基于高中化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的核心概念教學(xué)實踐

基于高中化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的核心概念教學(xué)實踐

────以“水”為例［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.增強對基本概念催化劑、電離、酸、水合熱、水解的深度理

解，提升你的高階思維能力。2.培養(yǎng)你提出問題的能力，增強你探究意識和創(chuàng)新精神，全面

發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)

3.培養(yǎng)你的完美人格和自我接納能力，重塑你積極的人生觀和

價值觀。

釋迦牟尼說過:“無論你遇見誰，他都是你生命中該出現(xiàn)的人，絕非偶然，他一定會教會你一些什么”。

遇見

所以我相信：“無論你遇見哪道題，他都是你生命中該出現(xiàn)的題，絕非偶然，他一定會教會你一些什么”。

實驗驗證：將干燥的SO2和H2S氣體密封在圓底燒瓶，10分鐘后發(fā)

現(xiàn)壓力傳感器讀數(shù)幾乎沒有變化。

項目活動1|問題的提出2020年全國I卷第9題，通過酸性KMnO4溶液去除SO2(H2S)是否可行？SO2和H2S氣體兩者能共存嗎？如何驗證？教材證據(jù)：SO2+2H2S（aq）=3S+2H2O干燥的共存，不反應(yīng)。1.濕潤的SO2和H2S反應(yīng)，反應(yīng)機理？水的作用是什么？SO2+H2OH2SO3，H2SO3+2H2S=3S+3H2OSO2+2H2S=3S+2H2O項目活動1|解釋與結(jié)論水作催化劑，改變了反應(yīng)歷程，降低了活化能，加快了反應(yīng)速率。2.Na2O2和干燥的CO2不反應(yīng)，與濕潤的CO2反應(yīng)，反應(yīng)機理？2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O項目活動1|應(yīng)用與評價2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2水作催化劑3.反應(yīng)2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)的催化劑

可使甲醇和CO2直接合成CH3OCOOCH3(g)

(DMC)，提高CO2轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)機理如下圖所示：反應(yīng)II中的水移走，使反應(yīng)I正向移動，提高轉(zhuǎn)化率。項目活動1|催化劑

反應(yīng)I

反應(yīng)II該催化劑的作用是：如何提高CO2轉(zhuǎn)化率？降低反應(yīng)I活化能，加快反應(yīng)速率。項目活動2|問題的提出（2019年全國卷Ⅰ）根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng)：H3BO3+H2OH++B(OH)4－，

Ka=5.81×10?10，可判斷H3BO3是

_______酸

。

一元弱B(OH)4－中B原子的雜化方式？H3BO3為什么不是二元弱酸？sp3，B原子沒有d軌道酸一定是自身電離出H+嗎？H+來自水的電離，如硼酸。1.離子的角度：水溶液中電離出的陽離子全部是H+的化合物（內(nèi)涵與外延）酸自身電離出H+或H+來自水的電離（1）三元弱酸As(OH)3的前二步電離與H3BO3類似，第三步自身電離，分別寫出后兩步電離方程式____________________項目活動2|酸堿理論－水離子論［靈感來源］課后習(xí)題常溫亞砷酸Ka2＝10－12.1、Ka3＝10－13.5異常

思考：水溶液中能否比較HClO4、H2SO4酸性強弱？室溫下冰醋酸溶劑中，它們的電導(dǎo)率之比為400：30：9支持：溶劑對溶質(zhì)的酸堿性的影響有兩種：拉平效應(yīng)和區(qū)分效應(yīng)

。

水是HClO4、H2SO4拉平溶劑，冰醋酸是HClO4、H2SO4的區(qū)分溶劑。項目活動2|酸堿理論思考：類比水的電離，寫出液氨的電離方程式選擇何種溶劑比較？不能項目活動2|酸堿理論－溶劑論已知：能離解出溶劑特征正離子的物質(zhì)，稱為該溶劑的酸；能離

解出溶劑特征負(fù)離子的物質(zhì)，稱為該溶劑的堿。2NH3(l)NH4++NH2＿，酸_____，堿_____NH4+

NH2＿氨基氮原子上有孤對電子，可以接受質(zhì)子（H+）項目活動2|酸堿理論－質(zhì)子論和電子論思考：

與鹽酸為什么反應(yīng)？（從結(jié)構(gòu)的角度分析）3.質(zhì)子的角度：能接受質(zhì)子的物種（正離子、負(fù)離子或分子）是堿

4.電子對的角度：能提供電子對的物種是路易斯堿；

能接受電子對的物種是路易斯酸。苯胺屬于質(zhì)子______(填酸或堿)苯胺屬于路易斯___(填酸或堿)堿

堿項目活動2|酸堿理論總結(jié)水離子論-1887

質(zhì)子論-1923溶劑論-1905電子論-1923酸堿限制在水溶液中不能解釋不電離的溶劑及無溶劑的酸堿不能說明無質(zhì)子型溶劑（如SO3、BF3）的酸堿反應(yīng)無統(tǒng)一的酸堿強度的標(biāo)度項目活動2|評價1.不同的分類標(biāo)準(zhǔn)得到不同的分類結(jié)果。掌握標(biāo)準(zhǔn)，增強中

