《基于色度计探究碳酸钠与盐酸反应原理》说课稿全国化学实验说课大赛获奖案例Word格式文档下载.docx

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通过解决发酵粉主要成分为碳酸钠而非碳酸氢钠这一实际问题，探究碳酸钠与盐酸反应原理，理解物质组成结构、性质、应用间的关系。

通过色度计由宏观颜色改变，结合透色比数据分析，感知微观粒子于溶液中的行为，发展宏观辨识与微观探析的核心素养。

通过设计实验探究碳酸钠与酸反应原理，分析推理论证假设，体验化学实验创造的激情，发展证据推理的核心素养，形成严谨的科学态度。

六、评价目标

通过对碳酸钠与盐酸反应原理推测结果的讨论与点评，诊断和发展学生建立物质组成、结构、性质与应用间联系的能力。

通过对结合宏观现象与数据分析推理过程的观察与点评，诊断和发展学生宏观辨识与微观探析素养水平。

通过对验证碳酸钠与盐酸反应原理的实验方案的讨论与点评，诊断和发展学生信息提取能力，问题解决能力以及对证据推理要素的掌握程度。

【核心素养】：

本节课深入落实高中化学核心素养：

整堂课以实验探究为主要过程，师生通过创新教材定性实验为定量实验（实验探究与创新意识），观察宏观实验现象以及利用色度传感器数字化实验仪器观测溶液中微观粒子的行为，结合GaussView 

绘制微粒相互作用的过程，深度感知微粒的变化（宏观辨识与微观探析），利用假说演绎与逻辑推理的方式（证据推理与模型认知）得出碳酸钠与盐酸反应的原理，在实验探究过程中，引导学生，修订方案，不断推进，得出结论，最后结合碳酸钠、碳酸氢钠在生产生活中的重要应用让学生体会到化学应用于社会、服务于社会的科学精神（科学态度与社会责任）

七、实验教学内容

1.学生提出碳酸钠与盐酸反应原理猜想

2.设计实验探究碳酸钠与盐酸反应原理（提出方案，评价方案，修订方案，进行实验）

3.结合探究结论构建碳酸钠碳酸氢钠转换关系

八、实验教学过程

本节课以学生“自主学习，理论分析，设计实验，合作探究，归纳总结，应用生活”，和教师“提供知识背景、实验器材、引导研究方向，指导探究思路，提升学科素养”，两条主线，为学生构建“自主”“探究”“合作”平台，以及中学化学教学的四大主题，“从生活走进化学”、“用理论引导分析”、“ 

