化学反应中的介质 “化学反应的介质”教学设计
时间：2019-02-07 03:24:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文章编号:1005-6629(2010)01-0051-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B 教师在教学时经常会遭遇这样一类问题:学生在书写方程式或进行实验设计时经常忽视化学反应所处的环境,即化学反应的介质,从而产生如下错误:强酸性介质中生成碱性气体如NH3、强碱性介质中生成酸性气体如SO2、应该使用酸性介质时却使用了碱性介质等等。正是这样一些细节问题导致了实验的失败、工艺流程的错误以及学生考试时不必要的失分。有相当一部分学生对于这些错误不以为然,多次纠正后效果甚微。
为解决此问题笔者在高三一轮复习时专门设计了“化学反应的介质”这一节课,目的是让学生从化学的视角去思考问题:化学反应是有条件的,是在一定环境下才能发生的。从而使学生养成严谨的思维习惯,让他们意识到细节往往决定成败。
1 设计思想
(1)创设多层面、多角度的相关问题,让学生体会。诱发学生不断激起认知冲突,唤起其求知欲望,让学生情不自禁地进入到情景中,领会介质的重要性。
(2)将教学内容分为三大块:无机反应中的介质、有机反应中的介质、电化学反应中的介质。使学生意识到介质问题贯穿了元素化合物、有机化学、电化学等诸多知识板块。
(3)注重学生化学素养的培养。尽可能联系实际情景,将抽象的问题具体化,让学生感受化学的真实性、实用性和实验性。
2教学过程纪要
[引入]创设问题,激起学生的认知冲突。
[问题1]请书写下列反应的离子方程式:
(1)Mg与稀HNO3反应,HNO3的还原产物中N元素呈-3价。
(2)将CH4和O2通入KOH溶液中形成燃料电池,请写出电池的负极反应式。
(3)S与NaOH溶液共热发生歧化反应。
[答案](1)4Mg+10H++NO3-=4Mg2++NH4++3H2O
(2)CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
(3)3S+6OH- 2S2-+SO32-+3H2O
[学生的典型错误]
(1)4Mg+9H++NO3-=4Mg2++NH3↑+3H2O
(2)CH4-8e-+2H2O=CO2↑+8H+
(3)3S+4OH- 2S2-+SO2↑+2H2O(或将S2-写成H2S等)
对于写3个离子方程式,学生的错误率甚高。离子方程式的书写虽是高中化学的重点,可同学们并不觉得其是难点,一向认为自己掌握得还不错,今天居然落得几乎要全军覆没,顿觉气馁。
[教师]不知道大家有没有发现自己写错的离子方程式都源于同一种错误,自己回顾一下,能不能找到错误的根源?
[学生]思考总结,并低声相互讨论,若有所悟。
[小结](教师巡视教室与学生交流)大部分同学的错误在于没有注意反应所处的环境,生成物所呈现的形式与溶液的酸碱性是有关的。如果反应环境是酸性的,则离子方程中不应使用OH-;如果反应环境是碱性的,则离子方程中不应使用H+;其他物质也应以其相应的方式呈现,如酸性环境生成CO2,碱性环境生成CO32-,弱碱性环境还会生成HCO3-等。
化学反应的介质决定物质呈现的形态,介质控制不当还会导致化学实验的失败、工艺流程的错误等。所以,化学反应需要在合适的介质下进行。今天我们这节课就来学习一下介质对无机反应、有机反应、电化学反应中的重要性。
2.1无机反应中的介质
[问题2]判断下列离子组是否能大量共存
A. pH=7的溶液中:Fe3+、Cl-、SO42-、Na+
B. NH4+、Al3+、NO3-、HCO3-
C. 使甲基橙呈红色的溶液中: K+、NO3-、Na+、 [Ag(NH3)2]+
[解析]均不能共存。A中的Fe3+应存在于酸性介质中,pH=7的中性介质中铁元素应以Fe(OH)3形式存在;B中的Al3+和HCO3-因发生双水解反应不能共存。C中[Ag(NH3)2]+ 在酸性介质中不能存在,其配体NH3可以与介质中的H+反应, 使[Ag(NH3)2]+遭受破坏, 所以[Ag(NH3)2]+只能存在于碱性介质中。
[问题3]腐蚀铜板后的混合溶液中含Cu2+、Fe3+和Fe2+,请参照下表(表1)给出的数据和药品,简述除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+的实验步骤。
