“難溶電解質的溶解平衡的應用”教學設計

文章編號:1005-6629(2010)03-0043-05 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

1 教材分析

本節課的基于人教版選修4《化學反應原理》第三章第四節“難溶電解質的溶解平衡”的第二部分“沉淀的溶解和轉化”，側重于如何運用難溶電解質的溶解平衡解決在生產生活中的實際問題，同時也使學生通過學習更為透徹理解在溶液中發生離子反應的原理，認識沉淀轉化的本質。

2 教學對象分析

學生通過第一課時的學習，已初步理解并能描述難溶電解質的溶解平衡，已了解難溶電解質溶解平衡的特征和影響平衡移動的幾個因素，以及溶度積常數。同時，學生也已具備一定的實驗操作技能和合作、交流、表達能力，能對實驗現象及結果作出初步分析、推理、歸納的能力。

3 教學目標

3.1 知識與技能

①使學生能夠運用平衡移動的觀點對沉淀的溶解、轉化過程進行分析。

②知道沉淀轉化的本質并能夠對相關實驗的現象以及生產、生活中的一些相關問題進行解釋。

③培養學生的知識遷移能力、實驗探究能力和邏輯推理能力。

3.2 過程與方法

①初步建立解決沉淀溶解平衡問題的一般思路，嘗試運用微粒觀、動態觀、定量觀分析沉淀溶解平衡的相關問題。在知識的應用過程中養成科學的態度，獲得科學的方法。

②以數據和拓展閱讀材料讓學生明確沉淀轉化的條件和在實際中的應用。使學生主動地體驗探究過程，通過探究實驗和引導分析嘗試運用師生合作探究、查閱資料等分析沉淀溶解平衡的相關問題。

3.3 情感態度與價值觀

①通過對生產、生活中與沉淀溶解平衡有關的某些現象的討論，使學生體會到化學對于提高人類生活質量、促進社會發展的作用。以激發學生學習的熱情。

②通過沉淀的溶解和轉化及其應用知識的學習，認識其中蘊涵的透過現象看本質和由特殊到一般的辯證唯物主義觀點。

4 教學重難點

4.1 教學重點

沉淀轉化的基本原理(實質、方法、 解決沉淀溶解平衡問題的基本思路)

4.2 教學重難點

沉淀轉化的實質

5教學方法和手段

實驗探究和理論分析相結合

小組合作討論、學生探究實驗、多媒體課件展示等

6設計思路

本節課采用實驗、討論和理論分析推理相結合的教學方式，以創設情景 引入新課→設計實驗 合作探究→分析推理 總結規律→ 方法導引 學以致用→鞏固新知 拓展提升”等環節組織教學活動，引導學生通過實驗、討論、分析、歸納出沉淀溶解和轉化的基本原理、實質和方法，形成解決沉淀溶解平衡相關問題的基本思路，并對相關實驗現象以及生產生活、科學研究中的一些相關問題進行解釋。

本課將教材中沉淀溶解和轉化的兩個驗證性實驗改為探究實驗，教師給出實驗用品，學生分組討論設計實驗方案，以小組的形式交流方案，最終得出實驗方案。并在教師的引導下小組協作完成實驗。在實驗探究中培養學生的合作能力、實驗操作能力、分析問題、解決問題的能力以及探究的意識。

7教學過程

7.1創設情景 引入新課

[引入]情景1:多媒體展示一組人體腎結石圖片，并對腎結石的主要成因作一簡短說明(主要成因:飲水少，天氣炎熱等原因造成尿液中Ca2+濃度增高，Ca2+與尿液中的草酸鹽和磷酸鹽等結合生成難溶電解質CaC2O4和Ca3 (PO4)2。)

情景2:多媒體展示一組齲齒圖片，視頻播放一段含氟牙膏廣告。

[設疑]問題1:日常生活中預防腎結石形成的主要措施有哪些?

問題2:齲齒的形成原因是什么?含氟牙膏為什么能防止齲齒?

設計意圖:創設情景，從生活事例導入新課，激發學生的學習興趣，使學生產生學習的需要，并引導學生帶著問題進入本節知識的學習。

7.2 設計實驗 合作探究

教師引導學生回憶并書寫氫氧化鎂沉淀溶解平衡的表達式。

Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)

[提問]若使氫氧化鎂沉淀溶解，可以采取什么方法?依據什么原理?