用实验探究知识”、“从化学走向社会”为中心，能够有效地让学生化学核心素养的统一和谐发展。

环节一——情境创设，引情激趣，感知化学与生活密切相关

【任务探究1】

已知NaHCO3与Na2CO3均可与酸反应生成二氧化碳气体，思考为何发酵粉主要成分为NaHCO3而非Na2CO3，提出猜想，并设计实验验证。

【提出猜想，设计实验】

Na2CO3与NaHCO3两者碱性差异，选取碱性强者作为发酵粉主要成分。

并提出两种检验方案：

1.可使用酚酞指示剂，观察其变色程度进行判断；

2.利用pH试纸或pH传感器测定两者pH，进行判断。

【方案可靠性论证】

为了使实验更加科学，控制两种溶液的物质的量浓度及体积相等，且方案1中滴加的酚酞指示剂体积（滴数）相同。

【实验探究，推理论证】

学生进行实验，验证猜想：

（1）取两只试管，分别装入体积浓度均相等的Na2CO3与NaHCO3，各滴加3滴酚酞，观察试管中溶液颜色差异，发现Na2CO3碱性更强。

（2）通过pH传感器直接测定0.1mol/L10mLNa2CO3 

、与0.1mol/L10mLNaHCO3溶液pH。

（3）结合现象与数据，讨论分享，得出结论——Na2CO3溶液碱性强于NaHCO3溶液，猜想不成立。

（设计意图：

创建生活情境，激发学习兴趣。

强调控制变量思想即待测液浓度、体积均应相等，培养学生的理性思维模式。

碱性差异的测定为后续探究Na2CO3与HCl反应原理埋下伏笔。

）

环节二——温故知新，巧妙设疑，感知体验组成决定性质的科学观念

【任务探究2】

再次思考发酵粉主要成分选用NaHCO3的原因。

提出猜想，给出证据。

实验验证猜想不成立，引发认知冲突，激发学生探索欲望。

【提出猜想】

学生指出组成Na2CO3的离子为Na+、CO32-，组成NaHCO3的离子为Na+、HCO3-。

由此推测CO32-、HCO3-与酸反应有所差异为主要原因，提出碳酸钠与盐酸反应原理猜想如下：

（1）CO32-+H+=HCO3- 

（2）HCO3-+H+=CO2↑+H2O

从元素、分子、离子等水平认识Na2CO3、NaHCO3组成、结构、性质的差异，形成“结构决定性质”的观念，从宏微结合的视角分析问题，培养宏观辨识与微观探析核心素养。

环节三——设计实验，验证探究，培养科学探究能力与创新意识

【设计方案】

小组讨论得出可通过CO2传感器、压强传感器进行探究，HCl滴定Na2CO3，初始阶段无CO2生成，滴定一段时间后生成CO2，压强随着容器内CO2生成而改变，分析所得实验图像即可。

【方案可行性论证】

分析方案可行性，讨论得出若使用CO2传感器、压强传感器，传感器为瞬时采集数据，滴定过程中，难以避免盐酸滴入瞬间局部浓度过高，即刻生成CO2气体，使得图像波动，不便于分析。

【反思创新】

由关注滴定过程，转换为关注滴定节点。

对实验方案科学性的讨论，让学生明确实验所得证据需可靠，深化证据推理的核心素养。

【分析素材】

屏幕投影，展示色度计及其工作原理：

色度计可用于测定溶液的透色比（T），它通过滤光片发射一定波长的平行光，当其通过比色皿中均匀的溶液介质时，一部分光被吸收（It），一部分光通过（Io），由此可得，透色比（T=It/Io）。

