高中化学优质课竞赛教案

课题：水的电离和溶液的pH 参赛教师：雷安明

学校：遵义清华中学

时间：2007年10月25日

遵义清华中学教·学案

课后阅读材料：Water Ionization（水的电离）

From:https://www.360docs.net/doc/5a16566537.html,/water/ionis.html

Water molecules ionize endothermically f due to electric field fluctuations caused by nearby dipole librations [191] resulting from thermal effects, and favorable localized hydrogen bonding [567]; a process that is facilitated by exciting the O-H stretch overtone vibration [393]. Ions may separate by means of the Grotthuss mechanism (see below) but normally recombine within a few femtoseconds. Rarely (about once every eleven hours per molecule at 25°C, or less than once a week at 0°C) the localized hydrogen bonding arrangement breaks before allowing the separated ions to return [191], and the pair of ions (H+, OH-) hydrate independently and continue their separate existence a for about 70 μs (this lifetime also dependent on the extent of hydrogen bonding, being shorter at lower temperatures). They tend to recombine when only separated by one or two water molecules.

H2O H+ + OH-

K w = [H+][OH-]

Although the extent of ionization is tiny ([H+]/[H2O] = 2.8 x 10-9 at 37°C), the ionization and changes in the tiny concentrations of hydrogen ions have absolute importance to living processes. Hydrogen ions are produced already hydrated (that is, as hydronium ions, H3O+; also called oxonium or hydroxonium ions) and have negligible existence as naked protons in liquid or solid water, where they interact extremely strongly with electron clouds. All three hydrogen atoms in the hydronium ion are held by strong covalent bonds and are equivalent (that is, C3v symmetry). The above equations are better written as:

2 H2O H3O+ + OH-

K w = [H3O+][OH-]

Both ions create order and form stronger hydrogen bonds with surrounding water molecules. The concentrations of H3O+ and OH- are taken as the total concentrations of all the small clusters including these species. As other water molecules are required to promote the hydrolysis, the equation below includes the most important.

4 H2O H5O2+ + H3O2-

The concentration of hydronium and hydroxide ions produced is therefore equal to the square-root of the ionization constant (K w). The hydronium ion concentration (commonly called 'hydrogen ion concentration') is often given in terms of the pH, where

pH = Log10(1/[H3O+]) = -Log10([H3O+]) (that is, [H3O+] = 10-pH) with the concentration in mol l-1.b In a similar manner pK w = Log10(1/K w) = -Log10(K w), also with the concentrations in mol l-1.g OH- does not ionise further (O2- + H2

O 2OH-, K > 1022).

K w is very temperature

dependent, increasing with

pK w = -log10(K w ) [IAPWS ] temperature (that is, from

0.001 x 10-14 mol2 l-2 at -35°C

(pH 8.5) [112], 0.112 x 10-14

mol2 l-2 at 0°C (pH 7.5), to

0.991 x 10-14 mol2 l-2 at 25°C

(pH 7.0), to 9.311 x 10-14 mol2

l-2 at 60°C (pH 6.5) [87]), to

10-12 mol2 l-2 at 300°C (pH 6.0,

~50 MPa) [456] in agreement

with the high positive standard

free energy.c A theoretical

treatment of this temperature

dependence is available [763].

Ionization depends on the

pressure with K w doubling at

about 100 MPa; unsurprising in

view of the negative ΔV

associated with the ionization,

-18.1 cm3 mol-1.

Ionization also varies with solute concentration and ionic strength; for example, K w goes through a maximum of about 2 x 10-14 mol2 l-2 at about 0.25 M ionic strength (using tetramethylammonium chloride, where possibly the change in hydrogen bonding caused by clathrate formation encourages ionization) before dropping to a value of about 1 x 10-16 mol2 l-2at 5 M (higher concentrations disrupting the hydrogen bonding).

《水的电离和溶液的pH 》课堂阅读材料 Part I:

Hydronium （水合氢离子）/Hydroxide （氢氧根离子） Balance ①

There is also an internal relationship between the concentrations of H 3O + and OH -. They are not independent of one another. As one goes up, the other goes down. They cannot both go up because the higher concentrations of H 3O + and OH - would react with one another to make water molecules. That is a consequence of the reversibility of the self-ionization reaction of water. (2H 2

O

H 3O + + OH -)

Let's use the self-ionization of pure water as our starting point.

The concentrations of both H 3O + and OH - are 1.0 x 10-7 M. If

the concentration of H 3O + is doubled, the concentration of OH - willl be halved. If the concentration of H 3O + is halved, the concentration of OH - willl be doubled 译：让我们以纯水的自身电离作为我们的起点。H 3O +和OH -浓度均为1.0 x 10-7 M ②

。如果

水合氢离子的浓度增大为原来的2倍，则氢氧根离子的浓度就会减半；而如果氢离子浓度减半，则氢氧根离子的浓度将会增大为原来的2倍。

If the concentration of H 3O + goes up by a factor of 10, to become 1.0 x 10-6 M, then the concentration of the OH - goes down by a factor of 10 become 1.0 x 10-8

M. If the concentration of H 3O +

goes up by another factor of 10 to become 1.0 x 10-5 M, then the concentration of OH - goes down

by another factor of 10 to become 1.0 x 10-9 M.

