给出资料：
c(H+)=10-pH

简述微观示意图中微粒种类和数目关系的表示方法
小组讨论后画出醋酸溶液的微观示意图，并阐述原因，其他小组进行评价，并修正醋酸溶液的微观示意图
微观示意图有利于学生从微观角度更深入的认识醋酸的电离过程，进一步加深学生对于弱电解质微粒种类的认识，同时发展了学生对于“微粒观”中微粒数目的认识。
任务三：
探究醋酸溶液
中微粒间的
相互作用
演示实验：
向0.1mol/L的醋酸溶液中加入中性的醋酸铵固体，实时呈现pH随时间变化的图像

依据实验得到的证据分析醋酸溶液pH变化的原因，并最终得出结论：醋酸溶液中既存在醋酸的电离过程，又存在离子结合成醋酸分子的过程

利用手持技术提供实验证据，利于学生从微观角度深刻认识醋酸的电离过程，发展了学生对于“微粒观”中微粒间相互作用的认识，为理解电离平衡打下了基础，并从宏观、微观、符号三个维度对弱电解质的电离进行了表征。
任务四：
探究醋酸溶液
中微粒的
运动和变化
提问：
等体积0.1mol/L HCl、CH3COOH分别与足量镁条（已打磨）反应产生气体的量有什么关系？
提供实验证据：
应用手持技术测量1mL 1mol/L的盐酸、醋酸分别与足量镁条（已打磨）反应的压强随时间变化的图像

提出合理的猜想并进行解释

依据教师给出的实验证据分析猜想的合理性，得出正确的结论

画出反应后溶液的微观示意图并进行合理解释

通过让学生分析等体积等浓度盐酸、醋酸分别与镁条反应产生气体的量的关系，提出合理的猜想并进行微观解释，再依据教师提供的实验证据分析猜想的合理性，得出相应结论，这样设计更有利于学生深刻认识到弱电解质的电离平衡，最后通过让学生画出反应后溶液的微观示意图，进一步发展学生对于“微粒观”中微粒的运动和变化的认识。
小结
小结本节课所学的核心内容
梳理本节课所学的重
点知识和方法
小结有利于学生把握本节课的重难点，便于课后的复习。
板书设计
主板书
副板书

学生展示墙（侧板书）

学习效果评价
笔者对本节课学生的学习效果进行了后测（见附录2），共发放试题54份，回收43份，然后对答题情况进行了数据统计。（见“教师素材——前后测资料”）
从数据上来看，第一题为“画出稀氨水的微观示意图”。在“微粒种类”上学生的平均分为3.88分（满分4分），正确率为97.00%，在“微粒数目关系”上学生的平均分为2.91分（满分3分），正确率为97.00%，可以看出，通过本节课的学习，绝大多数学生已经能够比较熟练的应用微观示意图分析溶液中的微粒种类和数目并用化学符号进行表征，在画图的过程中特别注意到了溶液中微粒种类的关系以及溶液的均一性等在前测时出现的问题，对电解质尤其是弱电解质有了更深刻的认识，具备了一定的定量研究的化学意识，对于溶液微观体系，尤其是微粒种类和数目的认识维度也得到了进一步的发展。在“微粒种类和数目关系的依据”上，学生的平均分分别为1.20分（满分2分）、1.17分（满分3分），较之前测有了很大的进步，在“微粒种类”上大多数学生已经能够依据弱电解质的相关知识，熟练运用化学语言和符号阐述原因，而在“微粒数目”上，近40%的学生能够运用离子方程式或化学语言清晰的进行表述，说明课堂教学中“让学生分组展示微观示意图并阐述依据”的小组活动对于学生正确表征溶液体系中的微粒种类和数目起到了重要的促进作用。举例：“孙同学”前后测的情况，如下图：

前测 后测
第二题为“画出稀氨水与等物质的量的稀盐酸反应后溶液的微观示意图”。在“微粒种类”上学生的平均分为2.58分（满分3分），正确率为86.00%，在“微粒数目关系”上学生的平均分为1.79分（满分2分），正确率为89.50%，本题旨在重点探查学生对于“微粒观”中微粒间相互作用和微粒的运动变化的认识，从后测学生的答题情况来看，通过课上学习后，大多数学生都能够动态的看待溶液体系中的微粒种类和数目的变化情况，较之前测中静态的看待溶液有了很大的提升，同时对于微粒间的相互作用及微粒的运动和变化也有了更深刻的认识。在“微粒种类和数目关系的依据”上，学生的平均分分别为0.86分（满分2分）、0.60分（满分2分），一部分学生对于弱电解质微粒间的相互作用有了进一步的认识：盐酸与氨水反应的过程中，本质上是打破一水合氨的电离平衡，促进一水合氨的电离。同时能够从微观角度关注到反应前后溶液中微粒的动态变化，进而正确分析反应后溶液中微粒种类和数目。不过总体平均分还是不高，也恰恰说明学生对于微粒间相互作用和微粒运动和变化的认识还是很浅显的，片面的，这也是教学中的难点，还需要在后续学习中不断引导学生，进一步发展学生对于“微粒观”多角度的深入认识。举例：“孙同学”前后测的情况，如下图：

