基于宏觀辨析和微觀探析的金屬與酸反應(yīng)

基于宏觀辨析和微觀探析的

金屬與酸反應(yīng)日照實(shí)驗(yàn)高中陳麗華金屬與酸的反應(yīng)一、教材與學(xué)情分析二、教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)四、教學(xué)反思與評(píng)價(jià)三、教學(xué)實(shí)踐過程一、教材與學(xué)情分析教材分析：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選自魯科版必修二第一章：比較金屬失電子能力的方法學(xué)情分析：知識(shí)層面：學(xué)生已經(jīng)掌握了金屬活潑性的理論辨別方法，并通過實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告和查閱相關(guān)資料，了解了手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)能力層面：學(xué)生具備一定的實(shí)驗(yàn)操作技能和數(shù)據(jù)處理技能，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)開始前初步培訓(xùn)了學(xué)生用Origin作圖的基本技能觀察法、測(cè)體積法這些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)在于宏觀現(xiàn)象清晰明顯，缺陷是微觀反應(yīng)過程模糊、學(xué)生對(duì)微觀實(shí)質(zhì)不甚了解二、教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)1.通過實(shí)驗(yàn)分析，明確金屬活動(dòng)性即得失電子能力是置換H2的關(guān)鍵因素，儲(chǔ)存必備知識(shí)，提升關(guān)鍵能力；2.通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的同時(shí)，深化控制變量的思想、強(qiáng)化定量的思想；3.通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→數(shù)據(jù)處理→結(jié)論的科學(xué)探究精神，強(qiáng)化定性分析、定量分析，發(fā)展學(xué)生宏觀辨析與微觀探析的核心素養(yǎng)。三、教學(xué)實(shí)踐過程H2體積：氣壓變化產(chǎn)生H2的快慢：pH變化、H+濃度變化溶液中離子濃度變化：導(dǎo)電率變化金屬離子能否形成絡(luò)離子：氯離子濃度變化宏觀微觀金屬與酸反應(yīng)的過程機(jī)理【課堂引入】1、根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT，計(jì)算產(chǎn)生H2的體積比約為△P1:△P2=n1:n2=5:4；表明不同金屬（過量）與等量稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生H2的量不同過量金屬M(fèi)g、Zn與2mL0.5mol/L的稀HCl反應(yīng)結(jié)論宏觀現(xiàn)象清晰；利用數(shù)據(jù)展示宏觀現(xiàn)象更具有說服力。問題1：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)如何展示宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

——?dú)怏w壓力傳感器：氣體壓強(qiáng)變化【學(xué)生質(zhì)疑1】：Mg、Zn失電子數(shù)均為2，理論上過量Mg、Zn與等量稀HCl反應(yīng)置換出H2體積相等。為何從P-t曲線中計(jì)算出來的物質(zhì)的量之比不是1:1？Mg產(chǎn)生的H2多？三、教學(xué)實(shí)踐過程【定量思想】：實(shí)驗(yàn)過程中需控制酸的濃度，c過大，P變化太快，瓶塞易被沖出；c過小，P變化超出傳感器敏感度，數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確。H2SO42、由pH變化曲線知道Mg、Zn、Fe與鹽酸反應(yīng)完全后pH值分別約為10.2、7.0、6.0，表明Mg將酸中的氫置換完后繼續(xù)置換H2O中氫，Zn將酸置換完不再反應(yīng)，F(xiàn)e活潑性弱酸有剩余；金屬與溶液反應(yīng)程度不同，導(dǎo)致了產(chǎn)生H2的體積不同4、過量金屬與非氧化性酸反應(yīng)pH變化趨勢(shì)基本一致，但相對(duì)于金屬與稀HCl反應(yīng)，與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)pH突變點(diǎn)慢2h左右，表明Cl-可能對(duì)金屬與酸的反應(yīng)起促進(jìn)作用拓展延伸3、結(jié)合P-t曲線和pH曲線可知金屬自身的活潑性直接關(guān)系置換H2體積的多少結(jié)論HCl問題2：究根尋源探尋5:4的產(chǎn)生原因——pH傳感器【學(xué)生質(zhì)疑2】：過量金屬與酸反應(yīng)的pH值變化是否具有普適性？過量金屬與80mL0.01mol·L-1的稀HCl過量金屬與80mL0.005mol·L-1的稀H2SO4【學(xué)生質(zhì)疑3】：如何驗(yàn)證Cl-對(duì)反應(yīng)起促進(jìn)作用？

金屬Fe與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)pH值達(dá)到最高點(diǎn)后又略有降低的原因是什么？三、教學(xué)實(shí)踐過程【對(duì)比實(shí)驗(yàn)】序號(hào)金屬試劑1試劑21Mg40mL0.02mol·L-1的稀HCl40mLH2O240mL0.02mol·L-1的稀HCl40mL0.02mol·L-1的NaCl340mL0.01mol·L-1的稀H2SO440mLH2O440mL0.01mol·L-1的稀H2SO440mL0.02mol·L-1的NaCl540mL0.01mol·L-1的稀H2SO440mL0.01mol·L-1的稀Na2SO4問題3：如何驗(yàn)證Cl-離子是否對(duì)反應(yīng)起催化作用