[學生]小組討論交流，得出結論。

原理:根據勒夏特列原理，使沉淀溶解平衡向溶解方向移動

方法:設法不斷移去溶解平衡體系中的相應離子Mg2+和OH-，使平衡向沉淀溶解的方向移動。如加入酸等。

設計意圖:復習鞏固已學的知識，為新知識的學習作好鋪墊。

[設疑]如何設計探究實驗使氫氧化鎂沉淀溶解呢?

[布置探究任務]教師引導學生利用提供的試劑(蒸餾水、鹽酸、飽和NH4Cl溶液、NaOH溶液、MgCl2溶液、Na2CO3溶液、FeCl3溶液酚酞試液)，分組討論，設計可行的實驗方案。

[學生] 分小組設計實驗方案(教師巡視，發現學生的問題及時糾正，并提示學生進行對比實驗設計)。

[學生]以小組為單位，代表發言，全班交流實驗方案。

[投影]實驗方案:分別向少許等量的氫氧化鎂沉淀中加入蒸餾水、鹽酸、飽和NH4Cl溶液、FeCl3溶液和Na2CO3溶液。(見表1)

[學生] 以小組為單位完成實驗，觀察并將實驗現象填寫在學案的實驗記錄表中。寫出氫氧化鎂沉淀溶解的化學方程式。

Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O

Mg(OH)2+2NH4Cl=MgCl2+2NH3·H2O

[提問]如何應用平衡移動原理分析、解釋實驗②、③中發生的反應，并從中找出使沉淀溶解的規律?

[學生]分小組討論，代表發言，全班交流。

[引導學生分析] 加入鹽酸時，H+與OH-中和生成水，使c(OH-)減小， Mg(OH)2的溶解平衡向右移動， 從而使Mg(OH)2溶解。加入NH4Cl時，NH4+與OH-結合，生成弱電解質NH3·H2O(NH3·H2O在水中比Mg(OH)2更難電離出OH-)， 使c(OH-)減小，Mg(OH)2的溶解平衡向右移動， 從而使Mg(OH)2溶解。

[投影小結]沉淀溶解的原理:根據勒夏特列原理，使沉淀溶解平衡向溶解方向移動。

沉淀溶解的方法:設法不斷移去溶解平衡體系中的相應離子，使平衡向沉淀溶解的方向移動。

設計意圖:本實驗的設計是將教材的實驗3-3和實驗3-5合二為一，并將其改為局部開放的探究實驗，其設計目的:(1)節省了課堂實驗的時間;(2)學生根據教師提供實驗試劑，設計③、④、⑤三個實驗方案，以探究Mg(OH)2能否與不同濃度的鹽溶液反應?這樣提高了學生的實驗設計能力，也增強了學生進行探究實驗的欲望。

當學生在實驗中觀察到白色的氫氧化鎂沉淀可以轉化為紅褐色沉淀時，與學生原有的認知發生沖突，這樣就會激發學生的學習動機，使思維保持積極的活躍狀態。同時，為引入下一個問題沉淀的轉化埋下伏筆。

[過渡]實驗④白色的氫氧化鎂沉淀中加入氯化鐵溶液后，為什么會有紅褐色沉淀生成?而實驗⑤中加入碳酸鈉溶液后，為什么白色沉淀無明顯溶解現象?能否用平衡移動原理解釋?

[設疑]一種難溶物轉化為另一種難溶物的實質和條件是什么呢?

[追問]AgCl、AgI、Ag2S三種難溶物質間能相互轉化嗎?

[布置探究任務]教師引導學生利用提供的試劑(硝酸銀溶液、碘化鉀溶液、氯化鈉溶液、硫化鈉溶液，以上溶液濃度均為0.1 mol·L-1)分組討論、設計實驗方案。

[學生] 分小組討論設計實驗方案，并以小組為單位交流實驗方案，形成以下三個探究實驗方案進行探究。(見表2、表3、表4)

