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分析高中化學(xué)必修1《氨 銨鹽》教學(xué)的案例教育論文
《普通高中化學(xué)課程標準(實驗)》指出:普通高中化學(xué)課程要幫助學(xué)生“了解化學(xué)科學(xué)發(fā)展的主要線索,理解基本的化學(xué)概念和原理,認識化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì),理解化學(xué)變化的基本規(guī)律,形成有關(guān)化學(xué)科學(xué)的基本觀念�！痹赜^是化學(xué)基本觀念的重要組成部分,元素化合物的教學(xué)內(nèi)容是從物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化的角度培養(yǎng)和發(fā)展元素觀的重要素材。為此,本文以“氨銨鹽”教學(xué)為例,以實驗為途徑,幫助學(xué)生發(fā)展對“同種元素組成的不同物質(zhì)之間能夠相互轉(zhuǎn)化”的認識。
一、“氨銨鹽”的核心內(nèi)容及其教學(xué)價值
從物質(zhì)分類的角度看,溶于水,溶液呈堿性,是學(xué)生在中學(xué)階段接觸到的唯一一種堿性氣體,由此推測氨氣可以與酸反應(yīng),轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮;從價態(tài)的角度看,N處于最低價(-3價),具有還原性,可以被氧化,轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,而且氮元素是學(xué)生在中學(xué)階段接觸到的變價最為豐富、最為復(fù)雜的元素。通過氨氣性質(zhì)的探討,有助于學(xué)生建立從物質(zhì)的所屬類別和核心元素化合價這兩個角度學(xué)習(xí)某一具體物質(zhì)性質(zhì)的思路和方法。
氨是非金屬氫化物的重要代表(新課程中唯一一種系統(tǒng)研究的氫化物)。通過本節(jié)學(xué)習(xí),有助于學(xué)生初步形成氫化物—單質(zhì)—氧化物—含氧酸—含氧酸鹽的非金屬的知識體系。同時,上一單元中學(xué)生對于鈉、鋁、鐵的學(xué)習(xí)為本節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了知識和方法基礎(chǔ)。特別是本單元對于硫的化合物的學(xué)習(xí),學(xué)生進一步理解了元素觀的一些基本觀點。通過本節(jié)課的教學(xué)有助于學(xué)生深刻理解:無論金屬元素還是非金屬元素,都存在著自身的系列變化,即由同種元素組成的不同物質(zhì)間可以相互轉(zhuǎn)化。而變化系列中都有兩條線:一條是氧化還原線;另一條是非氧化還原線,即常說的離子反應(yīng)線。最終將學(xué)生的認識轉(zhuǎn)化為氮元素的單質(zhì)及其化合物轉(zhuǎn)化的二維關(guān)系圖。轉(zhuǎn)化關(guān)系圖,既可以預(yù)測其他含氮物質(zhì)的性質(zhì),也能尋找相應(yīng)的反應(yīng)路徑。比如,尋找實驗室制備氨氣的途徑,在選修1第四章尋找含氮()廢水的凈化路徑等等。
二、學(xué)生學(xué)習(xí)“氨銨鹽”的基礎(chǔ)與困難分析
關(guān)于“氨”,學(xué)生現(xiàn)有的知識水平是:在初中對于銨態(tài)氮肥已有初步的認識,前面又學(xué)習(xí)了氮和硫的氧化物的知識,知道了由的轉(zhuǎn)化路線,初步形成了研究非金屬及其化合物的一般步驟和方法。但是學(xué)生對于從物質(zhì)類別和化合價變化兩個角度認識物質(zhì)的性質(zhì)還有很大欠缺,而這既是元素觀的基本內(nèi)涵,也是學(xué)生應(yīng)該掌握的重要方法。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),學(xué)生應(yīng)該在這方面得到長足的發(fā)展。
通過前三個單元的學(xué)習(xí),學(xué)生有了一定的實驗技能和分析、觀察能力,但在對比學(xué)習(xí)和實驗設(shè)計方面缺乏訓(xùn)練。而且對剛升入高中不久的學(xué)生來說,大部分學(xué)生的抽象思維比較弱,不太會靈活運用所學(xué)知識,學(xué)習(xí)方法上往往更多地習(xí)慣死記硬背,不習(xí)慣對知識的理解記憶和獨立思考,在動手探究能力方面則更為欠缺。因此,教師應(yīng)該讓學(xué)生通過觀察、討論、實驗探究等方式理解和掌握氨和銨鹽的性質(zhì),通過建構(gòu)和應(yīng)用“含氮物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的二維關(guān)系圖”發(fā)展對物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的認識。
三、基于實驗支持的“氨 銨鹽”教學(xué)活動設(shè)計
1.整體教學(xué)結(jié)構(gòu)
氮及其化合物是高中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容,是學(xué)生在中學(xué)階段所學(xué)習(xí)的元素化合物知識的重要組成部分。為了整體把握氮元素家族不同物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化,將必修模塊和選修模塊做了重新布局和組合,力求學(xué)生對元素觀的理解呈現(xiàn)螺旋上升的趨勢。簡單分解如下。