——做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)pH變化結(jié)論5、達(dá)到pH突變點(diǎn)所用的時(shí)間關(guān)系是HCl+NaCl＜HCl＜H2SO4+NaCl＜H2SO4＜H2SO4+Na2SO4，表明Cl-的存在加快了反應(yīng)速率，對(duì)金屬置換H+起到了促進(jìn)作用對(duì)比溶液H+離子的理論濃度均為0.01mol·L-1【學(xué)生質(zhì)疑4】：SO42-是否對(duì)金屬與酸的反應(yīng)起抑制的作用？6、SO42-對(duì)金屬置換H+的影響主要是由于HSO4-的Ka2=1.20×10-2，屬于中強(qiáng)酸，酸性相對(duì)減弱，故其pH突變點(diǎn)變慢【學(xué)生質(zhì)疑5】：Cl-對(duì)金屬與酸的反應(yīng)起促進(jìn)作用的原理是什么？三、教學(xué)實(shí)踐過程結(jié)論7、氯離子濃度的減少表明金屬M(fèi)g、Zn、Fe與HCl反應(yīng)后的產(chǎn)物中形成了配離子；配離子的形成促進(jìn)了配位平衡的移動(dòng)，Cl-占據(jù)金屬表面的缺陷提供表面活性中心加速了Mg向Mg2+的轉(zhuǎn)化問題4：反應(yīng)過程中離子濃度如何變化

——氯離子傳感器、導(dǎo)電率傳感器9、導(dǎo)電率的降低一方面是由于氫離子濃度的減少，另一方面是氯離子濃度的減少8、Fe2+與稀HCl反應(yīng)時(shí)可與Cl-形成配離子從而保護(hù)Fe2+防止氧化，而與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)未形成絡(luò)離子，F(xiàn)e2+與空氣中O2等作用形成堿式亞鐵鹽，導(dǎo)致溶液pH值達(dá)到最高點(diǎn)后又略有降低三、教學(xué)實(shí)踐過程三、教學(xué)實(shí)踐過程以問題為主線、學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、思維為主攻問題1：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)？問題2：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)如何體現(xiàn)宏觀現(xiàn)象？問題3：Mg、Zn與酸反應(yīng)產(chǎn)生H2體積不同的原因？問題4：如何驗(yàn)證Cl-對(duì)反應(yīng)起催化作用？問題6：Cl-起催化作用的機(jī)理？問題5：SO42-是否對(duì)反應(yīng)起阻化劑作用？問題：………知識(shí)1：金屬失電子能力的宏觀表現(xiàn)知識(shí)2：手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)知識(shí)3：內(nèi)因是性質(zhì)的決定性因素知識(shí)4：對(duì)比法、定量分析法知識(shí)5：強(qiáng)、弱酸理論，定性分析法知識(shí)6：配位理論能力1：學(xué)習(xí)理解能力、信息加工能力能力2：獲取信息能力、歸納總結(jié)能力能力3：圖像分析能力、數(shù)據(jù)處理能力能力4：邏輯思維能力、圖像分析能力能力5：應(yīng)用實(shí)踐能力能力6：模型構(gòu)建能力、邏輯思維能力素養(yǎng)1：宏觀辨識(shí)活動(dòng)1：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)素養(yǎng)2：變化觀念、創(chuàng)新意識(shí)活動(dòng)2：壓強(qiáng)-時(shí)間曲線體現(xiàn)宏觀現(xiàn)象素養(yǎng)3：模型認(rèn)知、證據(jù)推理活動(dòng)3：計(jì)算不同反應(yīng)產(chǎn)生氣體體積比素養(yǎng)5：知識(shí)遷移、科學(xué)態(tài)度活動(dòng)5：查閱文獻(xiàn)資料尋找證據(jù)素養(yǎng)4：科學(xué)探究活動(dòng)4：做不同溶液的對(duì)比實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)6：微觀探析活動(dòng)6：文獻(xiàn)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合歸納結(jié)論123456實(shí)驗(yàn)一：金屬與酸反應(yīng)的壓強(qiáng)變化實(shí)驗(yàn)二：金屬與稀鹽酸反應(yīng)的pH變化、氯離子濃度變化實(shí)驗(yàn)三：金屬與稀硫酸反應(yīng)的pH變化實(shí)驗(yàn)四：金屬M(fèi)g與不同溶液對(duì)比反應(yīng)的pH變化、導(dǎo)電率變化四、教學(xué)反思與評(píng)價(jià)創(chuàng)新點(diǎn)：（1）手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的引入（2）Origin專業(yè)繪圖軟件的應(yīng)用，圖像的后期處理更加專業(yè)優(yōu)點(diǎn)：以問題為主線的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲卣箓鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)的深度和廣度；讓學(xué)生對(duì)反應(yīng)的微觀過程有直觀的感受