资源简介

《84消毒液的制备和性质探究》 教学设计
1教学内容分析
元素及其化合物是中学化学的重要内容之一，课标中提出的学业要求是“能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理,预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象”。氯元素有多种价态，是探究不同价态的物质转化的良好载体。
当下抗疫是社会热点问题，84消毒液作为生活中常见的消毒剂，与抗疫息息相关，如何正确使用84消毒液也是我们的必备常识。选择“84消毒液的制备和性质”这一项目来复习氯及其化合物的知识，能够激发学生的学习兴趣，促使学生主动学习，培养学生的求真态度和社会责任感。
2学情分析
已有基础：学生已经学习过氯及其化合物、氧化还原反应、电解池、离子反应等知识，具备一定的实验操作能力，能够根据实验现象进行初步的分析，得出实验结论。
存在的不足：学生所学习的知识是零散的，而不是结构化的，运用学科知识解决复杂问题的能力有待提高；缺乏反思性思维、批判性思维、创新性思维等高阶思维。
3教学目标
基于课程标准要求、教材内容、学情、德育任务，制定以下教学目标：
1.能够用电解饱和食盐水的方法制备84消毒液，描述84消毒液的消毒原理和使用方法。
2.运用氧化还原反应和离子反应的知识预测和验证NaClO的性质，形成从“物质类别”和“化合价”视角认识物质转化的思想方法，构建价类二维的思维模型。
3.通过探究84消毒液的性质和使用方法，培养用学科知识解决生活问题的能力，体会化学学科的社会价值，发展科学态度与社会责任。
4教学思路
图1 教学思路
5教学过程
环节一：利用电解实验自制84消毒液
[展示图片]淘宝售卖的消毒水制造仪：只需要水加食盐，通上电，一键启动，即可制出84消毒液
[老师]该机器制取消毒水的原理是什么？
[学生]电解饱和食盐水。
[老师]请画出电解饱和食盐水的装置并写出电极反应式。
[老师]该装置进行反应时会遇到什么问题？
[学生]该装置氯气可能会泄漏到空气中，污染环境。
[活动1]请各小组改进电解食盐水的实验装置，看看哪一小组的装置最环保，最高效。
[小组展示]
图2 小组展示的制取84消毒液的实验装置图
[小组汇报]
小组1：我们小组想到的是用密封的矿泉水瓶做反应装置，用铅笔芯代替石墨电极。
小组2：我们小组是受之前做过的习题的启发。我们设计阳极在下，放电产生Cl2，Cl2往上漂可以与NaOH充分接触进行反应，既能防止Cl2溢出污染环境，又能使Cl2充分反应生成NaClO，提高产率。
小组3：我们小组改用U形管进行实验，阴极产生的氢气可以用排空气法收集，阳极产生的没有反应完的氯气通入NaOH溶液进行尾气处理，但氯气与NaOH的接触不够充分可能会影响产率，看了小组2的分享感觉他们的设计能够解决这个问题，值得借鉴。
[老师]其他同学对这3种方案有没有什么补充和建议？
[学生1]小组1的方案非常有趣，能够用家里的物品做实验，不过我觉得用两根铅笔芯可能电解效果较弱，可以用多个电极串联起来。
[学生2]小组2装置产生的氯气有没有可能会从上方导管溢出。
[小组实验]采用小组2的方案制取NaClO溶液。
往装置中加入饱和食盐水，并滴加几滴酚酞，通电后，产生大量气体，阴极附近的溶液变红，取一张湿润的淀粉KI试纸放在导管口，试纸不变蓝。电解结束后，取少量溶液于试管中，放入一片红色纸片，纸片褪色。
[设计意图]本环节中学生的活动是设计实验装置并进行小组汇报、互评，是一种深度参与的学习方式。让学生从环保的角度去改进和设计电解饱和食盐水的装置，可以培养学生的环保意识，形成制备物质的一般思路。在小组汇报、互评的过程中，教师能够评价学生的实验创新水平，学生也能在讨论中自评自己方案的优点和不足。
