摘 要 以化學實驗為載體，從建構化學觀念角度入手，在硝酸的氧化性課堂教學中深入探討真實化學問題，培養(yǎng)學生實驗觀、微粒觀和元素觀等化學觀念，在問題解決和活動探究中，使學生達到技能與智能的融合統(tǒng)一。

關鍵詞 高中實驗 硝酸根的氧化性 非酸性條件 深度學習

作者簡介：韋福順（1991—），男，廣西大化人，南寧市第三中學中學一級教師，碩士，研究方向：高中化學教學研究。

一、設計思路分析

本課例思路來源于對高考題的深入思考：強堿性條件下硝酸根是否與鋁反應？產(chǎn)物是什么？這與中學師生的認知發(fā)生沖突：硝酸根只有在酸性條件下才具有氧化性，在堿性溶液中不具有氧化性。

本案例以深度學習為背景，采用以實驗探究為主的多種學習方式相結合的教學方式。以學生自主學習結果的交流、討論為主設置教學情景，激發(fā)學生的求知欲和學習興趣，引導學生自主、合作、探究學習，培養(yǎng)學生自主學習和探究學習能力，使化學學科核心素養(yǎng)在課堂落地生根。

在具體實施過程中，首先從對高考真題的交流討論出發(fā)，設計教學情景，接著通過演示實驗，進行直觀經(jīng)驗教學，喚起學生感觀意識，激發(fā)學生求知欲望，將學生精力集中到課堂；其次，從對比實驗得出的結論出發(fā)，逐步引導學生進行猜想、假設、設計方案、實驗驗證等一系列科學探究活動，對新知識進行探究性學習。在探究過程中把“觀察與思考”轉化為“活動與探究”，并設計開放性的思考題，引領學生進入一個充滿活力的生成式課堂。整個課堂教學中始終以學生為主體，重視創(chuàng)新精神、實踐能力的培養(yǎng)，進而實現(xiàn)了對學生化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提升。

二、教學分析

（一）教材分析

本課題在教材中并沒有明確的章節(jié)或內容呈現(xiàn)，但這并不意味著它屬于“無源之水”，教材中有關硝酸根的教學內容主要集中在“硝酸的性質”這一節(jié)課中，該內容安排在高中階段“硫酸的性質”之后。硝酸根在酸性條件下具有強氧化性，是高中的重點內容。其中判斷離子共存以及離子檢驗是學習中的重點和難點。探究的內容必然涉及氧化還原反應，該內容貫穿高中化學學習始終。

（二）學情分析

學生通過“硝酸的性質”一課知道硝酸具有強氧化性，通過長期反復地訓練，學生對于硝酸根氧化性的認識都建立在酸性條件下。而這種“定勢思維”與本節(jié)課探討的課題存在認知沖突，屬于學生的知識盲區(qū)。

根據(jù)認知沖突理論：學生已有的知識和經(jīng)驗與新知識之間存在某種差異而導致的心理失衡，很容易激起學生的求知欲望。通過合理的教學設計，增加學生參與討論、實踐的空間和時間，設置不同梯度的問題，通過深度學習逐步消除學生的認知沖突。學生已經(jīng)儲備了元素化合物、氧化還原反應、化學實驗等相關知識，在應用和深度認識上還需要進一步強化。學生具備了通過設計簡單實驗初步探究新問題的能力，對學科內知識有一定的整合能力，需要課堂上創(chuàng)設教學情境，進一步提升綜合素質。

