第三章水溶液中的離子反應(yīng)與平衡單元復(fù)習(xí)課《碳酸飲料與人體健康》教學(xué)設(shè)計高二上學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修1

一、教學(xué)內(nèi)容分析“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”是人教版化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》第三章的內(nèi)容，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《新課標(biāo)》)對本內(nèi)容的學(xué)業(yè)要求是：能綜合運用離子反應(yīng)、化學(xué)平衡原理，分析和解決生產(chǎn)、生活中有關(guān)電解質(zhì)溶液的實際問題。能進行溶液pH的簡單計算，能正確測定溶液的pH，能調(diào)控溶液的酸堿性。能選擇實例說明溶液pH的調(diào)控在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要作用?！缎抡n標(biāo)》還指出在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)真實而有意義的化學(xué)學(xué)習(xí)情境，注重轉(zhuǎn)變學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地開展建構(gòu)學(xué)習(xí)、問題解決學(xué)習(xí)，充分開發(fā)和利用現(xiàn)代信息技術(shù)資源，培養(yǎng)學(xué)生解決陌生情境下不同復(fù)雜程度問題的能力。“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”是化學(xué)平衡理論在水溶液中的應(yīng)用，在化學(xué)反應(yīng)原理模塊占有非常重要的地位。包括弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽類的水解平衡和難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡，幫助學(xué)生建構(gòu)粒子觀、變化觀、平衡觀等學(xué)科觀念，引導(dǎo)學(xué)生從溶液中存在的粒子、粒子間發(fā)生的變化、粒子間建立的平衡等視角認(rèn)識水溶液中的反應(yīng)。基于真實情境的教學(xué)有利于學(xué)生提高分析解決實際問題的能力，有利于形成分析水溶液復(fù)雜體系的思路和方法，進一步發(fā)展微粒觀?！疤妓犸嬃吓c人體健康”是“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”的一個緊密聯(lián)系生活實際的真實問題。該素材有豐富的教學(xué)價值(見圖1)。圖1“碳酸飲料與人體健康”教學(xué)價值二、學(xué)情分析通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)基本掌握弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽類的水解平衡、難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡的相關(guān)知識，但學(xué)生對于水溶液的認(rèn)知始終停留在記憶規(guī)律、生搬硬套的淺層次，當(dāng)面對多平衡共存的復(fù)雜體系時，常常表現(xiàn)出思維混亂，缺乏從真實問題情境中提取化學(xué)問題的能力，更缺乏系統(tǒng)分析多平衡體系的思路方法。三、教學(xué)目標(biāo)1.從微觀角度、平衡角度認(rèn)識水溶液中的離子平衡。從制作碳酸飲料這一宏觀事實中抽離辨識出宏觀性質(zhì)，從性質(zhì)探究進入微觀粒子及微觀粒子之間的行為分析，幫助學(xué)生形成微粒觀、平衡觀。（宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理）2.形成水溶液中離子平衡問題的思維模型。通過碳酸飲料的制作、飲用碳酸飲料打嗝分析，構(gòu)建解決水溶液中離子平衡問題的思維模型。（微觀探析、變化觀念、模型認(rèn)知）3.應(yīng)用水溶液中的離子平衡問題思維模型解決復(fù)雜問題。通過血液中H2CO3NaHCO3體系能穩(wěn)定血液pH、碳酸飲料毀牙等實際問題的解決，形成系統(tǒng)的分析模型：確定認(rèn)識對象（溶質(zhì)和溶劑）→分析主要微粒種類和數(shù)目→分析主要平衡及平衡移動→分析平衡移動結(jié)果（宏觀現(xiàn)象等）。（宏觀辨識與微觀探析、變化觀念、科學(xué)態(tài)度）4.