译：如果氢离子浓度增大为原来的10倍变成1.0 x 10-6 M ，则氢氧根离子浓度将会减小10倍变成1.0 x 10-8 M 。如果氢离子浓度再增大10倍变成1.0 x 10-5 M ，则氢氧根离子浓度也会继续降低10倍变成1.0 x 10-9 M 。

This same pattern holds if the concentration of OH- is Array increased. Let's start again with neutral water. The

concentrations of H3O+ and OH- are both 1.0 x 10-7 M. If the

concentration of OH- is increased by a factor of 10 to become

1.0 x 10-6 M, then the concentration of H3O+ goes down by a

factor of 10 to become 1.0 x 10-8 M. If the concentration of OH-

is increased to 1.0 x 10-5 M, the concentration of H3O+ decreases to 1.0 x 10-9 M.

译：氢氧根离子浓度的增大也同样如此。让我们再次从纯水开始，氢离子浓度和氢氧根离子浓度均为1.0 x 10-7 M。如果氢氧根离子浓度增大为原来的10倍变成1.0 x 10-6 M，那么氢离子浓度将会降低10倍变成1.0 x 10-8 M。如果氢氧根离子浓度增大到1.0 x 10-5 M，氢离子浓度则下降到1.0 x 10-9 M。

Part II:

K w is very temperature dependent, increasing with

temperature (that is, from 0.001 x 10-14 mol2 l-2 at -35°C

(pH 8.5) [112], 0.112 x 10-14 mol2 l-2 at 0°C (pH 7.5),

to 0.991 x 10-14 mol2 l-2 at 25°C (pH 7.0), to 9.311 x

10-14 mol2 l-2 at 60°C (pH 6.5) [87]), to 10-12 mol2 l-2 at

300°C (pH 6.0, ~50 MPa) [456] in agreement with the

high positive standard free energy.c A theoretical

treatment of this temperature dependence is available

[763].

Ionization depends on the pressure with K w doubling at about 100 MPa; unsurprising in

view of the negative ΔV associated with the ionization, -18.1 cm3 mol-1.

注：

①原文出自London South Bank University官方网校。https://www.360docs.net/doc/5a16566537.html,

②按国际单位制，物质的量浓度应表示为mol/L或mol·L-1，本译文谨尊重原文的表示方法，不推荐用M表示物质的量浓度的单位。

③关于浓度的表示符号，现已不再使用[A]的形式表示A物质的浓度，正确的表示法应

为c(A)，在此保持原文的完整性。

说课稿《水的电离和溶液pH》

遵义清华中学雷安明

一、说教材

1、本章教材的地位和作用

本章是《化学反应原理》模块［1］的重要内容之一，是中学化学基础理论的一个重要部分，也是学生整个中学阶段的难点。它的学习有助于学生深入理解元素及化合物知识，促进学生的化学反应知识系统化、结构化，能帮助学生发展逻辑推理能力，提高学生的科学素养［2］,同时通过探究活动和专题研究等丰富的学习活动，培养学生科学探究能力。在教学功能上，这一章有关水溶液中离子平衡的学习起着延伸、拓展和巩固前一章所学的化学平衡知识的作用。

2、本节教材简析

本节教材由两部分组成：一是水的电离及水的离子积常数；二是溶液的酸碱性及其表示方法PH值。相比较而言，第一部分是基础，是核心，也是教学的难点，它的成败可以决定学生对PH值计算的顺利与否。教材开门见山点出了水的电离平衡，并用“精确的实验”将常温下水电离的氢离子和氢氧根离子浓度道出，很直接地给水的离子积下了定义。而对水的离子积常数这一温度函数的强调显得比较含蓄，对于一个没有化学平衡常数作为基础的学生，很难将此常数理解透彻。

第二部分相对要容易一些，但它必须建立在学生已经完全理解水的离子积这一概念以后才可能以不变应万变。尤其是应付一些涉及计算由水电离的氢离子浓度等方面的问题是方能正确做答。

因此，我认为，从教材的编排上来看，本节教材至少存在如下不足：一、忽视了学生现有的基础；二、忽视了学生的探究和处理数据的能力。所以，我试图在教学中调整思路以求能弥补以上不足。一方面我将此节内容定为2课时授完，其中第一课时只完成水的电离和离子积常数，对溶液的酸碱性只做简单的推导，作为下一课时的铺垫；另一方面在教学策略上增加了学生的探究实验和自学、合作学习机会。

３、学情分析

学生通过对第二章化学平衡的学习，具备了讨论化学平衡移动的基础；而且，在弱电解质的电离平衡中对弱电解质的电离也作了相关的知识铺垫，则本课时的主要目的应该是将旧知识加以运用以及升华。

