基于问题导向的项目式教学方法初探水的电离和溶液PH（第1课时）教学设计

偶静波 徐 涛

（一）、教学目标与教学内容：

1、教学目标：

（1）能运用弱电解质的电离常数，分析水的电离平衡常数及其水的离子积常数，培养学生证据推理的能力。

（2）能运用弱电解质的电离模型分析水的电离，发展应用模型解决问题的能力。

（3）能通过水的电离明确酸、碱溶液中氢离子、氢氧根离子的来源；及其之间的关系，发展学生宏观辨识与微观辨析的能力。

2、教学内容：

（1）教学内容：水溶液体系包含溶剂水和溶质,这两者的微观行为都会对体系的宏观性质产生影响。本节内容中将“水的电离”作为学习的第一步,首先讨论纯溶剂——水的自电离行为,认识水溶液体系的这一最基本变化过程,从宏想现象推测微观存在形态,先通过复习弱电解质的分类及电离平衡，分析水作为一种常见的弱电解质温度、同离子效应对水电离平衡的影响；并进一步分析纯水中氢离子与氢氧根离子的来源、及两者量的关系得出质子守恒；能通过复习弱电解质电离方程式及表达式，与学生讨论对于水电离方程式及电离平衡常数的表达式，通过分析发现水在电离前后浓度基本保持不变，则溶液中氢离子与氢氧根离子浓度的乘积为一定值，即为水的离子积；再通过向纯水中加入氢氧化钠，当C(NaOH)=0.1mol/L时，加入前后溶液中氢离子、氢氧根离子的来源及其量之间的关系，以及酸碱性变化的分析，建立溶液中溶质离子的浓度与溶质的电离息息相关，而氢离子与氢氧根离子的浓度则与溶质及溶剂的性质有关，建立溶液中离子浓度分析的模型认知的建立；并通过向纯水中通入氯化氢气体，当C(HCl)= 0.1mol/L时，将之前建立的模型认知进行思维训练；并能根据水的离子积教学简单运算。建立证据推理与模型认知的能力，明确任何溶液中溶质及溶质电离同时存在，认识到水溶液体系中总是存在溶剂水分子的电离产物,给学生提供了水溶液体系的研究起点,使学生建立分析溶液体系需首先关注溶剂自身的思想方法。分析酸、碱溶液中微粒的种类与数量,定量认识溶液酸碱性的微观本质.发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。

本节内容体现从简单到复杂,通过前面内容的复习步步推进系统认识水溶液体系的基本思路。通过问题引导引导学生建立起认识溶液的宏观与微观视角宏观上关注溶质、溶剂、电解质的强弱、溶液的酸碱性与H+ 、OH-浓度的相对大小。并将其与微观上微粒种类、微粒数量建立关联,形成从宏观与微观角度认识溶液的基本思路。有助于培养学生微粒观、平衡关、转化关的重要化学理念。

（2）教学重难点：

教学重点：

1、水的电离及水的离子积常数。

2、水的电离平衡的影响因素。

3、溶液酸碱性的判断依据。

教学难点：水的离子积常数的应用

（三）教学过程

[引入]地球是个水球，人体质量的80%均是水，水也是一种最普通也应用最广泛的溶剂，本节课我们就来学习它的电离和以它为溶剂的溶液的酸碱性。

【板书】第二节水的电离和溶液的PH

一、水的电离

【PPT】思考与讨论

1、哪几类物质能发生电离？

2、水属于哪类电解质？

3、水的电离方程式如何书写？

4、C（H+）水与C（OH-）水有何关系？

【设计意图】通过复习回顾电解质的电离及弱电解质的电离平衡，分析水属于弱电解质，并能写出水的电离方程式，找出水电离出的氢离子与氢氧根离子的浓度相等，即质子守恒。

【板书】H2O⇌H++ OH-

        H2O +H2O  ⇌H3O++OH-

[师]由于水是极性分子，略带负电性的O2-会吸附带正电荷的H，顺手牵走H，使水失去H变成OH-，我们把这种成为自耦电离。液氨、H2O2也会发生类似电离，但是四氯化碳就不能发生电离。为了方便我们将其简写成上式。

【师】通过水的电离方程式思考下面问题:

【思考与讨论】

1、水的电离常数的表达式？
2、若将上式变形，C(H+)与C(OH-)的乘积如何表示？
3、Kw的影响因素？如何影响？

【板书】2、H20的电离平衡常数

K电离=C(H+)*C(OH-)/C(H20)

C(H+)*C(OH-)=C(H20)* K电离

【师】室温下，1L水的质量为1000g,物质的量为55.6mol,因此 C(H20)=55.6mol/L ，25℃纯水的PH=7，可知水中氢离子的浓度只有1*10-7mol/L,其电离度也大约只有十亿分之二，也就是说十亿个水分子中只有两个发生了，这个程度非常小，电离前后，其浓度基本不变，故 C(H20)* K电离为一新的常数，叫做水的离子积，记做Kw

【设计意图】学生通过已知信息，可以找出水、液氨和四氯化碳分子极性的差异，从而知道是分子的极性影响了水的电离，而进一步解释分子极性如何导致自耦电离。随后通过水是一种常见的弱电解质，引导学生写出水的电离方程式，及水的电离常数的表达式，通过数据分析发现水在电离前后溶液浓度基本没有什么变化，发现