前测 后测
第三题为“实验证明一水合氨是弱电解质的方法”。本题主要想探查学生对于弱电解质的认识程度。主要有两种方法，分别是静态的从电离程度和动态的从电离平衡两个角度去设计实验证明一水合氨属于弱电解质。前一种方法学生的平均分为1.42分（满分3分），正确率为71.00%，后一种方法学生的平均分为1.14分（满分3分），正确率为57.00%。可以看出，大多数学生都能从“弱电解质是不安全电离的”这个角度设计实验，说明学生对于“微粒观”中微粒种类和数目的认识较之前得到了有效的发展，而且多数学生能够在设计实验的时候采用对比（对照）的实验方式，并注意控制了浓度、体积等变量，体现了学生们的定量研究意识，也印证了课堂教学中“设计实验验证醋酸是不完全电离的”这一环节取得了较好的教学效果。第二种方法需要学生依据电离平衡的相关知识，通过电离平衡的动态移动引起微粒数目的变化去设计实验，难度更大，从后测学生的平均分也能看出来，也在一定程度上反映出要使学生的思维方式从静态转变为动态一定是需要一个过程的，需要在后面的学习中不断去巩固、强化、提升。举例：学生——设计实验证明一水合氨是弱电解质。（见教师素材——前后测资料）

总之，通过对后测情况的分析及与前测的对比，学生在课堂上应用微观示意图探究醋酸的电离及与足量镁条反应的过程，并依托各种证据去逐步修改、完善小组的微粒示意图，在这一过程中学生逐步形成了分析水溶液中微粒种类和数目的一般方法，从微观角度更深刻的理解了强弱电解质的区别，较好的落实了本节课设计的三维教学目标，学生对于“微粒观”中微粒的种类、微粒的数目、微粒的相互作用、微粒的运动和变化这四个维度的认识都得到了一定程度的发展，课堂教学取得了较好的教学效果。
教学设计特色说明
本节课主要采用微观示意图法探究了弱电解质的电离过程，并结合实验探究，依托手持技术，秉承“证据思想”进行课堂教学，取得了良好的教学效果，主要表现在以下几个方面：
1. 采用微观示意图法进行教学，使学生的思维外显化，让学生更深刻的认识弱电解质的电离过程，进一步发展学生对于“微粒观”多角度的认识；
2. 基于证据的研究思想，有利于培养学生思维的有序性，提高解决实际问题的能力；
3. 采用手持技术（pH传感器），从微观、定量角度直观形象的说明了醋酸的电离是可逆的，有助于学生深入理解抽象的电离平衡的相关知识；
4. 利用手持技术（压强传感器），在探究醋酸与镁条反应的过程中，为学生的理论分析提供了有力的证据支撑，有利于学生深入理解电离平衡的移动原理；
5. 采用任务驱动和问题引导相结合的方式，使枯燥的学习变得有趣，利于学生有效的学；
6. 多引导，注重学生思维过程的体现，尊重学生学习的主体地位。
注：本教学案例为北京市“十二五”教育规划重点课题《北京市义务教育阶段基于证据的课堂教学改进研究[ABA14014]》的研究成果

附录1： 弱电解质的电离——前测
S2-
H+
微观示意图可以表示水溶液中存在的微粒种类和数目关系，简单来说，就是采用画图的方式，用“○”表示微粒，再用“化学符号”，甚至不同的颜色来区分不同的微粒，举例： 、 ；而在表示微粒数目存在的关系上，比如H+ 数目比S2- 多，只需要象征性地多画几个H+ 即可。
1. 请画出盐酸溶液的微观示意图（不考虑水的电离）。