４、目标确立

根据大纲和新课标的要求，我选择了折中。拟定以下目标：

知识与技能

（1）理解水的电离、水的电离平衡和水的离子积。

（2）使学生了解溶液的酸碱性和pH的关系。

过程与方法

（1）通过水的离子积的相关资料自学和数据查询，加深对离子积常数的认识。

（2）通过水的电离平衡分析，提高运用电离平衡基本规律分析问题的解决问题的能力。情感态度价值观

（1）通过水的电离平衡过程中H+、OH-关系的分析，理解矛盾的对立统一的辩证关系。

（2）通过查阅水的电离及离子积常数相关资料体会知识获取的方法与途径。

５、教学重、难点的确定

根据教材的编写意图结合自己在教学中发现的学生解题的常见错误，我认为本节教材最难于理解的是水的离子积常数，最不易将其准确运用的也是水的离子积常数，尤其是“水的离子积不仅适用于纯水，同时也适用于其它水溶液”这一观点。故我选定这一句话作为本节

教材的难点。

二、说教法学法

我一直对建构主义的教育理论核心确信无疑，“知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。”［3］而新课标的三维课程目标中明确列出“知识与技能，过程与方法，情感态度价值观”，显然新的课程标准中更注重了学生获得新知识能力的培养，也更强调了学生的协作能力，或者说“对学生科学素养的进一步发展提出了最基本的要求”。

结合本教材的特点及所设计的教学方法，指导大多数学生用“发现”的方法开展学习活动。同时还应注意不要忽视那些个性特征很强的学生，一定要指导他们用不同的方法展开学习活动。

为了不使我们的学法指导活动落空，我们在实际开展教学活动时力求把教师的讲授转变为启发诱导，把学生的被动接受转化为主动探索，以教师为主导，学生为主体，促使学生动眼看、动手做、动口说、动脑想，使学生的学习过程和认识过程统一为一个整体。同时强调学生的协作解决问题能力。所以，我在实际教学中设计合作探究实验、合作讨论等环节，意在让学生主动获取知识的同时学会与人协作。

三、说教学程序

1、引用生活中的实例，引发学生的好奇心，立即进行实验探究。

2、通过实验的结果直接得出水电离这一事实，紧接着让学生通过教科书认识水电离的本质，利用课外时间阅读教师指定的文章，对水的电离有一个全方位的认识。一方面可以让学生感觉新奇；更重要的是能拓展学生的视野，培养学生自我学习的能力。在认识了水的电离平衡的特点后，根据学生学习的化学平衡理论，分析影响水的电离平衡的因素。

3、引出水的离子积常数这一概念后，引导学生根据相关资料找出影响水的离子积的因素。由于新教材中将化学平衡常数这一概念删除，要想很自然的引出水的离子积常数很困难，直接将此概念抬出的结果是学生难以理解也无法接受，所以我通过让学生阅读资料的方式自己了解到无论溶液中的氢离子浓度如何变化，一个不变的事实是存在的，那就是氢离子浓度和氢氧根离子浓度的乘积在一定温度下总是一个常数。再者，由于知识是学生自己习得，其意义也不同于直接告知学生。对于温度对水的离子积的影响，我采用了相同的办法让学生阅读后得知。至于选择英文材料实属无奈，国内的资料上几乎没有这么浅显的资料和数据，无论是大学教材还是相关的理论书籍，但凡能解释水的离子积只与温度有关的论据均与化学平衡常数有关，所以无奈之下选择英文材料。为保证资料的完整、原始性，我没有对其进行全文翻译，意在教育学生所有学科均不是独立的，语言学科最终是为自然学科服务的，学习英语不是为了考试而是为了自己在今后的工作岗位上多一些获取信息的途径。

4、最后用电离平衡理论加以解释，巩固。在第２步的基础上讨论水的离子积的变化情况。

5、通过对水的电离平衡移动的讨论，导出溶液酸碱性的本质区别。此部分的内容仅是导出溶液的酸碱性与氢离子浓度的关系而非深入讨论，所以在得出结果后本节的内容即告结束。

６、关于作业的布置。我认为，作业不仅仅是为了巩固学习的内容，它还同时包括了学生在课后如何扩展自己的知识面、如何使得自己所学的知识更完整更准确。所以我除了按正常的作业布置了与本节课的重点内容相关的作业以外，安排了学生在课后阅读相关的材料完善水的电离相关知识。安排学生查阅关于量化酸度的资料是培养学生的自学能力。

四、教学得与失

注：

［1］新课程标准将选修课程划分为《化学与生活》、《化学与技术》、《物质结构与性质》、《化学反应原理》、《有机化学基础》和《实验化学》等课程模块。

［2］18,课程标准与教学大纲对比分析·高中化学郑长龙 2005年3月版

［3］建构主义--革新传统教学的理论基础，何克抗《电化教育研究》1997第3、4 期