[解析]从表中数据可以看出,将介质的pH调至3.2即可将Fe3+完全转化成Fe(OH)3除去。但是通过调节介质的pH的方式无法将Fe2+与Cu2+分离,故应先将Fe2+氧化成Fe3+,然后再调节介质的pH。
[答案]实验步骤为:①通入足量氯气, 将Fe2+氧化成Fe3+; ②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7;③过滤以除去Fe(OH)3。(若不限制药品, CuO、 Cu(OH)2、 CuCO3、 Cu2(OH)2CO3等均可用来调节溶液的pH)。
从上题可以看出,用恰当的方法调节介质的pH,可以将不同的金属阳离子实现分离。
2.2 电化学反应中的介质
[问题4]对氢氧燃料电池若使用的电解质不同,两极发生的反应也不同,请写出下列氢氧燃料电池的极反应方程式:
(1)稀H2SO4作电解质溶液
(2)KOH溶液作电解质溶液
(3)固体氧化物作电解质(高温下传递O2-)
(4)熔融碳酸盐作电解质
[解析] (1)由于使用了酸性介质,所以书写方程式应使用H+和H2O(以下类似) 。负极 2H2-4e-→4H+, 正极O2+4e-+4H+→2H2O;
(2)负极 2H2-4e-+4OH-→4H2O,
正极 O2+4e-+2H2O→4OH-;
(3)负极 2H2-4e-+2O2-→2H2O,
正极 O2+4e-→2O2-;
(4)负极 2H2-4e-+2CO32-=2H2O+2CO2↑,
正极 O2+4e-+2CO2→2CO32-。
由于使用了不同的介质,电极反应式的书写截然不同。
[问题5]在铝表面着色,先用电解法使铝表面附上一层氧化铝。其方法是将铝件作阳极,铁作阴极,用碳酸氢钠作电解液,进行电解。其原理是,通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成一层 Al(OH)3薄膜, 薄膜的某些部位存在着小孔, 电流从小孔通过并产生热量使 Al(OH)3分解, 从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。试回答:
(1)铝件表面形成一层 Al(OH)3 薄膜的电极反应式为_________。
(2)电解过程中,必须使电解液pH保持相对稳定(不能太大,也不能太小)的原因是_______。
(3)使用电解液为NaHCO3溶液,会减缓阴极区溶液pH的增大,能说明这一原理的离子方程式为__________________。
[解析]阳极应是铝失电子生成Al3+,而生成的Al3+可和电解质溶液中的HCO3-发生双水解反应生成Al(OH)3 薄膜, 进一步分解生成氧化铝薄膜。 阴极应是电解质溶液中的水电离出的H+离子得电子生成氢气,同时阴极区溶液pH增大,会使氧化铝薄膜溶解。但这里使用NaHCO3电解液,HCO3-与生成的OH-反应,从而会减缓阴极区溶液pH的增大。故合理使用介质是氧化铝薄膜能否形成的关键。
[答案](1)Al-3e-→Al3+, Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑; 或Al+3HCO3--3e-=Al(OH)3↓+3CO2↑;
(2) Al(OH)3、Al2O3均有两性, pH太大或太小,都会使氧化铝薄膜溶解。
(3)HCO3-+OH-=CO32-+H2O 。
2.3 有机反应中的介质
[问题6]已知:R-CH=CH2 R-CH2-CH2
-Br
[解析]这是2006年江苏省高考化学试题23题第(4)小题,合成的流程并不复杂,一般学生都能找到正确的思路,但是得分却不高。原因是在合成的过程中反复涉及了酸碱性不同的介质,起始物质中的官能团-COOH应根据不同的情况发生相应的反应。第一步碱性介质-COOH应转化成-COONa,第二步酸性介质-COONa应转化成-COOH,第三步碱性介质-COOH又转化成-COONa。具体合成流程如下:
很多同学正是忽视了这些细节问题而失分。
由此可见,许多化学反应是在一定的介质下进行的。化学实验、工业生产等应根据要求合理使用介质,才能确保成功。我们在教学中应注重培养学生的“介质”观念,培养学生良好的化学素养。
[后记]《化学反应的介质》是一节苏州市的公开课,听课老师普遍反映良好。经过这节课后,学生思考这类问题的意识明显增强,由于介质问题导致的考试失分也明显减少。
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