环节二：探究84消毒液的漂白原理
[教师]请从物质类别和化合价的角度，预测84消毒液的化学性质。
[学生]84消毒液的主要成分是NaClO和NaCl。从物质类别的角度看，NaClO是一种强碱盐，溶液可能呈碱性；NaClO的氯元素为+1价，可能具有氧化性。
[活动2]学生进行小组讨论，设计实验验证84消毒液的氧化性和碱性
[探究实验1]探究84消毒液的氧化性
表1 84消毒液的氧化性的探究实验
实验过程 实验现象
取少量KI溶液于试管中，滴加几滴稀释的84消毒液，再滴加几滴淀粉溶液 溶液先变蓝，后褪色
取少量FeSO4溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液于试管中，滴加滴加滴稀释后的84消毒液 溶液变红
取少量Na2S溶液于试管中，滴加几滴稀释后的84消毒液 溶液中产生淡黄色沉淀
[实验结论]I-、Fe2+、S2-均被氧化，说明84消毒液具有氧化性。
[探究实验2]验证84消毒液的碱性
表2 84消毒液的碱性的探究实验
实验过程 实验现象
用玻璃棒蘸取一滴稀释过的84消毒液于pH试纸上 pH试纸变蓝，然后褪色
取少量酚酞溶液于试管中，滴加几滴稀释后的84消毒液 酚酞变红，马上褪色
[实验结论]84消毒液呈碱性。
[设计意图]引导学生运用氧化还原反应和离子反应的知识预测和验证NaClO的性质，形成从“物质类别”和“化合价”视角认识物质转化的思想方法，初步构建价类二维的思维模型。通过设计实验、验证实验、得出结论的过程，发展学生证据推理与模型认知的核心素养。
[活动3]探究酚酞褪色的原因，分析84消毒液的漂白原理
[老师]为什么84消毒液会褪色？
[学生]84消毒液具有漂白性,84消毒液氧化了酚酞。
[学生]也可能是两种溶液混合之后发生反应，溶液pH值发生变化，溶液不呈碱性。
[提出假设]84消毒液使酚酞溶液褪色的原因：
猜想一：84消毒液氧化了酚酞。
猜想二：溶液混合pH值发生变化，不显碱性。
猜想三：以上两种情况同时发生。
[探究实验3]验证84消毒液使酚酞褪色的原因
表3 探究84消毒液使酚酞褪色的原因
实验过程 实验现象
取少量褪色的酚酞溶液于试管中，滴加几滴酚酞 溶液又重新变红
取少量褪色的酚酞溶液于试管中，滴加几滴NaOH溶液 溶液不变红
取少量褪色的酚酞溶液于两支试管中，编号为试管1和试管2，试管1滴加几滴酚酞，试管2滴加几滴硝酸银溶液 试管1变红，试管2有少量白色沉淀
[实验分析]84消毒液使酚酞溶液褪色的原因是84消毒液与酚酞反应，且溶液中存在氯离子。
[老师]有同学可以给我介绍一下为什么要用硝酸银溶液吗？
[学生]我们小组猜想，如果84消毒液氧化了酚酞，那么ClO-会被还原为Cl-,所以我们用硝酸银溶液检验是否存在Cl-，即可证明溶液中是否发生了氧化还原反应。
[学生]老师我有不同意见，84消毒液中本来就有Cl-,这个实验操作没有排除原本溶液中Cl-的干扰。应先取少量稀释后的84消毒液于试管中，滴加过量的AgNO3溶液，产生白色沉淀，除掉溶液中的Cl-，再取2mL上层清液于试管中，滴加几滴酚酞溶液，若有白色沉淀，则说明ClO-会被还原为Cl-。
[老师]从84消毒液的漂白原理分析，84消毒液能漂白所有的有色物质吗？
[学生]不能。因为84消毒液的氧化性不是最强的，比如我们刚刚做的实验，84消毒液滴加到含有KSCN的FeSO4溶液中 ，溶液变红，但没有褪色，84消毒液无法氧化Fe3+。
[归纳总结]84消毒液的漂白原理是84消毒液氧化了某些有色物质，属于氧化还原反应。