三、素養(yǎng)目標設計

（一）教學目標

1.能夠描述不同濃度的硝酸鈉溶液與鈉反應的實驗現(xiàn)象并進行合理的解釋。

2.能依據(jù)實驗現(xiàn)象，應用化學用語表征反應過程。

3.通過合作與交流，能對實驗方案進行設計和評價。

（二）評價目標

1.通過硝酸鈉溶液與鈉塊反應后的產(chǎn)物驗證方案設計，診斷設計簡單的實驗探究方案的水平。

2.通過對反應產(chǎn)物猜想，診斷并發(fā)展學生基于物質類別、元素價態(tài)認識物質性質的水平。

3.通過對探究方案的設計不斷優(yōu)化，診斷并發(fā)展學生的環(huán)保意識和社會責任感。

四、教學流程設計

課程時長40分鐘，教學流程如圖1所示。

五、教學過程

（一）環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設情境，導入新課

[原題呈現(xiàn)]2021年浙江省1月選考原題A選項，如圖2所示。

[生]A選項錯誤。若溶液中存在硝酸根，會干擾判斷，因為硝酸根在酸性條件下具有強氧化性，可將溶液中的亞鐵離子氧化成鐵離子。

[師]硝酸根在酸性條件下有強氧化性，在非酸性條件下有沒有氧化性呢？

[生]學生分組討論、匯報。

小組1：沒有。HNO3在酸性條件下具有強氧化性，因此NO3-在酸性條件下具有強氧化性。

小組2：有。因為硝酸根中的氮為+5價，處于最高價態(tài)，從價態(tài)變化的角度，應該具有氧化性。

經(jīng)過舉手投票，認同小組1觀點的同學45人，占90%；認同小組2觀點的同學5人，占10%。

設計意圖：從學生自主學習結果的交流、討論出發(fā)，創(chuàng)設情景，將學生精力集中到課堂。

[師]探究硝酸根在非酸性條件下的氧化性，可以選擇一種具有強還原性的物質。大家有什么建議？

[生]強還原性的物質，金屬鈉最適宜。

[師]我們簡單回顧下金屬鈉與其它液體或溶液的反應現(xiàn)象，比如鈉與水、硫酸銅溶液、氯化鐵溶液的反應，感受金屬鈉強還原性。

[生]反應均出現(xiàn)浮、熔、游、響現(xiàn)象，在與硫酸銅溶液反應時還生成了藍色沉淀，在與氯化鐵溶液反應時生成紅褐色沉淀。金屬鈉與上述三種物質的反應現(xiàn)象都很明顯。

設計意圖：基于學生已有的知識水平、能力發(fā)展水平和潛能把學習的主動權還給學生，培養(yǎng)學生自主學習的能力。

（二）環(huán)節(jié)二：實驗設疑，循循善誘

[師]硝酸鈉溶液與鈉會如何反應呢？下面通過實驗來解決上述提到的問題。

實驗藥品：鈉塊、0.1 mol/L的NaNO3溶液、1.0 mol/L的NaNO3溶液、2.0 mol/L的NaNO3溶液。

實驗儀器：鑷子、燒杯。

輔助器材：注射器（含針頭）、硬紙板、小刀。

請各小組根據(jù)老師給定的藥品、儀器或器材，分組設計實驗探究方案并進行實驗。

[生]演示實驗操作。將綠豆大小的鈉用穿過硬紙板的注射器扎取后，如圖3所示；分別投入等體積但不同濃度的硝酸鈉溶液中，利用手機直播功能，如圖4所示，放大實驗操作細節(jié)和現(xiàn)象，方便其他同學進行觀察。

設計意圖：以學生的學習為中心，培養(yǎng)合作學習和自主學習能力。

經(jīng)過三組實驗，分別觀察到實驗現(xiàn)象，如表1所示。

設計意圖：培養(yǎng)學生動手能力和實驗操作技能?；瘜W實驗不僅對學生有很大的誘惑力，而且現(xiàn)象直觀、真切、說服力強。用醫(yī)院里的一次性針筒，物盡其用進行實驗改進，把對鈉和硝酸鈉溶液的反應“觀察與思考”改為“活動和探究”，讓學生在親身體驗中獲得新知識。

[師]根據(jù)現(xiàn)象，大家得出什么結論？

[生]NO3-與Na發(fā)生了化學反應，且濃度越大反應速率越快，越劇烈，現(xiàn)象越明顯。

[師]硝酸根反應后生成什么物質呢？

小組3：討論各種可能產(chǎn)物，或肯定或否定，并提供適當理由。有學生猜測產(chǎn)生了氨氣，被其他同學否定，因為沒有聞到刺激性氣味。有同學猜測產(chǎn)生了一氧化氮或二氧化氮，被其他同學否定，因為沒有在空氣中觀察到紅棕色。也有同學猜測產(chǎn)生了一氧化二氮，也被否定，因為沒有聞到甜味兒，最終推測最有可能的是產(chǎn)生了亞硝酸根。

設計意圖：用實驗進行直接經(jīng)驗教學，讓學生熟悉氮元素的各種價態(tài)，熟練運用氧化還原反應原理對產(chǎn)物進行合理猜測，最后通過實驗現(xiàn)象佐證產(chǎn)物或者否定猜想，培養(yǎng)學生證據(jù)推理能力。