必修1:將第四章3、4兩節(jié)內(nèi)容重組,把含硫元素的物質(zhì)和含氮元素的物質(zhì)分別集中,突出“元素中心”,通過物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化研究物質(zhì)的性質(zhì)、制法等。即將硫、二氧化硫、三氧化硫、硫酸、硫酸鹽作為一個整體,將氨(銨鹽)、一氧化氮、二氧化氮、硝酸、硝酸鹽作為一個整體。對于含氮化合物的學(xué)習(xí),借鑒魯科版教材思路,與人教版教材整合,分三課時完成教學(xué)內(nèi)容。即將氮氣、一氧化氮、二氧化氮作為第一課時,氨氣和銨鹽作為第二課時,硝酸和硝酸鹽作為第三課時。第一課時熟悉幾種常見的含氮物質(zhì),了解自然界中由氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}的過程;第二課時構(gòu)建含氮物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的二維關(guān)系圖;第三課時直接運用轉(zhuǎn)化關(guān)系預(yù)測并驗證硝酸的性質(zhì)。
選修1:以含氮污水的處理為素材,進一步從離子反應(yīng)和氧化還原角度,深入探究含氮物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化,由必修階段對含同種元素物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的研究,過渡到按照預(yù)定的方向和目標改造物質(zhì)。
高三總復(fù)習(xí)階段:運用化學(xué)反應(yīng)原理分析氮元素化合物間轉(zhuǎn)化的條件,進一步體現(xiàn)化學(xué)的應(yīng)用價值和社會價值。
通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)進一步鞏固和深化了氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)理論。更為重要的是,本節(jié)課通過從物質(zhì)轉(zhuǎn)化的角度,利用二維關(guān)系圖預(yù)測性質(zhì),尋找反應(yīng)路徑,有助于學(xué)生從以物質(zhì)為中心、記憶單個物質(zhì)的性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽貫橹行�、從宏觀上整體把握常見含氮物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化,為學(xué)生學(xué)習(xí)元素化合物提供了工具和方法。本節(jié)課的整體教學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1。
2.關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)
觀念和方法的形成不可能在一節(jié)課內(nèi)完成,因此本教學(xué)設(shè)計將課前、課中、課后有機結(jié)合,使學(xué)生思維循序漸進,呈現(xiàn)螺旋上升的趨勢。學(xué)生通過課前預(yù)習(xí),將前一節(jié)課學(xué)習(xí)過的含氮物質(zhì)初步畫在二維關(guān)系圖上(以物質(zhì)類別為橫坐標,以氮元素主要化合價為縱坐標)。課上通過實驗完善二維關(guān)系圖,并應(yīng)用二維圖尋找實驗室制氨的途徑。課后進一步應(yīng)用二維關(guān)系圖預(yù)測硝酸的性質(zhì)。本教學(xué)設(shè)計中的主干知識采用實驗建構(gòu),用圖示加深理解,用化學(xué)方程式進行強化。以下三個關(guān)鍵教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計和實施體現(xiàn)了上述教學(xué)構(gòu)想。
(1)預(yù)習(xí)交流,推測性質(zhì)的教學(xué)活動設(shè)計
[活動2]組織小組討論:請你依據(jù)二維關(guān)系圖,預(yù)測氨的化學(xué)性質(zhì),并說明預(yù)測依據(jù)。從學(xué)生的討論結(jié)果看,多數(shù)學(xué)生能從氨中氮元素的化合價預(yù)測出氨能被氧化,具有還原性。而對于氨與酸反應(yīng)的預(yù)測更多的是借助于氨水顯堿性的經(jīng)驗,而不是由氨的所屬類別推測出的。通過活動發(fā)現(xiàn),學(xué)生對于氫化物比較陌生,缺乏系統(tǒng)性認識。
(2)實驗探究,建構(gòu)轉(zhuǎn)化關(guān)系的教學(xué)活動設(shè)計
[實驗1]教師演示,氨氣溶于水的噴泉實驗(見圖2)。
[問題]在噴泉實驗中觀察到什么現(xiàn)象?分析原因。實驗中體現(xiàn)了氨的哪些性質(zhì)?
[設(shè)計意圖]氨的主干知識是水溶液呈堿性。此實驗設(shè)計有兩個功能:功能之一是豐富學(xué)生對于氣體溶于水的實驗方法設(shè)計。通過氯氣、二氧化硫、二氧化氮的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)知道了幾種驗證氣體在水中溶解性的實驗方法。本實驗則更加直觀,使學(xué)生印象深刻。功能之二是由噴泉的顏色引出氨水的堿性,自然過渡到氨的化學(xué)性質(zhì),建立起氨與氨水的聯(lián)系。
[實驗2]實驗視頻,“變色蝴蝶”實驗(見圖3)。
[問題]“變色蝴蝶”實驗中觀察到什么現(xiàn)象?如何解釋這一現(xiàn)象?