發(fā)展學(xué)生分析解決實際問題的能力。通過創(chuàng)設(shè)真實而有意義的情境，將零散、孤立的知識重整為系統(tǒng)、整體的知識，同時真實感受到水溶液中的離子平衡問題與生活息息相關(guān)，體會化學(xué)的學(xué)科價值。（科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任）四、教學(xué)重難點教學(xué)重點：1.應(yīng)用水溶液中的離子平衡問題思維模型解決實際問題。2.依據(jù)宏觀物質(zhì)種類分析溶液中微粒的種類、數(shù)量和相互作用。3.再依據(jù)分析結(jié)果預(yù)測宏觀層面表現(xiàn)出的作用結(jié)果（宏觀現(xiàn)象等）。教學(xué)難點：1.自主地利用所構(gòu)建的水溶液中的離子平衡問題的思維模型，分析和解決實際問題。2.溶液pH的簡單計算。五、教學(xué)過程環(huán)節(jié)一：情境引入，構(gòu)建模型【情境1】你喜歡喝碳酸飲料嗎？雖然我們每個人的口味都不一樣，但是碳酸飲料是我們公認(rèn)的快樂水，如果我們天天喝碳酸飲料，你會一直快樂嗎？任務(wù)一核心活動問題設(shè)計構(gòu)建水溶液中離子平衡問題的思維模型。利用生活中常見材料，課堂上自制碳酸飲料。觀察到了什么現(xiàn)象?2.你能從微粒、平衡角度解釋產(chǎn)生這一現(xiàn)象的本質(zhì)原因嗎?（1）純水中存在哪些微粒和平衡?（2）加入小蘇打，微粒種類有何變化，產(chǎn)生了哪些新的平衡?（3）再加人檸檬汁，外界條件改變對原有平衡產(chǎn)生怎樣的影響?3.你能提煉出分析水溶液中離子平衡問題的思維模型嗎?利用生活中常見材料，課堂上自制碳酸飲料，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，同時在此過程中學(xué)生獲得了宏觀感性認(rèn)識。接著為了讓學(xué)生有針對性地深入思考，提出與電離、水解等化學(xué)核心知識相聯(lián)系的驅(qū)動性問題。通過問題引導(dǎo)，學(xué)生對制作過程的每一步進行微粒、平衡的分析，經(jīng)過學(xué)生討論，師生交流，電離、水解等化學(xué)核心知識得到有效的復(fù)習(xí)提升，學(xué)生也在此過程中逐步找到分析水溶液中的離子平衡問題的思維模型（如圖2所示）。圖2水溶液中的離子平衡問題的思維模型設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)真實的生活化情境，讓學(xué)生感受化學(xué)就在我們身邊，讓學(xué)生產(chǎn)生主動研究的興趣。通過真實的問題的解決，將零散的、孤立的知識重整為系統(tǒng)的、整體的知識，幫助學(xué)生從微粒觀、平衡觀的視角形成解決電解質(zhì)問題的思維模型。從性質(zhì)進入微觀粒子及粒子之間的行為的分析，從現(xiàn)象切入對本質(zhì)的分析與探討，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)。利用問題解決幫助學(xué)生形成分析思路，抓住關(guān)鍵要素，構(gòu)建分析模型。環(huán)節(jié)二：應(yīng)用模型，問題化解【情境2】碳酸飲料進入人體后，又會產(chǎn)生怎樣奇妙的現(xiàn)象呢？播放喝碳酸飲料打嗝的視頻后提出問題，為什么喝碳酸飲料容易打嗝呢？學(xué)習(xí)任務(wù)核心活動信息提示根據(jù)構(gòu)建的水溶液中離子平衡問題的思維模型，解決單一溶液的新問題。利用模型，小組合作探究為什么喝碳酸飲料容易打嗝。1.碳酸飲料是指在一定條件下充人二氧化碳?xì)怏w的飲料，20℃時二氧化碳的體積倍數(shù)不低于2.0倍。2.胃液pH：，碳酸飲料pH：25，人體正常溫度：36℃，湖北省夏季溫度：2835℃，冬季溫度：27℃學(xué)生從所給的信息提示中，獲取有用的信息，經(jīng)過學(xué)生討論，師生交流，學(xué)生學(xué)會了利用建立的水溶液中的離子平衡思維模型去解決單一溶液的問題。設(shè)計意圖：飲用了碳酸飲料后打嗝是生活中常見的現(xiàn)象，但是很少有學(xué)生從化學(xué)的角度來分析這個現(xiàn)象，利用搞笑的視頻，激發(fā)學(xué)生探索的欲望，使相對干澀難以理解的理論教學(xué)變得生動有趣起來。本環(huán)節(jié)的設(shè)計不僅可以應(yīng)用模型，分析新情境，從而驗證模型的正確性而且將認(rèn)知模型與實際問題融合，運用認(rèn)知模型解決真實問題。讓學(xué)生將“模型”在真實問題中學(xué)以致用，促進學(xué)生進一步完成水溶液知識體系結(jié)構(gòu)化，認(rèn)識思路系統(tǒng)化，進一步實現(xiàn)學(xué)生必備知識與關(guān)鍵能力的協(xié)調(diào)發(fā)展。