（三）環(huán)節(jié)三：實驗探究，漸入佳境

[師]印證猜想的最佳途徑是實驗得出的事實。大家能不能設計實驗，驗證溶液中亞硝酸根的存在呢？設計后進行實踐和評價。

[生]設計實驗方案如下：

方案一：取樣，加入鹽酸酸化，再加碘化鉀淀粉溶液。該方法不合理，溶液中的硝酸根離子會干擾檢驗。

方案二：取樣，加入硝酸銀溶液。該方法也不合理，堿性環(huán)境中暗褐色氧化銀的生成會干擾檢驗。

方案三：取樣，加入高錳酸鉀溶液。該方法合理。

設計意圖：培養(yǎng)學生合理假設、實驗方案設計和邏輯推理能力。

[生]按方案三進行分組實驗。取20 mL 1 mol/L的NaNO3溶液，投入半顆綠豆大小的Na，重復投放4-5次。取反應后的溶液4 mL于一支小試管中，加入幾滴KMnO4溶液，振蕩試管，觀察到溶液最終變?yōu)闇\綠色，證實生成了錳酸根，如圖5所示。

結論：NO3－與Na反應后的溶液中產(chǎn)生了還原性離子，與KMnO4溶液發(fā)生氧化還原反應，證實原溶液中含有NO2－。

[師]請根據(jù)以上探究得出的結論，嘗試寫出NO3－離子與Na反應的離子方程式。

[生]2Na + NO3－ + H2O = 2Na+ + NO2－ + 2OH－

設計意圖：考查學生化學符號表達能力。

（四）環(huán)節(jié)四：拓展延伸，他山之石

[師]該反應方程式是根據(jù)實驗現(xiàn)象進行合理推理寫出來的，理論上該反應確實發(fā)生了嗎？老師給大家提供兩條對應理論證據(jù)。

[師]先從電化學角度來看，Na - e－ → Na+ E（Na+/Na） = -2.710 V

NO3－ + 2e－ + H2O → NO2－ + 2OH－? E = 0.00849 V

正極電勢高于負極電勢，可構成原電池，即可能有自發(fā)的氧化還原反應發(fā)生。

再從熱力學角度進行查表計算，該反應ΔH = -554.0 KJ/mol；ΔG = -741.9 KJ/mol。計算出的吉布斯自由能變小于零，可以推測該反應可自發(fā)進行[1]。

設計意圖：對知識進行補充拓展，強化證據(jù)意識，使學生理解更深刻。

（五）環(huán)節(jié)五：評價反思，總結提升

[師]請同學們再回憶剛才三組對比實驗，解釋鈉的燃燒現(xiàn)象，并對本節(jié)課的探究下個結論。

[生]硝酸根與鈉反應放出大量的熱，達到了鈉的著火點，在空氣中燃燒起來，同時燃燒生成過氧化鈉，與水反應又有氧氣放出，進一步促進鈉的燃燒。硝酸根離子在酸性條件下有強氧化性，在非酸性條件下，與還原性很強的鈉也發(fā)生了化學反應，體現(xiàn)了氧化性。

設計意圖：引導學生學后反思，能及時地強化知識點和學習方法，培養(yǎng)學生良好的學習習慣。

六、教學反思

通過本節(jié)課的教學，有如下幾點體會：

本節(jié)課以實驗探究為主線，通過觀察實驗現(xiàn)象，正確運用離子方程式表達硝酸根與鈉之間的反應，充分體現(xiàn)了宏觀辨識與微觀探析學科素養(yǎng)。通過實驗現(xiàn)象認識到化學變化的本質是有新物質生成并伴有能量轉化。同時構建了氧化還原反應模型，養(yǎng)成了敢于質疑、嚴謹求實的科學態(tài)度。從問題和假設出發(fā)，依據(jù)探究目的設計實驗方案，并對實驗方案進行評價。

本節(jié)課進行了如下改進：（1）反應裝置改進。使用注射器針頭刺穿Na塊，不僅對鈉塊起到固定作用，而且說明金屬鈉質軟；用硬紙板代替玻璃片，防止爆炸引起的潛在危險；使用大容量燒杯，不僅利于散熱，而且能收集較多可能生成的氣體，同時便于觀察氣體顏色變化和后期通過煽聞法辨別氣體味道。（2）現(xiàn)象呈現(xiàn)改進。利用希沃白板的信息交互功能，將“微觀”的演示實驗進行放大投影，將反應發(fā)生的更多細節(jié)“宏觀”化，便于在班級中不同位置的學生進行觀察。

本節(jié)課在課前需要做充分準備：第一點是本節(jié)課有部分前置知識、思維容量較大，比如N2O氣體有甜味、吉布斯自由能變方程等，所以需要讓學生提前預習，做好“問題導學工具單”，課前了解本節(jié)重難點。第二點是課前預設學生的所有可能反饋情況。比如硝酸根發(fā)生還原反應的產(chǎn)物猜想為何不能為N2等。

[參 考 文 獻]

[1]嵇雷高.堿性條件下硝酸根真的沒有氧化性嗎[J].化學教育，2014（11）：87-88.

（責任編輯：姜顯光）