[设计意图]引导学生用所学的知识对实验现象进行分析，并且设计实验获取证据来验证猜想，经历演绎与归纳、分析与综合、推理与判断等思维过程，最终获得实验结论，发展了学生宏观辨识与微观探析的核心素养，促进学生的深度学习。教师通过驱动性问题，引导学生检查发现实验方案的不足，引导学生在实验验证的过程中排除干扰因素。
[活动4]探究84消毒液漂白的有效成分
[老师]84消毒液中发挥漂白作用的是什么物质呢？
[学生]是HClO。漂白或消毒物品时，需要先浸泡一段时间，NaClO与CO2、水反应生成HClO，HClO发挥漂白作用。
[学生]NaClO中的氯元素也是+1价，也有氧化性，应该也能漂白吧。
[学生]NaClO溶液中存在水解平衡，根据平衡移动的知识，可以通过往NaClO溶液中加酸或加碱来控制溶液中的主要成分，往溶液中加酸时，能生成较多的HClO，往溶液中加碱时，溶液的主要成分是ClO-。
[展示资料]次氯酸钠溶液中的平衡体系：pH值＜2时，溶液中主要成分为Cl2；pH值为4至6时，溶液中主要成分为HClO；pH值＞9时，溶液中主要成分为ClO-。
[探究实验4]探究NaClO溶液中漂白的有效成分
各取20mL事先配制好的pH为5,7,10,12的NaClO溶液于小烧杯中，往各烧杯中分别加红色小布条，实验现象如下：
实验现象：1min后，pH=5和pH=7的小布条颜色变淡，pH=10和pH=12的小布条颜色变化不明显，5min后，pH=5和pH=7的小布条颜色褪去，pH=10和pH=12的小布条颜色变淡。
实验结论：不同pH值的84消毒液均有漂白效果，ClO-和HClO均能发挥漂白作用，但以HClO为主。
[设计意图]培养学生的科学态度——实践是检验真理的唯一标准，培养学生宏观辨识与微观探析的核心素养。
环节三：制作84消毒液的使用说明
[教师]在生活中使用84消毒液进行消毒或漂白时，你们有什么建议？
[学生]先将物品与稀释后的消毒液浸泡一段时间，使消毒液与空气中的CO2反应生成HClO，消毒效果会更好。
[教师]本节课我学习到Cl2可能被氧化ClO-，同理ClO-也有可能被还原为Cl2，所以使用84消毒液还需要注意什么？
[学生]不能与还原性物质混用，以免产生Cl2，危害身体健康。
[教师]比如说洁厕灵和乙醇。
[教师]氯气有毒，做实验时，需要注意什么问题？
[学生]需要做好尾气吸收处理，防止污染空气。
[探究实验5]验证84消毒液能否与洁厕灵、乙醇混用。
图3 84消毒液与酒精、洁厕灵反应的装置图
两个锥形瓶中的淀粉KI试纸都变蓝，说明84消毒液不能与洁厕灵或酒精混用，会产生氯气。
3.1.5作业设计
1、绘制氯的价类二维图
图4 氯的价类二维图
2、结合以下资料，利用“价-类”二维图提出至少一种二氧化氯的制备方案。
[展示资料]根据氧化还原电对电极电势可分知，氧化剂电对的电极电势高于还原剂电对的电极电势，即可发生氧化还原反应。
3.1.6持续性教学评价设计
持续性评价指的是贯穿整个教学过程的评价，包括教学前、教学中的重要活动、教学后的评价。本节课依据教学目标，设计概括关联、解释说明、推断预测、设计验证、分析评价等五个评价指标，预设学生的能力水平，将评价标准分为三个等级。
一级指标 二级指标 评价标准 评价
A B C
概括关联 能够构建氯的价类二维的思维模型 能运用价类二维模型设计ClO2的合成方法 能够完整准确地绘制出氯的价类二维的思维模型；能够想出2-3种ClO2的合成方法。 能够准确地绘制出氯的价类二维的思维模型；能够想出1种ClO2的合成方法。 在引导下绘制出氯的价类二维的思维模型；不能想出ClO2的合成方法。
