第三章第三节盐类的水解——基于学科融合的次氯酸钠消毒原理探究 说课课件

基于学科融合的次氯酸钠消毒原理探究 高中化学 01. 实验基本信息 02. 实验设计思路与创新点 03. 实验原理 04. 实验目标 05. 教学过程 06. 实验效果评价 实验基本信息 01 实验基本信息 一、使用教材 人教版2019 必修一第二章第二节《氯及其化合物》 选择性必修一第三章《水溶液中的离子反应与平衡》 二、课标要求 1. 教学策略重视发展高水平的实验探究活动，结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氯及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用 2.通过水溶液中的离子平衡形成并发展学生的微粒观、平衡观和守恒观 实验基于 综合了必修一 开展实验探究 对应的课标要求 实验基本信息 三、学情分析 学段 高二 1.知识基础 具备氯及其化合物元素知识和调节水解平衡理论基础 2.思维基础 具有一定的证据推理能力，但缺乏从宏观现象分析本质的能力，对学科知识的了解是孤立认识的，不能很好建立联系 3.实验能力 能够合理根据控制变量法设计实验并具备一定动手能力 对象是高二学生 物质变化涉及的原理 思维活跃，心里积极 基本具有 尚待发展的是严谨，方法融合 实验设计思路与创新点 02 实验设计思路与创新点 设计思路 根据平衡移动原理，通过改变pH调节HClO与ClO-分布系数，得出不同的消毒效果，间接证实NaClO溶液中起消毒作用的微粒 通过对比参照实验，探究影响NaClO溶液消毒效果的相关因素 创新点 学科内不同学段知识融合、学科间实验方法融合，从宏观现象内推微观本质 传统实验方法与现代技术手段相融合来分析实验数据 没有纯的次氯酸钠 次氯酸 实验原理 03 实验原理 利用平衡移动原理，调节pH来改变HClO与ClO-分布系数，验证具有消毒效果的微粒 美蓝染色剂能将死亡的细胞染为蓝色，活细胞不被染色，使杀菌效果可视化 运用 Image J、Origin 软件统计细胞死亡率，将定性观察上升为定量结果 实验教学目标 04 实验教学目标 结合真实问题的实验探究，认识NaClO溶液消毒的本质原因、影响因素、科学使用 通过实验方案的改进与实施，发展学生学科思维与认识方法 通过实验活动的开展，发展学生宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、科学探究与创新意识化学学科核心素养 结合上述分析，拟定的教学目标如下 实验教学过程 05 问题提出问题与猜想 学生猜测：具有杀菌效果的成分可能为NaClO、HClO或NaCl。 为什么84消毒液与少量白醋混合可以有效除螨呢？ 除螨小妙招：清水+84消毒液+少量白醋 学生根据生活小妙招，84与醋酸混合可以有效除螨，生根据次氯酸钠的制备方法猜测 但是氯化钠并没有广泛应用与杀菌消毒， 根据加醋酸的操作，有效成分应该是HCLO，因此学生想通过实验验证84中具有杀菌效果的是不是HCLO 学生讨论方案 如何设计实验，直观判断杀菌效果呢？ 学生经过讨论认为： 细胞实验能够直观反映杀菌效果。 学生实验方案设计 据此学生开始讨论方案 在问了生物老师后和查阅文献后 确定用美蓝染液染色细胞，在显微镜下观察细菌死亡情况 初步方案设计 一、实验器材 试剂 次氯酸钠（分析纯）、2 mol/L硫酸溶液、酵母菌及液体培养液、美蓝染液 仪器 pH计、光学显微镜、血细胞计数板 初步形成如下方案 市售84消毒液添加了很多别的物资 调节PH不能用常用的盐酸，会和次氯酸钠反应。 出于安全考虑，细胞实验选用无毒害的酵母菌 载玻片用的能计数的血细胞计数板 可以对方格内的细胞计数 初步方案设计 二、步骤 将不同浓度的NaClO溶液加入酵母菌，作用相同时间加入美蓝染液，染色相同时间 将染色的酵母菌用显微镜观察其死亡率 方案实施 学会使用光学显微镜观察酵母菌 学生调节光学显微镜并观察 光学显微镜下的酵母菌 方案实施 学生使用NaClO溶液处理酵母菌2 min后，使用美蓝试剂进行染色1 min 死亡细胞 存活细胞 光学显微镜下的存活及死亡酵母菌 学生对酵母菌染色 这是学生对酵母菌染色并在显微镜下观察 死亡的酵母菌被染为蓝色，存活的酵母菌依然为无色透明 实验初步结果 原NaClO溶液稀释至不同浓度，在相同杀菌时间内（2 min）的杀菌效果 稀释100倍 (pH为3.4) 稀释50倍 (pH为3.8) 稀释10倍 (pH为3.7) 未稀释 (pH为3.8) 浓度是重要影响因素，杀菌效果与其呈正相关 稀释10倍的NaClO溶液在该时间内具有适当的死亡率，适合作为下一步实验探究的浓度值 学生首先实验了不同浓度的NaClO溶液的杀菌效果 1.杀菌效果与c正相关 选择了稀释10倍的NaClO溶液作为，太浓太稀都不利于观察比较效果 2.在这个过程中出现了一个困难，学生在观察显微镜下酵母菌死亡率时，对着镜头看耗时耗力 所以老师将视野拍成照片放大来数数， 但是也很容易视觉疲劳和混淆 方案优化 肉眼观察难以判断杀菌效果的优劣，有无办法可快速精确统计酵母菌的死亡率？ 除浓度外，影响杀菌效果的因素还有哪些？ 