吸收层厚度即为比色皿厚度。

（已知碳酸钠、碳酸氢钠使酚酞变色原理为，酚酞转变为红色醌式碱型物质，其浓度越高，红色越深[12,13]）

【任务探究3】

结合色度计工作原理，设计实验验证碳酸钠与盐酸反应原理。

运用控制变量的思想，实验时使用的比色皿相同，因此b一定，此时影响透色比的因素仅为吸光物质的浓度，即酚酞红色醌式碱型物质浓度。

Na2CO3与NaHCO3使酚酞试液变色程度不同，因而透色比不同。

通过测定Na2CO3与等物质的量HCl反应后透色比与NaHCO3对比，若两者相似，则可证明假说：

CO32-+H+→HCO3-。

为了增强实验的科学性及严谨性，实验中应选用等体积、等浓度的Na2CO3、NaHCO3溶液，且滴加的酚酞体积相同。

学生自主设计方案，培养创新意识及科学探究能力。

强调控制变量，培养学生严谨的科学态度。

【实验探究】

据实验方案，进行实验探究，进行证据推理分析。

图1 

实验装置 

图2 

实验药品及仪器

表2 

实验探究记录表

探究课题：

Na2CO3与HCl反应原理

实验方案

仪器与药品

0.1mol/LNa2CO3、0.1mol/LNaHCO3、2mol/LHCl、酚酞试液、小烧杯、20mL移液管、胶头滴管

实验步骤

① 

连接好色度计传感器、数据采集器等相关装置，并打开DISlab软件，进入数据采集界面，同时进行校准；

② 

各初始溶液色度值的测定：

用移液管分别移取20mL0.1mol/LNa2CO3 

、NaHCO3溶液于两个烧杯中，并分别滴加2滴酚酞试液，取试样于比色皿中分别测定透色比；

③ 

用移液管取20mLNa2CO3滴加2滴酚酞试液后，滴加1mL2mol/LHCl，待反应完全后，测定其透色比

④ 

重复上述实验步骤3次，减少偶然误差

实验现象

宏观现象：

等浓度等体积Na2CO3 

、NaHCO3溶液滴加酚酞后，前者颜色更深，当于Na2CO3溶液滴加等物质的量HCl后，其颜色变浅至与NaHCO3溶液相近

实验数据：

见表2

实验结论

Na2CO3与等物质的量HCl反应后，溶液透色比与NaHCO3溶液相近

将电脑所采集的数据导出Excel表格，绘制柱状图，比较各溶液透色比，进行推理论证。

表3 

实验组各溶液透色比

实验次数

CL1

CL2

CL3

CL1与CL2差值

CL2与CL3差值

1

44.70%

90.00%

89.30%

45.30%

0.70%

2

47.70%

91.20%

90.30%

43.50%

0.90%

3

46.00%

92.00%

91.10%

平均值

46.13%

91.07%

90.23%

44.93%

0.83%

备注:

CL1-20mL0.1mol/L碳酸钠；

CL2-20mL0.1mol/l碳酸钠+1mL2mol/LHCl；

CL3-20mL0.1mol/L碳酸氢钠

图4 

实验组溶液透色比

【推理论证】

由表2及图4数据可发现，20mL0.1mol/LNa2CO3与等物质的量的HCl反应后溶液的透色比数值改变较大，与初始溶液透色比差值约为50%，将反应后溶液的透色比与20mL0.1mol/LNaHCO3溶液透色比比较，两者数值接近，差值约为0.88%。

由此可证明，碳酸钠溶液中滴加盐酸后，溶液中的离子发生了变化。

初步证明CO32-+H+=HCO3-。

学生基于实验数据结合数据、图像等证据对提出的假设通过分析推理加以证实，培养学生证据推理的核心素养。

【反思质疑】

上述实验不足以充分证明CO32-+H+=HCO3-的猜想。

溶液透色比发生改变可能为滴加HCl后，体积发生改变，溶液浓度变化，或是一半的Na2CO3与HCl完全反应所致。

进行补充实验，对反思质疑时提出的猜想进行证伪，同时为碳酸钠与盐酸反应原理的

猜想进一步进行可靠性论证。

表4 

补充探究实验记录表

（补充实验）探究课题：

0.1mol/LNa2CO3、0.05mol/LNa2CO3、蒸馏水、酚酞试液、小烧杯、20mL移液管、胶头滴管

用移液管移取2份20mL0.1mol/LNa2CO3 

与1份0.05mol/LNa2CO3溶液于三个烧杯中，贴上标签A、B、C并分别滴加2滴酚酞试液；

于A烧杯中滴加1mL蒸馏水，待混合均匀后，取 

A、B、C烧杯中的溶液分别于比色皿中后置于色度计中，测定透色比；

加入等体积酚酞试剂的20mL0.1mol/LNa2CO3 

、20mL0.05mol/LNa2CO3及滴加1mLH2O后的20mL0.1mol/LNa2CO3溶液，三者颜色十分相近

见表3

并非体积改变或是一半Na2CO3完全反应，使得Na2CO3溶液透色比发生改变。

导出电脑采集的数据，绘制柱状图，结合实验数据，进行推理论证。

表5补充实验组各溶液透色比

补充实验组各溶液透色比

45.80%

47.80%

1.10%

2.00%

48.50%

51.00%

0.80%

2.50%

47.20%

50.00%

1.20%

2.80%

47.17%

49.60%

1.03%

2.43%

CL2-20mL0.1mol/l碳酸钠+1mL 

蒸馏水；

CL3-20mL0.05mol/L碳酸钠

图5 

分析实验数据可得，20mL0.1mol/LNa2CO3溶液中加入与盐酸等体积的蒸馏水后，透色比与20mL0.1mol/LNa2CO3溶液相似，差值约为1.05%，远低于50%。

因此，体积改变使得碳酸钠与等物质的量盐酸反应后，溶液透色比发生大变化的猜想不成立。

20mL0.05mol/LNa2CO3溶液与20mL0.1mol/LNa2CO3溶液透色比接近，差值为3.76%，远低于50%，对一半碳酸钠完全参与反应的猜想证伪。