國話語權(quán)和影響力。

2.矛盾是事物發(fā)展的根本原因。缺點和不足在解決問題中蘊

含機遇，科學(xué)在探索中前進(jìn)。本項目活動中你最大的感受或收獲？3.發(fā)展了酸堿的概念，信息獲取與運用過程中提高了現(xiàn)場學(xué)

習(xí)力。問題分析推理過程提升了思維能力和學(xué)科素養(yǎng)。

（結(jié)構(gòu)教材）鈉元素的第一電離能496KJ·mol－1，鈣的第一電離能590KJ·mol－1，為什么金屬活動性鈣大于鈉？

金屬活動性與電離能所對應(yīng)條件不同，氣態(tài)鈉原子比氣態(tài)鈣原子更易失去電子，但是鈣離子形成水合離子時放出的能量遠(yuǎn)比鈉離子形成水合離子放出的能量多，所以水溶液里鈣原子比鈉原子更易失去電子。知識支持:氣態(tài)基態(tài)原子或氣態(tài)基態(tài)離子失去一個電子所需要的最

小能量稱為電離能。金屬活動性指水溶液中金屬單質(zhì)中

原子失去電子的能力。

項目活動3|問題的提出1.定義：離子在水溶液中與水分子結(jié)合形成水合離子所釋放的熱量2.原因：離子與水形成配位鍵釋放的能量____破壞部分氫鍵消耗的能量3.影響因素：半徑越___，電荷越___，水合熱越大。（電性作用）

【思考】氯、溴、碘的第一電離能比氫的電離能低，為什么有H+

存在卻沒有X+生成？H+半徑很小，水合熱大，釋放出較多的熱量，補償電離能所需要的能量。而X+半徑較大，生成水合離子釋放的熱量較小。項目活動3|水合熱大于小大【思考】弱電解質(zhì)電離一般吸熱，為什么氫氟酸電離是放熱的？HF水合過程放熱大于解離過程吸熱，故電離放熱。4.溶劑化作用：溶質(zhì)離子或分子與溶劑分子相互吸引的作用（P93）電離：解離過程（吸熱）和溶劑化（水合）過程（放熱）項目活動3|水合熱（水合作用或水化作用）水解反應(yīng)一般是非氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)物中N元素化合價為負(fù)，所以電負(fù)性N大于Cl。（教材P25頁）氮、氯元素的電負(fù)性都等于3.0，如何比較？【支持】NCl3的水解反應(yīng)方程式為：NCl3＋3H2O=3HClO＋NH3項目活動4|問題的提出項目活動4|水解

金屬離子在水中是以水合離子[M(H2O)n]m＋形式存在，請寫出[Fe(H2O)6]3＋第一步水解離子方程式。配位思想的運用1.金屬離子水解實質(zhì)水分子中氧原子的孤對電子與金屬離子形成配位鍵，削弱了水分子中的O－H鍵，因而氧氫鍵易斷裂，配體變?yōu)镺H－，釋放出H+[Fe(H2O)6]3＋

＋H2O

[Fe(OH)(H2O)5]2＋＋H3O+

本質(zhì)：電性作用（水合熱、離子鍵、金屬鍵、酸堿反應(yīng)等）2.影響內(nèi)因：離子本身與H+或OH－結(jié)合能力大小。根據(jù)離子之間的

相互作用，離子電荷越高，半徑越小，水解程度越大。（若電荷與半徑比值接近，需考慮電子構(gòu)型）項目活動4|水解思考：Fe3＋水解程度大于Fe2＋，原因？（可從電性作用角度）3.非鹽水解機理探究項目活動4|水解(1)SiF4+3H2OH2SiO3+4HF從化學(xué)鍵的角度解釋反應(yīng)機理。(2)CF4+2H2OCO2+4HF

K＝1023該反應(yīng)很難進(jìn)行，原因？C—F鍵很強，不易斷裂；動力學(xué)的角度，反應(yīng)速率很慢。項目活動4|水解廣義水解理論:水解者，解水也。即某物質(zhì)跟水發(fā)生相互交換

成分的反應(yīng)（重組反應(yīng)）。X－Y＋H－OHHY＋XOHδ＋δ＋δ－δ－本質(zhì)：電性作用鹽類、鹵代烴、酯、蛋白質(zhì)、糖類、非鹽水解、氧化還原水解（NaH）等氨基中N原子上的孤對電子參與形成大π鍵，使得N原子周圍的電子密度降低，從而使得氨基氫原子酸性相對增強，可以和堿反應(yīng)。項目評價（小組討論）腺嘌呤

兩個環(huán)是共平面的，氨基中氮原子上的孤對電子參與形成大π鍵，氨基與堿能反應(yīng)嗎，原因？項目反思與總結(jié)提升1.建構(gòu)主義認(rèn)為：知識是人們對客觀世界的一種解釋、假設(shè)或假說，將隨著人們認(rèn)識程度的深入而不斷地變革、深化，出現(xiàn)新的解釋和假設(shè)。結(jié)合本項目的學(xué)習(xí)，談一下你對這個觀點的理解。2.項目中的問題與你產(chǎn)生認(rèn)知沖突或無法有效突破障礙在哪里？3.你感受最深刻的，最有價值的有哪些？已知變量不能靈活運用；未知變量的存在。項目成果應(yīng)用