環(huán)節(jié)三：【情境3】2023年6月13日新聞素材：大量引入碳酸飲料導(dǎo)致酸中毒。學(xué)習(xí)任務(wù)核心活動問題設(shè)計根據(jù)構(gòu)建的水溶液中離子平衡問題的思維模型，解決更為復(fù)雜的混合溶液的問題。利用模型，小組合作探究為什么少量的碳酸飲料不會引起酸中毒？1.我們平時也喝可樂等酸性的碳酸飲料，為什么沒有引發(fā)酸中毒呢?2.外加少量酸堿，血液的pH為什么能夠保持穩(wěn)定呢?以H2CO3—NaHCO3體系為例進行說明。驗證上述討論結(jié)論的正確性。向60mL人工合成的模擬血液中逐滴加入可樂，用pH計測量該過程溶液的pH變化情況，并將數(shù)據(jù)傳入電腦，繪制pH時間圖像。前一分鐘加入可樂溶液的pH如何變化？后一分鐘加入可樂，pH又如何變化？驗證上述討論結(jié)論的正確性。一緩沖溶液由0.10mol·L1H2CO3和0.10mol·L1NaHCO3組成。試計算：(1)該緩沖溶液的pH；(2)在1000mL該緩沖溶液中加入10mL1.0mol·L1HCl溶液后的pH。通過計算說明，在1000mL該緩沖溶液中加入10mL1.0mol·L1NaOH溶液后的pH又如何變化？通過前面兩個環(huán)節(jié)的鋪墊，學(xué)生已經(jīng)能抓住關(guān)鍵要點，完成從單一溶液到混合溶液、從單一平衡到多重平衡的思維跨越，已經(jīng)學(xué)會了從微粒觀、平衡觀的角度分析問題。但是理論分析結(jié)果還需要進行驗證，因此先進行實驗驗證，將可樂逐滴加入人工合成的模擬血液中，利用pH傳感器測出所得溶液pH的變化（實驗結(jié)果如圖3所示），讓學(xué)生體驗數(shù)字化實驗給我們帶來的便利，同時定量的計算仍然是必不可少的。由于血液成分的復(fù)雜性，為了幫助學(xué)生降低計算的難度，特將此計算進行簡化。圖3實驗結(jié)果設(shè)計意圖：將建立的水溶液中的離子平衡思維模型作為理論工具去分析更為復(fù)雜的混合溶液問題，提煉新增視角，形成系統(tǒng)分析模型。然后在進行傳感器定量的測定溶液pH的變化實驗，驗證分析模型的合理性，實證與理論相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。同時利用傳感器，將水溶液中的離子平衡的微觀本質(zhì)外顯化，幫助學(xué)生建立基本的“微粒觀”“平衡觀”。最后再引導(dǎo)學(xué)生通過計算，進一步驗證分析模型的正確性，從定量視角展開推理，幫助學(xué)生建構(gòu)多維視角分析模型，強化“宏—微—符”三重表征能力，進一步發(fā)展學(xué)生的微粒觀、轉(zhuǎn)化觀、平衡觀等化學(xué)觀念。環(huán)節(jié)四：【情境4】2023年6月23日新聞素材：經(jīng)常喝碳酸飲料腐蝕牙齒。學(xué)習(xí)任務(wù)核心活動信息提示根據(jù)構(gòu)建的水溶液中離子平衡問題的思維模型，解決沉淀溶解平衡問題。利用模型，小組合作探究牙齒的表面有一薄層釉質(zhì)保護著，釉質(zhì)層的主要成分是難溶的羥基磷灰石[

Ca5(PO4)3OH]。羥基磷灰石[

Ca5(PO4)3OH]飽和溶液中存在沉淀溶解平衡：設(shè)計意圖：引入沉淀溶解平衡，完善水溶液中離子問題分析模型并再次利用，發(fā)展學(xué)生解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)系統(tǒng)思維能力。環(huán)節(jié)五：總結(jié)提升，課后拓展回憶學(xué)習(xí)路徑，總結(jié)水溶液中的離子平衡問題思維模型。提出課后拓展探究：試根據(jù)本節(jié)課所學(xué)，解釋全球變暖加速了珊瑚的減少的原因。從而體會我國提出“碳達峰”“碳中和”目標(biāo)所體現(xiàn)的大國擔(dān)當(dāng)。設(shè)計意圖：使知識結(jié)構(gòu)化，同時學(xué)生真實感受到化學(xué)平衡與生活息息相關(guān)，以及化學(xué)平衡的調(diào)控對生產(chǎn)、生活的重要意義，體現(xiàn)化學(xué)的學(xué)科價值。六、教學(xué)反思本節(jié)單元復(fù)習(xí)課選擇“碳酸飲料與人體健康”這個真實問題為情境素材，讓學(xué)生在課堂上經(jīng)歷真實的探索過程，感受化學(xué)的學(xué)科價值。在自制碳酸飲料過程中，構(gòu)建水溶液中的離子平衡問題的思維模型。在應(yīng)用模型分析飲用碳酸飲料打嗝的原因過程中，讓學(xué)生將“模型”在真實問題中學(xué)以致用，同時也驗證了模型的正確性。將建立的水溶液中的離子平衡思維模型作為理論工具去分析更為復(fù)雜的H2CO3—NaHCO3混合溶液問題，提煉新增視角，形成系統(tǒng)分析模型。最后再將模型拓展運用到沉淀溶解平衡問題中，進一步完善水溶液中離子平衡問題分析模型并再次利用，最終建構(gòu)出分析