数字化手持图像认识电解质
安徽省马鞍山市第二十二中学 周美华 后勇军
课程标准要求: 1. 掌握电解质、非电解质、电离的概念。
2.
区分电解质与非电解质。
教材分析与传统教学:
在初中化学中,学生已做过溶液的导电性实验。教材在此基础上,介绍氯化钠、硝酸钾、氢氧化钾等固体分别加热至熔化后能导电,引出电解质的概念。然后,教材借助于图2-9 NaCl在水中的溶解和电离示意图,通过介绍氯化钠在水中的溶解和电离,引出氯化钠电离方程式的书写,以及HCl、H2SO4 、HNO3 三种酸的电离方程式,从电离的角度得出酸的定义。教材最后安排“思考与交流”活动,引导学生从电离的角度概括出碱和盐的本质。
在传统教学中,为帮助学生区分电解质与非电解质的概念,教师往往着重强调“水溶液”“或”“熔融态” “化合物”这四个定义点,明确电解质包括五大类物质:酸碱盐水大部分金属氧化物,再通过练习题巩固概念; 为帮助学生理解电离的过程,教师常借助于PPT、flash动画模拟微观电离。
在传统教学中,不足一: 教材通过溶液导电性实验,观察灯泡是否发亮来宏观描述电解质。但灯泡是否发亮还受浓度影响,当电解质溶液浓度过低而电阻过大时,灯泡是否发亮是不确定的,而水是不能使灯泡发亮的。对于水这种电解质,又如何用定义“水溶液或熔融态导电”来解释呢?此导电性实验还往往让学生错觉地认为电离是通电后发生的。不足二:教材借助于图2-9 NaCl在水中的溶解和电离示意图,介绍氯化钠在水中的溶解和电离。但这仅是平面示意,学生的微观理解有限,教师若再使用动画微观模拟,虽可形成较强的视觉冲击帮助学生更好地理解电离,但是动画终究是技术模拟而不是事实的直接表现,对学生的事实震撼力有限。
数字化手持图像的表征意义:
1、作为传统教学手段的补充,通过实时监测出的数字化导电率图像,可以量化地观察是否导电,而不必以灯泡是否发亮为依据。对于“水是电解质”,也可以通过监测水的电导率来轻松理解。
2、当电解质浓度改变时相应的电导率曲线的变化,可以很好地解释灯泡发亮程度的变化。
3、导电率的数据可以很好地帮助学生认识到电离的发生与是否通电是无关的。
【教学片段】:
环节1:创设实验情境→宏观表征
【实验】通过碳棒电极测物质的导电性。
(1)测氯化钠固体的导电性,观察灯泡变化;
(2)测纯水的导电性,观察灯泡变化;
(3)测纯水中慢慢加入氯化钠固体的导电性变化,观察灯泡变化。
【学生活动】:(P-预测)实验现象:(1)、(2)灯泡不亮无变化;(3)灯泡变亮。
【教师活动】:完成实验。
【学生活动】:(O-观察)描述实验现象,并尝试解析产生该现象的原因:
(1)灯泡不亮;
(2)灯泡不亮;
(3)随着水中慢慢加入氯化钠固体,灯泡逐渐变亮、越来越亮。
【教师活动】(E-解释):氯化钠固体、纯水不导电,故灯泡不亮。但氯化钠溶液导电,且浓度越大导电性越强,故随着氯化钠在水中溶解,灯泡逐渐变亮并越来越亮。
环节2:宏观表征→符号表征→微观表征
【教师活动】:上述实验如何从微观角度来解释?
【学生活动】:(P-预测)NaCl在水中溶解后发生电离,产生自由移动的Na+和Cl—。
【教师活动】: NaCl = Na+ + Cl—
【学生活动】:(O-观察)阅读图2-9微观示意图,解析实验现象。
【教师活动】:(E-解释)NaCl加入到水中溶解并发生了电离,与水分子形成能自由移动的水合钠离子和水合氯离子。在外加电场的作用下,自由离子可以发生定向移动从而能导电。
环节3:微观表征→曲线表征
【教师活动】:我们通常用物理量“导电率”来表示电解质溶液的导电能力大小。可以定量表示导电性强弱,导电率越大,溶液导电能力就越强。
【学生活动】:(P-预测)学生预测导电率变化趋势:由“灯泡逐渐变亮越来越亮”可以推测,导电率上升。
【教师活动】:利用手持技术进行导电率探测实验:将威尼尔导电率传感器校准后置于蒸馏水中,点击开始采集,近25秒将少量NaCl固体慢慢地加到水中,继续采集溶液导电率的变化曲线。
水中加入氯化钠固体的导电率变化
【学生活动】:(O-观察)观察、记录导电率曲线的变化。
【教师活动】:溶液的导电性为什么会增强?如何解释?
【学生活动】:小组讨论,与预测进行对比、解释。
(E-解释)分析曲线:水的导电率几乎为零,说明水几乎不导电;随着NaCl固体的不断加入,溶解并电离产生自由移动的离子从而溶液的导电率增大。
【实验】:测定盐酸、氢氧化钠溶液的导电率。
【学生活动】)(P-预测):导电率不为零。
【教师活动】:完成实验。利用威尼尔导电率传感器测定HCl溶液、NaOH溶液的导电率。
盐酸溶液的导电率
氢氧化钠溶液的导电率
【学生活动】(O-观察)现象:导电率不为零。
【学生活动】(E-解释):HCl、NaOH在水中溶解时,都发生了电离,产生了自由移动离子。
HCl = H+ + Cl- NaOH = Na+ + OH-
【实验】测酒精的导电率。
【教师活动】:由导电率数据我们知道盐酸、氢氧化钠、氯化钠这3种化合物都是电解质,那么酒精的导电率?
【学生活动】(P-预测):导电率为零。
【教师活动】:完成实验, 利用威尼尔导电率传感器测无水酒精的导电率。
酒精的导电率
【学生活动】(O-观察)现象:导电率几乎为零但不为零。
【学生活动】:猜想微弱导电的原因:
1、酒精自身产生了电离。
2、酒精不纯,其中有其它物质发生了电离。
【教师活动】:酒精标签,含水<0.03%,可能由水造成的。
【学生活动】:讨论设计实验方案:向酒精中加水,测导电率的变化。
【学生活动】(P-预测):导电率有变化。
【教师活动】:完成实验,利用威尼尔导电率传感器测向酒精中加水的导电率变化。
酒精加水的导电率变化
【学生活动】(O-观察)现象:导电率增大
【教师活动】(E-解释):酒精不能发生电离产生自由移动离子而导电,但水有弱导电性。水是电解质,酒精是非电解质。回看水中加食盐的导电率图:
水中加氯化钠固体的导电率变化
【教师活动】(E-解释):比较可看出水的导电率不为零,弱导电性。酒精较水的导电率大,由成分标签知原因可能含有其他微量的电解质。
在此片段中,利用威尼尔数字化手持图像的导电率辅助教学,可以帮助学生形象、直观、感性地认识电解质的概念,避免电离需导电的理解误区,深层次从电离的角度,根据导电率量化判断电解质、理解水是电解质。威尼尔数字化手持图像弥补了传统电解质教学实验的不足,在感性认识和量化判断方面意义深远!