C(H20)* K电离也是常数，我们将其称为水的离子积。通过数据处理培养学生分析数据，进行简单计算的能力。

【板书】3、水的离子积

C(H+)*C(OH-)=Kw

【思考与讨论】

1、影响K电离的因素有哪些？如何影响？

2、影响Kw的因素有哪些？如何影响？

【板书】影响因素：温度升高，Kw增大；温度降低，Kw减小；

25℃时，Kw=1*10-14（注意：这里的C(H+)或C(OH-)均指该溶液中离子的总浓度）

【设计意图】 引导学生复习电离常数的影响因素，进而得出影响水的电离常数的因素也是温度，因为C(H20)* K电离=  Kw，那么水的离子积也只与温度有关。

【师】上节课我们已经学过影响弱电解质电离的因素？水既然属于弱电解质，那么这些因素会如何影响水的电离平衡呢？

【PPT】 H20  ⇌H++OH- , 25℃时对纯水进行下列操作（升高温度、加入NaOH、通入HCl、加入Na、加入NaCl(s)），对平衡移动情况、C（H+）、C(OH-)、C（H+）与 C(OH-)

相对大小、Kw的变化情况？

【设计意图】通过复习影响弱电解质电离平衡的因素，讨论外界因素对水的电离平衡的影响，培养学生证据推理的能力。

【思考讨论】25℃的蒸馏水中C(H+)=1*10-7则C(OH-)是多少？有什么关系？溶液呈现什么性质？
1、向其中加入NaOH, 当C(NaOH)=0.1mol/L时，C(H+)、C(OH-)如何变化？分别为多少？有什么关系？ 溶液呈什么性质？
2、向其中通入HCl,当C(HCl)=0.1mol/L时，C(H+)、C(OH-)如何变化？分别为多少？有什么关系？溶液呈什么性质？

3、向其中加入NaCl,当C(NaCl)=0.1mol/L时，C(H+)、C(OH-)如何
变化？分别为多少？有什么关系？溶液呈什么性质？

4、上述溶液中C（H+）H2O分别是多少？溶液的PH分别是多少？

[师]

1、蒸馏水中C(H+)=C(OH-)=1*10-7mol/L，C(H+)＝C(OH-)，中性；

2、NaOH溶液中C(OH-)=0.1mol/L= C(OH-)NaOH+ C(OH-)水

C(H+)=1*10-13 C(OH-) ＞C(H+)碱性；

3、HCl溶液中C(H+)=0.1mol/L=（H+）HCl  +C(H+)水

C(OH-)=1*10-13    C(H+)＞C(OH-) 酸性

【设计意图】将之前图表复习中的同离子效应具体化，引导学生得出纯水中C(H+)水、C(OH-)水相等，当加入氢氧化钠对水的电离平衡有产生了抑制作用，那么C(H+)水、C(OH-)水均小于1*10-7mol/L当C(NaOH)=0.1mol/L时，引导学生分析该体系中存在电离过程，溶液中氢氧根离子的来源，由于水的电离受到抑制由水电离产生的氢氧根离子可以忽略不计，此时溶液中氢氧根离子的浓度近似等于氢氧化钠电离出的氢氧根离子，并根据水的离子积计算出水中氢离子的浓度。建立水溶液中离子浓度的模型认知，进一步分析盐酸溶液、氯化钠溶液中氢离子、氢氧根离子的来源及水电离出的氢离子与氢氧根离子的关系以及具体数值，培养学生证据推理的能力。

【讨论】

1、溶液酸碱性的判断依据？

2、上述四种溶液中C(H+)、C(OH-)水各为多少？之间有何关系？

【板书】4、溶液酸碱性的判断依据

C(H+) ＞ C(OH-)     酸性

C(OH-) ＞C(H+)     碱性

C(H+) ＝ C(OH-)中性

【设计意图】通过氢氧化钠溶液、盐酸、氯化钠及纯水中氢离子与氢氧根离子的相对大小得出溶液酸碱性的判断依据。培养学生通过现象到本质的推理能力。

【探究】不同温度下水的离子积常数

t/℃	0℃	10℃	20℃	25℃	40℃	50℃	90℃	100℃
KW/10-14	0.115	0.296	0.687	1.01	2.87	5.31	37.1	100

讨论：

1、水的离子积（KW）与温度有什么关系？
2、25℃的纯水中，C（H+），C（OH-）各是多少？PH为多少？

3、100℃的纯水中，C（H+），C（OH-）各是多少？PH为多少？
4、有人说PH=7的溶液一定是呈中性， PH小于7的溶液一定呈酸性。
     这种说法正确吗？为什么？

（四）【教学反思】本节课采用探究式教学，通过前面学习过的弱电解质的电离的规律，以学生为主体，教师为辅助步步推进解决水的电离常数、水的离子积常数的表达式、以及外界条件对水的离子积及水的电离平衡的影响，整节课的教学过程中重探究、重思维方式的建立。但是本堂教学过程中，安排的实验比较少，在以后的教学活动中可以采用PH计测量不同温度纯水的PH，让学生通过最直接的探究方式、数据为最有效的证据，通过设计合理的实验，动手实验，得出实验数据。培养学生实践能力，分析数据的能力。