解释说明 能够解释小组的实验思路和方案，介绍实验成果 能用知识解释84消毒液的使用说明 能够清晰、有逻辑地解释小组的实验方案和介绍实验成果，表述准确 在引导下能够解释小组的实验方案和介绍实验成果
推断预测 能预测84消毒液的氧化性和碱性 能预测酚酞褪色的原因 能预测84消毒液中的发挥漂白作用的物质 能够从价类两个角度预测消毒液的性质；能预测酚酞褪色的2-3种可能情况；能预测消毒液中的2种有效成分 能从价类两个角度预测消毒液的性质；能预测酚酞褪色的1种可能情况；能够预测消毒液中的1种有效成分 只能从单一角度预测消毒液的性质；能预测酚酞褪色的1种可能情况；能够预测消毒液中的1种有效成分
设计验证 能设计实验验证84消毒液的性质和影响漂白效果的因素 能规范完成实验操作，通过实验现象得出结论 能够设计多个实验方案验证消毒液的性质和影响因素；深入分析实验现象，对异常现象进行分析；能修正实验方案进一步探究。 能够设计多个实验方案验证消毒液的性质和影响因素；能分析实验现象，能对异常现象提出疑问。 能够设计1-2个实验方案验证消毒液的性质和影响因素；分析现象停留在表面。
分析评价 能对他人的方案、成果进行评价和建议 能对自己的认知参与、行为参与、情感参与进行评价 能够积极主动参与合作，提出建设性的建议，分享自己的实验成果，客观评价他人的实验成果， 能够认真参与合作，分享自己的成果，客观评价他人的实验成果 参与合作过程，但讨论时无法提供好的建议，实验时较依赖同伴
4.1.6教学反思
知识问题化，问题情境化
本节课将氯元素化合物的性质和转化这一核心知识分解为与教学内容密切相关的问题群，选取防疫消毒剂84消毒液作为真实情境，从情境中找到新奇处、困惑处、共鸣处、挑战处，找到学生的兴趣、思维、情感的触发点，推动学生主动去解决问题，获得知识和能力，形成认识物质性质和转化的一般模型。
促进学生的高阶思维的发展，发展学生的核心素养通过
通过改进消毒液的制备装置、验证消毒液的碱性和氧化性、揭开消毒液的漂白原理等实验，引导学生提出假设，设计实验进行验证，发展学生的批判性思维、反思性思维和创新思维帮，助学生自主建构知识，形成化学学科思想方法，发展学生证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析的核心素养。
实现“教——学——评”一体化
在课堂教学中，把教、学与评价相互整合，开展教师评价、学生自评和互评，学生能够把握自己的掌握水平，教师能及时、有效地了解教学效果，及时调整教学，以评价促进学习，提高学习目标的达成度。
参考文献
在高中化学情境教学中提高学生问题解决能力的研究[J].化学教育,2010,31(S2):323
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[2]陈永忠.次氯酸钠溶液漂白性实质探究[J].中小学实验与装备,2013,23(03):8-9.
[3]任斌,吴晓红,杨文远,肖敏,马金刚.运用手持技术探究84消毒液漂白性的原因及其影响因素[J].化学教学,2015(10):53-56
[4]吴云,陈一铭.指向高阶思维培养的高中化学项目式教学与评价实践研究——以“神奇的84消毒液”为例[J].福建基础教育研究,2022(04):122-125.
[5]李晓倩,刘翠,王磊,黄燕宁,史凡. 氧化还原反应复习的项目式教学设计与实施——探秘“84”消毒液[J]. 化学教育(中英文),2020,41(17):43-48.

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