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摘 要：基于生成难电离物质这一“离子反应的实质及发生条件”的学习难点，通过数字化实验手段，引导学生在实验探究基础上建构概念，在问题解决的过程中发展学生化学学科核心素养水平。
关键词：离子反应；难电离物质；数字化实验；化学学科核心素养
一、 难点阐释和学情分析
“离子反应”是高中化学必修一第二章第二节内容，是高中化学核心概念，在《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）中，位于主题2：常见的无机物及其应用的第三部分“电离与离子反应”。“新课标”要求学生“认识酸、碱、盐等电解质在水溶液中或熔融状态下能发生电离。通过实验事实认识离子反应及其发生的条件，了解常见离子的檢验方法。”本节内容承接了初中酸、碱、盐的知识，学生在初中学习了复分解反应概念和发生条件，在此基础上进一步了解溶液中电解质反应的本质，并为后面元素化合物及高二选修教材电解质溶液的学习打下基础。
本节的第二课时内容是“离子反应发生的条件”，此课时的难点之一是对“离子反应的实质及发生条件”的理解。学生初中所学复分解反应条件是生成沉淀、气体和水，现在要提升至复分解反应条件是生成难溶性物质、挥发性物质和难电离物质（包括水、弱酸、弱碱等）。受先入为主的概念影响，学生对于生成难电离物质这种情况一下难以接受理解，更没有对离子反应的本质有总体和根本的认识。以往有的老师的处理方式是仍保留初中的说法，有的老师一带而过，有的老师只要求学生强行记住复分解反应条件新的表达方式。学生没有真正理解，更不能消化应用，导致在后续学习中出现各种问题。例如学习Fe3 和SCN-反应时，虽然学生都明显地观察到了实验现象，但很多学生仍会固执地把此实验现象错误地表述为有血红色“沉淀”。因为学生想生成的硫氰合铁既不是气体也不是水，所以错误地认为硫氰合铁一定是沉淀，没有它是一种难电离物质的意识。再例如在判断离子共存的问题时，很多学生对H 和ClO-、CH3COO-等弱酸酸根不能共存的情况始终不理解。
二、 难点突破的教学设计
“弗虑胡获，弗为胡成”。如何在本节课教学中引导学生思考并进一步探究实践来解决此问题，发展学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”的核心素养呢？我在本节课教学过程中设计了如下教学案例来突破此难点。
为了让学生在认知酸、碱、盐在水溶液中会发生电离的基础上，进一步研究酸、碱、盐在水溶液中的反应本质。我设计了如下实验情境和学习任务，引导学生分组探究。
情境：实验试剂（Na2CO3溶液、稀盐酸、BaCl2溶液、NaOH溶液、CH3COONa溶液）、实验仪器（试管）
任务：分组探究Na2CO3溶液与另4种溶液反应、盐酸与另4种溶液反应、BaCl2溶液与另4种溶液反应、NaOH溶液与另4种溶液反应。
（一） 问题产生
学生在经过一系列探究实验、思考讨论后，各小组派代表汇报。在实验探究和任务导学的基础上，学生很快分析归纳整理出离子反应概念、离子方程式概念、离子方程式书写方法、离子方程式的意义等一系列知识点。但是不出意料，学生们对稀盐酸和CH3COONa溶液能否反应产生了疑惑。大多数学生认为两者不能反应，因为没有观察到此反应的实验现象，而且假设两者反应，也没有沉淀、气体或水生成；少数学生觉得不好说、不能确定。
（二） 启发思考
我这时引导学生思考能否通过实验来探究稀盐酸和CH3COONa溶液的反应。有的学生受用酚酞验证稀盐酸和NaOH溶液反应的思路影响，想到用石蕊等指示剂来检验，但立刻发现不可行，学生的思维陷入了僵局。