综上所述，证实了Na2CO3与HCl第一步反应原理为CO32-+H+→HCO3-。

深入探讨Na2CO3与HCl反应原理，引导学生基于证据对物质变化提出可能的假设，通过可靠性验证及可行性优化，发展学生证据推理能力，形成化学学科思维方法。

结合物理量数据分析微观粒子在水溶液中的具体行为，由感性认知上升到理性认知，完善自身思维过程。

【微观探析】

观看GaussView绘制Na2CO3与HCl反应原理的动画，从微观角度认识化学变化，深度感知物质结构与性质的关系。

感知微观世界中物质变化，强化结构决定性质的化学观，培养微观探析核心素养。

【总结归纳】

1.基于上述结论，思考发酵粉为何选取碳酸钠而非碳酸氢钠？

2.基于两者性质的差异，讨论治疗胃酸，为何选用碳酸氢钠？

从Na2CO3与HCl反应原理的化学视角认识生产生活中的事物，解决实际问题，达到从知识掌握到理解应用的转变，培养学生的化学学科思想，体现化学的学科价值。

【模型构建】

学生总结出利用色度计可测定溶液透色比，用于探究外界条件的改变对物质性质（宏观体现为颜色变化）的影响的理论模型。

引导学生构建出基于色度计原理进行实验探究的模型。

九、实验教学评价

引导学生在任务情境中分析解决问题，构建研究物质性质的思维方法。

学生自主探究，积极动手实践，在传统实验基础上，利用色度计探究碳酸钠与盐酸反应原理，充分认识到实验探究对化学理论知识学习的重要性。

在提升学生实践能力的同时，培养了学科核心素养。

1、发展协作能力，培养宏观辨识与微观探析核心素养

小组合作，从问题和假设出发，依据探究目的，设计基于色度计探究碳酸钠与盐酸反应原理的实验方案。

组内、组间互评，培养学生沟通交流与信息提取能力。

此外，对宏观颜色变化及数据进行分析，结合GaussView绘制的Na2CO3与HCl反应原理动画，从宏微结合的角度感知物质的变化。

2、合理设计实验，了解科学探究方法，培养证据推理与模型认知核心素养

通过假说演绎与推理论证的方式探究Na2CO3与HCl反应原理，实验过程强调控制变量，帮助学生深入领会设计对比实验应考虑相同环境和影响因素的基本要求[2]，对方案的可行性优化与可靠性论证，帮助学生深度理解证据推理的要素。

此外，引导学生构建基于色度计探究物质化学性质的模型，实现由知识掌握到理解应用的转变。

3、设计创新实验，解决思维障碍，培养科学探究与创新意识核心素养

本实验将定性与定量相结合，借助数字化实验技术，将“理论型”实验“可视化”，通过溶液透色比的比较探究碳酸钠与盐酸反应原理。

提高化学实验的实效性的同时，发展学生创新意识与科学探究能力。

此外，教师引导学生在观点、结论、证据三者间构建逻辑联系，由感性认知上升到理性认知，完善思维过程，消除认知障碍。

素养为本的课堂设计是落实学生发展化学学科核心素养的根本途径，精心的设计才利于培养学生学科知识、学科态度与学科思想，实现立德树人的根本目标。

附件1：

部分学生小组实验数据

A组

实验组各溶液透光率

0.1MNa2CO3

0.1MNa2CO3+1ml2MHCl

0.1MNaHCO3

45.70%

91.90%

92.50%

补充组各溶液透色比

0.1MNa2CO3+1mlH2O

0.05MNa2CO3

B组

43.70%

85.20%

87.80%

44.50%

88.0%

43.90%

88.40%

87.10%

45.10%

47.30%

47.00%

45.50%

46.80%

C组

90.70%

91.50%

46.50%

92.30%

46.90%

92.10%

44.30%

48.30%

45.90%

45.20%

D组

46.70%

91.70%

90.20%

91.30%

46.30%

47.10%

48.00%

48.80%

附件2

《基于色度计探究碳酸钠与盐酸反应原理》实验设计学案

【学习目的】

1. 

猜测碳酸钠与盐酸反应的本质，并提出合理猜想，培养分析问题、搜集理论证据的能力；

2. 

通过所学知识，设计出合理的实验方案，培养分析实验、设计实验的能力；

【学习重难点】

碳酸钠与盐酸反应的本质

【学习过程】

1.碳酸钠与盐酸反应产物为什么？

其反应的实质（