复杂体系中化学反应的竞争分析 ——探究盐溶液间反应的多样性教学设计

一、指导思想与理论依据

高中化学学科核心素养是高中学生发展核心素养的重要组成部分，是学生综合素质的具体体现，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求，全面展现了化学课程学习对学生未来发展的重要价值。

《高中化学课程标准》（2020年版）明确要求：“创设能促使学生主动学习的教学情境，引导学生积极参与探究活动，激发学生学习化学的兴趣”。情境教学的倡导者Brown,Collin,Duguid认为：“知识只有在它们产生及应用的情境中才能产生意义。知识绝不能从它本身所处的环境中孤立出来，学习知识的最好方法就是在情境中进行”。有价值的教学情境不仅可以激发学生的情感活动，还可以促进学生的认知活动和实践能力。

在建构主义学习理论的指导下，以《高中化学课程标准》为依据，对复杂体系中化学反应进行分析，通过控制变量等方法化多因素影响为单一因素影响，帮助学生建立解决该类问题的思路，以期实现由做题到做事、由解题到解决问题的思维跨越。

二、教学背景素材的选择

复杂体系的实验探究，同一体系中，多种反应相互竞争。变化和发展的是素材与素材间的关系，不变的是研究物质反应的角度和方法。而角度和方法正是期待学生能内化的化学学科核心素养，引导学生对实际问题进行分析、设计和验证，并总结和掌握分析解决此类问题的方法和思路。

Fe3+和SO32-都是学生高中阶段重点研究的微粒，Fe3+与SO32-之间的反应存在互促水解、氧化还原、络合等多种可能，提供了探究活动的空间，是研究物质性质和反应规律良好的反应素材。

三、教学目标设计

（一）知识与技能

1.通过交流，能熟练运用相关原理对现象进行演绎猜想，能够宏观辨识微观探析。 

2.懂得查阅资料获取信息，解决问题。 

3.能够设计实验验证猜想并给予解释。

（二）过程与方法

1.利用分类和比较的方法对FeCl3和Na2SO3的性质有规律性认识

2.通过实验与理论相结合，加深氧化还原反应、复分解反应等概念理论的理解。

3.通过运用推理和以控制变量为基础的科学探究方法，提升探究能力。

（三）情感态度与价值观

1.通过对FeCl3和Na2SO3的反应感受实验方法对解决科学问题的重要作用，体会对物质和反应的认识是逐步发展的。激发学生深入思考兴趣，帮助学生建立敢于质疑的科学精神。

2.在发现并解决问题的过程中提供多种学习方式，让学生感受到科学研究的多元化与开放性。通过有价值的教学情境激发学生的情感活动，促进在认知活动和实践活动中提升核心素养。

3.通过实验探究，树立对生活充满好奇并愿意积极探索的科学精神和人生态度。

四、教学过程设计

在学习复杂体系中反应竞争分析过程中，为了突出直观猜想——设计实验——实验验证——发现问题——分析原因——再次设计实验验证——得出正确结论的认知过程和探究思路，让学生亲历猜想、实验、观察、理性思维和归纳概括的合理推理过程，体验合理探究这种重要的探究方式，在探究过程中演绎推理。

（一）温故知新

提出三个简单问题帮助学生回顾已有知识：

 

 

 

 

 

建立从微观粒子性质角度分析物质性质的思路，培养学生“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。

（二）合理预测

FeCl3 溶液中滴加Na2SO3溶液会有什么现象呢？ 预测可能发生的反应现象。

    

 

 

 

 

 

预测：1.二者发生互促水解反应，生成氢氧化铁胶体，使体系呈现红褐色；2.二者发生氧化还原反应，生成二价亚铁离子，使体系呈现浅绿色。

（三）实验验证

《高中化学课程标准》中对实验考查进行了如下说明：1.设计、评价或改进实验方案；2.采取适当的方法控制实验条件；3.描述实验现象和收集有关数据；4.分析现象和处理数据并得出合理结论；5.识别或绘制典型的实验装置图。因此进行了实验验证：

 

 

 

 

 

实验验证的现象与预测发生互促水解的现象一致。但是产生红褐色真的只是发生了互促水解反应吗？适时给出资料，创造新的认知冲突：

查阅资料：

1.Fe2(SO4)3在溶液中不存在

2.Fe2+与SO32-反应生成墨绿色的絮状沉淀FeSO3

3.墨绿色的FeSO3与黄色的溶液FeCl3混合后，溶液呈红褐色

红褐色的产生原因是不唯一的，如何设计实验证明确实上述两种原因共存？在学生设计实验的过程中，我们引导学生进行了下列思考：将亚硫酸钠溶液滴入氯化铁溶液中，改变了氯化铁溶液那些性质？并以此为依据，写出如下思维导图：

通过控制变量的方法，抑制铁离子的水解相对简单，对思维导图进行完善并设计实验继续探究：

设计实验继续探究：

 

 

 

 

 

 

 

 

依据设计，进行实验验证：

 

 

 

 

 

 

得出红褐色是二者发生互促水解反应和氧化还原反应共同的作用的结果。培养了学生实验探究的意识和能力。

（四）整理归纳

归纳整理是巩固所学知识与方法不可或缺的环节，对培养学生的归纳概括能力、自我获取知识能力和语言表达能力十分重要和必要，引导学生得出探究复杂体系反应分析的思路：

（五）提升认识

渗透变化观念和平衡思想，化学变化是有一定限度和速率的，是可以加以调控的，多角度、动态的分析化学变化，运用化学原理解决实际问题。查阅资料并提出问题：放置12小时后体系由红褐色变为浅绿色的原因。

【查阅资料】

Fe(HSO3)2+离子为红褐色。生成Fe(HSO3)2+离子的反应为可逆反应。

2Fe3+ + SO32- + H2O =2Fe2+ + SO42- + 2H+ ,  K=1.2*1020

2Fe3+ +3SO32- +6H2O =2Fe(OH)3 +3H2SO32- ,  K=720.693

在该体系中，Fe(Ⅲ)与S(Ⅳ)的反应存在互促水解反应、氧化还原反应、络合反应。反应之间是相互竞争关系，在体系中短时间内出现的现象，并不仅仅由反应的限度决定，还取决于这个反应的速率。

（六）认识升华

化学反应的发生是有条件的，调控反应发生的方法——控制变量，提出问题：

1. 用碰撞理论解释产生红褐色的原因？

2. 设计实验，加快溶液变为浅绿色的同时避免产生红褐色？

思考交流：学生提出了解决方案：只要Fe(Ⅲ)与S(Ⅳ)相互碰撞，就会在短时间内产生红褐色；避免产生红褐色的核心点在于应该避免Fe(Ⅲ)与S(Ⅳ)接触，即将反应分区进行，而溶液变为浅绿色意味着发生了氧化还原反应。根究分析，学生设计了如下装置：

 

 

 

 

 

 

 

原电池的装置不仅解决了我们所提出的问题，也培养了学生的探究意识和创新精神。

 

参考文献

[1] 《高中化学课程标准》（2020版）

[2] 陈越《建构主义与建构主义学习理论综述》

[3]吴朝辉，《基于Fe3+与SO32-反应实验探究题的证伪与改编》，化学教育，2015年第7期