我提醒学生，用指示剂不能检验此反应是因为指示剂不能准确指示溶液pH的变化，并且除pH外，溶液中离子浓度的变化还可以通过哪些物理量来体现？有学生由电解质溶液导电性实验想到离子浓度的变化还可以通过电导率来体现。我便向学生介绍可以通过数字化实验装置测定溶液的pH值和电导率的变化（见图1）。
图1 数字化实验装置图
（三） 实验探究
取约30 mL0.005 mol/L的稀盐酸于烧杯中，用滴定管向烧杯中逐滴滴加浓CH3COONa溶液。通过pH计和电导率传感器采集数据，将数据传输到电脑。
学生经过思考讨论，推测如果稀盐酸和CH3COONa溶液不反应，则溶液pH略有上升，变化不大，而电导率会上升；如果稀盐酸和CH3COONa溶液反应，则溶液pH会有明显升高，而电导率则会先降低，恰好完全反应后再上升。经实验验证，数据如图2所示，稀盐酸和CH3COONa溶液的确发生了反应。
图2 稀盐酸和CH3COONa溶液反应pH、电导率变化图
（四） 问题突破
实验结果进一步激发学生的思考，稀盐酸和CH3COONa溶液反应没有沉淀、气体和水生成，为什么能发生？反应的实质是什么？学生结合实验现象并依据Na 和Cl-在溶液中不可能结合，推理反应实质是H CH3COO-CH3COOH。CH3COOH是弱酸，在水溶液中可以电离但电离程度小。反之，H 和CH3COO-可以结合成CH3COOH分子，所以稀盐酸和CH3COONa可以反应，导致pH会有明显变化，电导率也会下降。
学生在初中复分解反应条件的基础上结合实验得出结论：复分解类型离子反应的实质是反应向溶液中离子浓度减小的方向进行，发生的条件是生成难溶性物质、挥发性物质或难电离物质，其中难电离物质包括弱酸、弱碱和水等。
通过以上数字化实验的设计，学生通过思考和实践真正理解了离子反应的实质及发生条件。
（五） 思维提升
令人欣喜的是，同学们不仅仅满足于得出结论，还进一步展开了思考与讨论。
有的同学提出可以利用以上实验的原理，设计实验验证NaOH溶液和NH4Cl溶液的反应。有的同学提出可以把上述两个实验整合在一起，用浓CH3COONH4溶液分别与稀盐酸、稀NaOH溶液反应，测量pH值与电导率的变化。有的同学提出NH 4 OH-NH3·H2O，NH3·H2O会分解生成NH3和H2O的反应其实类似于盐酸和Na2CO3溶液的反应，H 和CO2-3其实先结合生成了弱酸H2CO3，这正符合今天得到的生成弱酸的结论，H2CO3再分解为CO2气体和H2O。还有的同学提出在做向Na2CO3溶液中逐滴滴加稀盐酸的实验时，开始时气泡并不明显，后来才有大量气泡，当时不敢提问，现在经过思考，是不是Na2CO3和稀盐酸一开始生成了难电离的NaHCO3。立刻就有同学站起来同意他生成NaHCO3的观点，但同时指出NaHCO3是盐，是完全电离的，难电离的是HCO3-，一开始发生了H CO2-3HCO3-的反应。 真是一石激起千层浪，给了学生一颗火种，学生思维火花的剧烈地燃烧碰撞，学生的创新性思维被激发了起来。
三、 教学反思
（一） 弗虑胡获，任务导学，进行难点突破
在以往的本节课教学中，老师一般反复训练学生书写一些重要的、易错的离子方程式，而对“离子反應的实质及发生条件”这一难点一带而过。学生对离子反应产生难电离物质这种情况没有经过自己的思考，也就没有直观地认识和理解，所以导致离子方程式书写时经常将弱酸、弱碱拆分书写，同时也为后续知识点的学习留下了隐患。本节课我设计学生进行分组实验后，学生通过若干问题的层层引导，思考讨论，不仅顺利地自我感悟出离子方程式书写及意义，而且对复分解反应生成难电离物质这种情况有了深入地了解，能够从宏观和微观相结合的视角分析和解决实际问题。学生在针对这些问题的探究思考、小组讨论交流及相互评价的过程中培养了独立思考、敢于质疑和批判的创新精神，最终在反思已有知识点不足的基础上，突破难点，完善了离子反应知识体系的自我建构。