依据
微粒
种类

微粒
数目
关系

2. 请画出盐酸溶液与足量镁条（已打磨）反应后溶液的微观示意图（不考虑水的电离）。

依据
微粒
种类

微粒
数目
关系

前测试题说明
设计意图
前测试题主要探查在课前学生对于“微粒观”的认识情况，主要包括“微粒的种类”、“微粒的数目”、“微粒间的相互作用”及“微粒的运动和变化”四个方面，第1题重点探查学生对于“微粒观”中微粒种类和数目的认识，第2题重点探查学生对于“微粒观”中微粒间相互作用和微粒的运动变化的认识。
试题答案及评分标准
1.⑴ 微观示意图
微粒种类：H+、Cl-、H2O （3分，每种微粒1分）
微粒数目关系：① H+ 与 Cl- 数目相等 （1分）
② H2O最多 （1分）
评分标准： 微粒种类上，多写离子或分子，如HCl，扣2分。
⑵ 依据
微粒种类：① 离子: HCl = H+ + Cl-（盐酸是完全电离的） （1分）
② 水：溶液中含有溶剂，即水分子 （1分）
微粒数目关系：① 离子: HCl = H+ + Cl- （1分）
② 水：稀溶液中水分子最多 （1分）
评分标准： 用化学语言或文字描述均可，合理即给分。
2.⑴ 微观示意图
微粒种类：Mg2+、Cl-、H2O （3分，每种微粒1分）
微粒数目关系：① Cl- 数目是Mg2+ 数目的2倍 （1分）
② H2O最多 （1分）
评分标准： 微粒种类上，多写离子或分子，如MgCl2，扣2分。
⑵ 依据
微粒种类：① 离子：HCl = H+ + Cl- ， Mg + 2H+ = Mg2+ + H2↑ （1分）
② 水：溶液中含有溶剂，即水分子 （1分）
微粒数目关系：① 离子: 产物为MgCl2（电荷守恒，即溶液呈电中性） （1分）
② 水：稀溶液中水分子最多 （1分）
评分标准： 用化学语言或文字描述均可，合理即给分。
附录2： 弱电解质的电离——后测
1. NH3· H2O属于弱电解质，请画出氨水的微观示意图（不考虑水的电离和溶解在水中的NH3）。

依据
微粒
种类

微粒
数目
关系

2. 请画出氨水与足量盐酸反应后溶液的微观示意图（不考虑水的电离和溶解在水中的NH3）。

依据
微粒
种类

微粒
数目
关系

3. NH3·H2O的电离是吸热的，请设计实验证明NH3·H2O是弱电解质（至少写出两种方法）。

后测试题说明
设计意图
后测试题主要探查在课后学生对于“微粒观”认识的发展情况，主要包括“微粒的种类”、“微粒的数目”、“微粒间的相互作用”及“微粒的运动和变化”四个方面，第1题重点探查学生对于“微粒观”中微粒种类和数目的认识，第2题重点探查学生对于“微粒观”中微粒间相互作用和微粒的运动变化的认识，第3题重点探查学生对于弱电解质的认识程度。
试题答案及评分标准
1.⑴ 微观示意图
微粒种类：NH3·H2O、NH4+、OH-、H2O （4分，每种微粒1分）
微粒数目关系：① NH4+ 与 OH - 数目相等 （1分）
② NH3 ·H2O数目大于离子数目 （1分）
③ H2O最多 （1分）
评分标准： 微粒种类上，没写NH3·H2O，扣2分。
⑵ 依据
微粒种类：① 离子和分子: NH3 ·H2O NH4+ + OH- （1分）
② 水：溶液中含有溶剂，即水分子 （1分）
微粒数目关系：① 离子: NH3 ·H2O NH4+ + OH- （1分）
② 分子：弱电解质在水中主要以分子形式存在 （1分）
③ 水：稀溶液中水分子最多 （1分）
评分标准： 用化学语言或文字描述均可，合理即给分。
2.⑴ 微观示意图
微粒种类：NH4+、Cl-、H2O （3分，每种微粒1分）
微粒数目关系：① NH4+ 与Cl- 数目相等 （1分）
② H2O最多 （1分）
评分标准： 微粒种类上，多写离子或分子，如NH4Cl、NH3 ·H2O，扣2分。
⑵ 依据
微粒种类：① 离子：NH3 ·H2O + HCl = NH4Cl + H2O ， NH4Cl = NH4+ + Cl-
（NH3 ·H2O NH4+ + OH- ，加入盐酸，消耗OH- ，不断促进NH3 ·H2O电离，最终使NH3 ·H2O全部电离，此时溶液中离子为NH4+ 与Cl-） （1分）

② 水：溶液中含有溶剂，即水分子 （1分）
微粒数目关系：① 离子: 产物为NH4Cl（电荷守恒，即溶液呈电中性） （1分）
② 水：稀溶液中水分子最多 （1分）
评分标准： 用化学语言或文字描述均可，合理即给分。注：微粒种类上，溶液中含有离子（NH4+ 与Cl-），其依据可以从化学反应或电离平衡两个角度去解释，二者都是合理的，答出任意一个即给满分。
3.方法1：
测0.1mol/L NH3 ·H2O和NaOH的pH，前者小于后者，则证明其是弱电解质。 （2分）
方法2：
测0.1mol/L NH3 ·H2O的pH，适当升高温度，再次测量溶液的pH，若前者小于后者，则证明其是弱电解质。 （2分）
评分标准：可以从“弱电解质是不完全电离的”和“弱电解质存在电离平衡”两个角度去设计实验方案，每个角度各2分，阐述合理即给分，若未注意控制变量或设计方案不完整，给1分。

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