[設(shè)計意圖]通過紙蝴蝶由白變紅,加熱后又由紅變白的現(xiàn)象分析,形成對可逆反應(yīng)的深層認識。與實驗1結(jié)合,突出了氨的水溶液呈堿性這一主干知識,形成對氨氣與氨水之間實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化的完整認識。
[實驗3]學(xué)生分組實驗,氨氣與氯化氫的反應(yīng)(見圖4)。
在培養(yǎng)皿一側(cè)滴入1滴濃鹽酸,另一側(cè)滴入1滴濃氨水(二者不要接觸),立即蓋上表面皿并不再打開,觀察現(xiàn)象。再把整套裝置顛倒過來,觀察培養(yǎng)皿底部生成物的顏色和狀態(tài)。
[問題]氨氣以氮肥的身份進入人們的視野。通過學(xué)習(xí)你認為氨氣和氨水適合做氮肥嗎?為什么?有沒有什么方法可以解決這個問題?
[設(shè)計意圖]植物是通過根部吸收氮肥,而氨氣難于作用于植物根部,氨氣轉(zhuǎn)變?yōu)榘彼?雖然能夠被植物吸收,但是由于氨水不穩(wěn)定,會造成肥分損失,也不適合作氮肥。氣態(tài)的(氨氣)不行,液態(tài)的(氨水)不好,學(xué)生的思維自然想到要轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的銨鹽。但是由氨氣直接轉(zhuǎn)變?yōu)殇@鹽,還是先轉(zhuǎn)變?yōu)榘彼?再轉(zhuǎn)變?yōu)殇@鹽,學(xué)生的想法是模糊的,更多的學(xué)生更傾向于后者。此實驗設(shè)計正可以解決上述疑問,同時從另一角度補充了學(xué)生對于氫化物的認識。根據(jù)物質(zhì)的所屬類別和化合價,按照實際需要和預(yù)設(shè)方向改造物質(zhì),并通過實驗探究提供實證,既是學(xué)習(xí)元素化合物的方法和思路,更是學(xué)習(xí)元素化合物的意義。
[實驗4]學(xué)生分組實驗,與濃NaOH溶液的反應(yīng)(見圖5)。
[問題1]參照的產(chǎn)品使用注意事項,推測銨鹽可能具有哪些性質(zhì)?:請記住我站域名
[問題2]觀察兩瓶不同存放方式的碳酸氫銨,找出不正確存放的那一瓶。你是依據(jù)什么找出來的?
[問題3]打開盛有碳酸氫銨的廣口瓶,聞氣味,試寫反應(yīng)方程式。
[問題4]依據(jù)二維關(guān)系圖推測銨鹽與堿反應(yīng)可能的生成物是什么?
[設(shè)計意圖]通過實驗探究逐步建構(gòu)含氮物質(zhì)之間的可能轉(zhuǎn)化關(guān)系,形成對氨、氨水、銨鹽之間轉(zhuǎn)化的完整認識。同時有助于學(xué)生從辯證的角度理解物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。從氨、氨水到銨鹽的轉(zhuǎn)化通過與酸反應(yīng)實現(xiàn),反過來由銨鹽到氨或氨水的轉(zhuǎn)化就要通過與堿反應(yīng)實現(xiàn)。這樣就為研究物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化提供了工具和方法上的支持。
(3)總結(jié)應(yīng)用教學(xué)活動設(shè)計
[問題2]如何認識和使用二維關(guān)系圖?
[問題3]請你利用二維關(guān)系圖尋找適合于實驗室制的反應(yīng)路線。
[設(shè)計意圖]二維關(guān)系圖是學(xué)習(xí)元素化合物的工具和方法,應(yīng)用二維關(guān)系圖可解答性質(zhì)預(yù)測及物質(zhì)制備等比較復(fù)雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)化問題。指導(dǎo)學(xué)生從宏觀上,立足于元素的角度認識物質(zhì),把握物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化,再具體到從類別和價態(tài)角度綜合分析性質(zhì),尋找制備物質(zhì)的可行途徑,按照預(yù)定的方向和目標改造物質(zhì)等。
化學(xué)實驗是學(xué)習(xí)元素化合物知識的重要途徑。教學(xué)過程中教師采取怎樣的實驗教學(xué)策略,有利于增進學(xué)生對化學(xué)學(xué)科本質(zhì)特征和本質(zhì)規(guī)律的認識,有利于激發(fā)學(xué)生高水平的思維活動,有利于化學(xué)知識教學(xué)朝著增進學(xué)生理解力的方向推進,是值得一線教師重新研究的重要課題。
感謝北京教育學(xué)院何彩霞老師在課題研究和本文寫作過程中的悉心指導(dǎo)!
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