（二） 弗为胡成，实验探究，培养核心素养
因为用传统的实验方法无法对复分解反应生成难电离物质这种情况进行验证，所以在以往的教学中，老师大多只能采取让学生记住并强化练习的方法使学生掌握。但学生并没有真正理解，更不会加以运用。新课标中提出通过测定电流或溶液电导率的变化来探究溶液中离子反应的实质及发生条件。数字化实验放大了实验现象，同学都能观察到相关数据的变化，将化学反应中的微观离子的变化通过宏观数据、图像进行直观表征，促进了学生从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。数字化实验所得的数据和图像让学生基于证据对物质组成、结构的变化提出了假设，并分析推理进行证实。实验加深了学生对离子反应概念的理解并完善知识体系的自主建构，为以后元素化合物、电解质溶液等知识的学习夯实了基础。引导学生探究的过程更像燎原的火种，激发了学生思维品质的爆发和对科学探究的兴趣，培养了学生敢于质疑、勇于创新的精神。“离子反应的实质及发生条件”这一难点突破的教学环节的设计与实施，通过实践使学生获得了极大的成就感，有效提升了学生化学学科核心素养。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[S] .北京：人民教育出版社，2018：4
[2]经志俊.新授课课时作业设计的规范与策略——以“离子反应（第一课时）”为例 [J].中学化学教学参考，2015（9）：15～18.
[3]经志俊，李明星.凸显化学思维特征 顺势建构化学观念——基于观念建构的“离子反应及其发生的条件”课堂教学设计 [J].化学教与学，2014（1）：11～14.
[4]朱鹏飞，陈敏，陈凯. 发展学生化学学科核心素养的课例研究——以“离子反应”为例[J].化学教育，2018（23）：37～42.
[5]唐增富.数字化实验是助推中学化学教学的利器[J].中学化学教学参考，2018，（1-2）：26～30.
作者简介：
江伟，江苏省南京市，南京市第三高级中学。
关键词：离子反应；难电离物质；数字化实验；化学学科核心素养
一、 难点阐释和学情分析
“离子反应”是高中化学必修一第二章第二节内容，是高中化学核心概念，在《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）中，位于主题2：常见的无机物及其应用的第三部分“电离与离子反应”。“新课标”要求学生“认识酸、碱、盐等电解质在水溶液中或熔融状态下能发生电离。通过实验事实认识离子反应及其发生的条件，了解常见离子的檢验方法。”本节内容承接了初中酸、碱、盐的知识，学生在初中学习了复分解反应概念和发生条件，在此基础上进一步了解溶液中电解质反应的本质，并为后面元素化合物及高二选修教材电解质溶液的学习打下基础。
本节的第二课时内容是“离子反应发生的条件”，此课时的难点之一是对“离子反应的实质及发生条件”的理解。学生初中所学复分解反应条件是生成沉淀、气体和水，现在要提升至复分解反应条件是生成难溶性物质、挥发性物质和难电离物质（包括水、弱酸、弱碱等）。受先入为主的概念影响，学生对于生成难电离物质这种情况一下难以接受理解，更没有对离子反应的本质有总体和根本的认识。以往有的老师的处理方式是仍保留初中的说法，有的老师一带而过，有的老师只要求学生强行记住复分解反应条件新的表达方式。学生没有真正理解，更不能消化应用，导致在后续学习中出现各种问题。例如学习Fe3 和SCN-反应时，虽然学生都明显地观察到了实验现象，但很多学生仍会固执地把此实验现象错误地表述为有血红色“沉淀”。因为学生想生成的硫氰合铁既不是气体也不是水，所以错误地认为硫氰合铁一定是沉淀，没有它是一种难电离物质的意识。再例如在判断离子共存的问题时，很多学生对H 和ClO-、CH3COO-等弱酸酸根不能共存的情况始终不理解。