引导学生做方案优化 方案优化 点计数工具 学会使用Image J软件对细胞进行计数 死亡细胞 存活细胞 细胞总数计数 死亡细胞数计数 点计数操作 死亡及存活细胞形貌 查阅了资料和求助高校老师，用现代计算机软件 方案优化 学会使用Origin计算平均值及标准差、并作图分析趋势 方案实施 探索不同pH值对杀菌效果的影响 学生调节溶液pH值 学生实验操作 针对第二个问题 实验数据 探索不同pH值对杀菌效果的影响 pH值 细胞总数 (个) 死亡细胞数 (个) 细胞死亡率 平均数 11.7 134 25 0.187 19.3% 79 19 0.241 164 25 0.152 总数计数 死亡细胞数计数 pH值为11.7的光学显微镜图像 实验原图 这是实验数据，每个PH拍摄了3个图片，对血细胞计数板方格内的酵母菌做计数统计 得出死亡率求平均数 实验数据 探索不同pH值对杀菌效果的影响 pH值 细胞总数 (个) 死亡细胞数 (个) 细胞死亡率 平均数 8.3 80 20 0.250 31.1 % 87 32 0.368 73 23 0.315 pH值为8.3的光学显微镜图像 总数计数 死亡细胞数计数 实验原图 同理 实验数据 探索不同pH值对杀菌效果的影响 pH值 细胞总数 (个) 死亡细胞数 (个) 细胞死亡率 平均数 6.2 125 79 0.632 69.7 % 109 79 0.725 120 88 0.733 pH值为6.2的光学显微镜图像 总数计数 死亡细胞数计数 实验原图 实验数据 探索不同pH值对杀菌效果的影响 pH值 细胞总数 (个) 死亡细胞数 (个) 细胞死亡率 平均数 3.8 77 57 0.740 76.8% 79 63 0.797 71 57 0.803 pH值为3.8的光学显微镜图像 总数计数 死亡细胞数计数 实验原图 实验数据 探索不同pH值对杀菌效果的影响 pH值 细胞总数 (个) 死亡细胞数 (个) 细胞死亡率 平均数 2.2 156 49 0.314 27.5% 116 24 0.207 128 39 0.305 pH值为2.2的光学显微镜图像 总数计数 死亡细胞数计数 实验原图 实验数据分析 根据： Ka(HClO) ＝ ＝4.0×10－8(25℃) 计算 数据摘自： CRC Handbook of chemistry andPhysics,91 st.(2010),8-40～8-46 2.5×103.2 2.5×100.8 2.5×10- 1.3 2.5×10- 4.7 ＝ 2.5×106.8 根据： Ka(HClO) ＝ ＝4.0×10－8(25℃) 计算 Ka(HClO)数据摘自： CRC Handbook of Chemistry and Physics,91 st.(2010), 8-40～8-46 用O作图分析趋势，并根据Ka计数初HCLO与CLO的浓度比值， HCLO浓度越高时，杀菌效果越明显 证明HCLO是杀菌消毒的关键微粒 学生在调节到PH在3.8时有微弱的刺激性气味，2.2时有明显的刺激性气味，这使得使得效率降低 结果讨论 这是学生的结果讨论 结果讨论 酵母菌是被H2SO4或NaCl杀死的吗？ 酸性和碱性条件下美蓝试剂都可以有效染色吗？ pH值为3.8的H2SO4溶液中的酵母菌的存活情况（作用时间2 min） pH值为12.8 (左)及1.7 (右)的NaClO溶液中的酵母菌的存活情况 酸性和碱性条件下美蓝试剂都可以有效染色 H2SO4溶液短时间内不能有效杀菌 稀NaCl溶液中的酵母菌的存活情况（作用时间2 min） 稀NaCl溶液短时间内不能有效杀菌 又有学生提出 调PH过程中用到了硫酸 溶液中还有氯化钠 酸性碱性条件美蓝会不会变质 补充的对比实验 没有明显效果 在观察过程中学生担心，染色效果不稳定，结果在大量实验后发现，显微镜以及染色足够长时间，死亡率并未有明显变化，因此美蓝不仅有染色作用，还有终止杀菌作用，因此在染色时加过量的染液。 实验效果评价 06 实验结论 实验间接证实了NaClO溶液中HClO是关键消毒微粒 实验证实了NaClO的浓度和 pH对杀菌效果有显著影响 NaClO浓度相同时，pH在4-6杀菌效果更好 文献截图 结果 基本一致 实验效果评价 通过实验让学生认识到次氯酸钠在生产生活中正确的使用方法，过程中帮助学生树立严谨，求实的科学态度 通过实验让学生深刻体会到控制变量法、运用跨学科知识解决困难的创新思路 通过实验让学生认识到现代科学技术发展对科学探究的重要辅助作用 虽然文献有研究过，高中阶段并没有对这个实验做研究，并没提出有效而且简单的方法 白醋和醋酸钠形成的缓冲体系PH在4.8左右，效果最好 加深了学生的理解 实验后续研究方向 影响杀菌效果的因素还有时间，因技术限制，未能动态连续监测 高中实验安全设施不足，使用酵母菌代替其他有害细菌，细菌种类对杀菌效果的影响尚待深入 染色细菌的方法还可以改进，如用双染色剂，让存活和死亡的细菌都染色，更方便观察 带有视野传感器的显微镜，提高实验结果的清晰度和分辨度，更有利于提升数据统计的精确度 用计算机编码程序大量处理图片，快速得出酵母菌总数和染色数目 谢谢! 以上是说课所有内容 $$