二、 难点突破的教学设计
“弗虑胡获，弗为胡成”。如何在本节课教学中引导学生思考并进一步探究实践来解决此问题，发展学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”的核心素养呢？我在本节课教学过程中设计了如下教学案例来突破此难点。
为了让学生在认知酸、碱、盐在水溶液中会发生电离的基础上，进一步研究酸、碱、盐在水溶液中的反应本质。我设计了如下实验情境和学习任务，引导学生分组探究。
情境：实验试剂（Na2CO3溶液、稀盐酸、BaCl2溶液、NaOH溶液、CH3COONa溶液）、实验仪器（试管）
任务：分组探究Na2CO3溶液与另4种溶液反应、盐酸与另4种溶液反应、BaCl2溶液与另4种溶液反应、NaOH溶液与另4种溶液反应。
（一） 问题产生
学生在经过一系列探究实验、思考讨论后，各小组派代表汇报。在实验探究和任务导学的基础上，学生很快分析归纳整理出离子反应概念、离子方程式概念、离子方程式书写方法、离子方程式的意义等一系列知识点。但是不出意料，学生们对稀盐酸和CH3COONa溶液能否反应产生了疑惑。大多数学生认为两者不能反应，因为没有观察到此反应的实验现象，而且假设两者反应，也没有沉淀、气体或水生成；少数学生觉得不好说、不能确定。
（二） 启发思考
我这时引导学生思考能否通过实验来探究稀盐酸和CH3COONa溶液的反应。有的学生受用酚酞验证稀盐酸和NaOH溶液反应的思路影响，想到用石蕊等指示剂来检验，但立刻发现不可行，学生的思维陷入了僵局。
我提醒学生，用指示剂不能检验此反应是因为指示剂不能准确指示溶液pH的变化，并且除pH外，溶液中离子浓度的变化还可以通过哪些物理量来体现？有学生由电解质溶液导电性实验想到离子浓度的变化还可以通过电导率来体现。我便向学生介绍可以通过数字化实验装置测定溶液的pH值和电导率的变化（见图1）。
图1 数字化实验装置图
（三） 实验探究
取约30 mL0.005 mol/L的稀盐酸于烧杯中，用滴定管向烧杯中逐滴滴加浓CH3COONa溶液。通过pH计和电导率传感器采集数据，将数据传输到电脑。
学生经过思考讨论，推测如果稀盐酸和CH3COONa溶液不反应，则溶液pH略有上升，变化不大，而电导率会上升；如果稀盐酸和CH3COONa溶液反应，则溶液pH会有明显升高，而电导率则会先降低，恰好完全反应后再上升。经实验验证，数据如图2所示，稀盐酸和CH3COONa溶液的确发生了反应。
图2 稀盐酸和CH3COONa溶液反应pH、电导率变化图
（四） 问题突破
实验结果进一步激发学生的思考，稀盐酸和CH3COONa溶液反应没有沉淀、气体和水生成，为什么能发生？反应的实质是什么？学生结合实验现象并依据Na 和Cl-在溶液中不可能结合，推理反应实质是H CH3COO-CH3COOH。CH3COOH是弱酸，在水溶液中可以电离但电离程度小。反之，H 和CH3COO-可以结合成CH3COOH分子，所以稀盐酸和CH3COONa可以反应，导致pH会有明显变化，电导率也会下降。
学生在初中复分解反应条件的基础上结合实验得出结论：复分解类型离子反应的实质是反应向溶液中离子浓度减小的方向进行，发生的条件是生成难溶性物质、挥发性物质或难电离物质，其中难电离物质包括弱酸、弱碱和水等。
通过以上数字化实验的设计，学生通过思考和实践真正理解了离子反应的实质及发生条件。
（五） 思维提升
令人欣喜的是，同学们不仅仅满足于得出结论，还进一步展开了思考与讨论。
有的同学提出可以利用以上实验的原理，设计实验验证NaOH溶液和NH4Cl溶液的反应。有的同学提出可以把上述两个实验整合在一起，用浓CH3COONH4溶液分别与稀盐酸、稀NaOH溶液反应，测量pH值与电导率的变化。有的同学提出NH 4 OH-NH3·H2O，NH3·H2O会分解生成NH3和H2O的反应其实类似于盐酸和Na2CO3溶液的反应，H 和CO2-3其实先结合生成了弱酸H2CO3，这正符合今天得到的生成弱酸的结论，H2CO3再分解为CO2气体和H2O。还有的同学提出在做向Na2CO3溶液中逐滴滴加稀盐酸的实验时，开始时气泡并不明显，后来才有大量气泡，当时不敢提问，现在经过思考，是不是Na2CO3和稀盐酸一开始生成了难电离的NaHCO3。立刻就有同学站起来同意他生成NaHCO3的观点，但同时指出NaHCO3是盐，是完全电离的，难电离的是HCO3-，一开始发生了H CO2-3HCO3-的反应。 真是一石激起千层浪，给了学生一颗火种，学生思维火花的剧烈地燃烧碰撞，学生的创新性思维被激发了起来。
三、 教学反思
（一） 弗虑胡获，任务导学，进行难点突破
在以往的本节课教学中，老师一般反复训练学生书写一些重要的、易错的离子方程式，而对“离子反應的实质及发生条件”这一难点一带而过。学生对离子反应产生难电离物质这种情况没有经过自己的思考，也就没有直观地认识和理解，所以导致离子方程式书写时经常将弱酸、弱碱拆分书写，同时也为后续知识点的学习留下了隐患。本节课我设计学生进行分组实验后，学生通过若干问题的层层引导，思考讨论，不仅顺利地自我感悟出离子方程式书写及意义，而且对复分解反应生成难电离物质这种情况有了深入地了解，能够从宏观和微观相结合的视角分析和解决实际问题。学生在针对这些问题的探究思考、小组讨论交流及相互评价的过程中培养了独立思考、敢于质疑和批判的创新精神，最终在反思已有知识点不足的基础上，突破难点，完善了离子反应知识体系的自我建构。
（二） 弗为胡成，实验探究，培养核心素养
因为用传统的实验方法无法对复分解反应生成难电离物质这种情况进行验证，所以在以往的教学中，老师大多只能采取让学生记住并强化练习的方法使学生掌握。但学生并没有真正理解，更不会加以运用。新课标中提出通过测定电流或溶液电导率的变化来探究溶液中离子反应的实质及发生条件。数字化实验放大了实验现象，同学都能观察到相关数据的变化，将化学反应中的微观离子的变化通过宏观数据、图像进行直观表征，促进了学生从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。数字化实验所得的数据和图像让学生基于证据对物质组成、结构的变化提出了假设，并分析推理进行证实。实验加深了学生对离子反应概念的理解并完善知识体系的自主建构，为以后元素化合物、电解质溶液等知识的学习夯实了基础。引导学生探究的过程更像燎原的火种，激发了学生思维品质的爆发和对科学探究的兴趣，培养了学生敢于质疑、勇于创新的精神。“离子反应的实质及发生条件”这一难点突破的教学环节的设计与实施，通过实践使学生获得了极大的成就感，有效提升了学生化学学科核心素养。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[S] .北京：人民教育出版社，2018：4
[2]经志俊.新授课课时作业设计的规范与策略——以“离子反应（第一课时）”为例 [J].中学化学教学参考，2015（9）：15～18.
[3]经志俊，李明星.凸显化学思维特征 顺势建构化学观念——基于观念建构的“离子反应及其发生的条件”课堂教学设计 [J].化学教与学，2014（1）：11～14.
[4]朱鹏飞，陈敏，陈凯. 发展学生化学学科核心素养的课例研究——以“离子反应”为例[J].化学教育，2018（23）：37～42.
[5]唐增富.数字化实验是助推中学化学教学的利器[J].中学化学教学参考，2018，（1-2）：26～30.
作者简介：
江伟，江苏省南京市，南京市第三高级中学。