[投影]方案1

[學生]合作完成實驗，邊做邊記錄實驗現象，填寫學案記錄表。小組派代表匯報實驗現象。并嘗試性分析實驗現象。

[投影]方案1:產生白色沉淀;白色沉淀慢慢轉化為黃色沉淀;黃色沉淀又慢慢轉化為黑色沉淀。

方案2:產生黃色沉淀;后沉淀不再變化。

方案3:產生黑色沉淀;后沉淀不再變化。

7.3 分析推理 總結規律

[提問]請利用沉淀溶解平衡的相關知識和所提供的溶解度數據對實驗現象進行解釋或提出質疑。(組間交流)(已知25 ℃時AgCl、 AgI、Ag2S 的溶解度分別是1.5×10-4 g 、 2.1×10-7 g 、1.3×10-16 g)

[引導分析]

方案1中的沉淀轉化過程為 AgCl →AgI →Ag2S

AgCl(s)Ag+ (aq)+ Cl- (aq)

AgI(s)Ag+ (aq)+I- (aq)

KI(s) = I- (aq)+K+ (aq) K2S(s)=S2- (aq)+K+ (aq)

AgI(s) Ag2S(s)

AgCl(s) + I- (aq)AgI(s)+Cl-

S(AgCl)=1.5×10-4 g S(AgI)=2.1×10-7 g

2AgI(s)+S2- Ag2S+2I-

S(AgI)=2.1×10-7 gS(Ag2S)=1.3×10-16 g

[結論]沉淀轉化的實質:沉淀溶解平衡的移動;

沉淀轉化的條件:難溶電解質轉化成更加難溶的物質。

[追問]沉淀物間的轉化是否與其溶度積常數有關?(已知25 ℃時，AgCl、AgI和Ag2S的Ksp分別為1.8×10-10、8.3×10-17、1.6×10-49)

[學生]對照數據分析并得出結論:溶度積常數大的沉淀轉化為溶度積常數小的沉淀。(提醒:溶解度和溶度積常數Ksp均能反映物質在水中的溶解能力，但兩者的關系并不是簡單的正比關系。)

[投影小結]沉淀的轉化

實質:沉淀溶解平衡的移動(是一種特殊形式，盡管原有的沉淀并沒有完全轉化為可溶物的形式)

規律:一般來說，溶解能力相對較弱的物質能轉化為溶解能力相對較強的物質。溶解度相差越大，轉化的趨勢越大。

設計意圖:如何引導學生通過實驗探究、交流討論、分析推理等得出沉淀轉化的原理、實質和方法是本節課的重點，也是難點。教學中注意將感性認識與理性分析相結合、定性分析與定量判斷相結合，充分利用知識的邏輯進行分析推理、層層遞進，促進了問題解決。通過學生設計探究實驗，討論實驗方案并小組合作完成實驗，充分調動學生的參與意識，同時培養了學生分析、歸納、總結的能力。培養了小組合作學習能力和團隊精神。

[設疑] 當兩種難溶物溶解能力差別不大時， 溶解能力相對較弱的物質在一定條件下能否化為溶解能力相對較強的物質?

重晶石(主要成分BaSO4)是制備可溶性鋇鹽的重要原料，但BaSO4既不溶于水也不溶于酸。那么，工業上該如何解決這個難題的呢?(已知25 ℃時，BaSO4和BaCO3的Ksp分別為1.1×10-10、5.1×10-9)

[引導分析] 工業上用飽和Na2CO3溶液處理即可轉化為易溶于酸的BaCO3。

BaSO4(s) Ba2+ (aq)+SO42-(aq)

+

CO32- (aq)

BaCO3 (s)

總的離子方程式為: BaSO4(s)+CO32-(aq)

BaCO3 (s)+SO42- (aq)

從溶解度數據可知，雖然BaSO4比BaCO3更難溶于水，BaSO4的Ksp稍小于BaCO3的Ksp。但在CO32-濃度較大的溶液中，BaSO4溶解于水中的Ba2+ 能與CO32-結合形成BaCO3沉淀。轉化過程是用飽和Na2CO3溶液處理BaSO4沉淀，待達到平衡后，移走上層溶液;再加入飽和Na2CO3溶液，重復處理多次，使絕大部分BaSO4轉化為BaCO3;最后加入鹽酸，Ba2+即轉入到溶液中。

[結論]當CO32-的濃度達到SO42-濃度的一定倍數時，就可實現由BaSO4轉化成BaCO3沉淀。

[投影小結]一定條件下，溶解能力相對較弱的物質能轉化為溶解能力相對較強的物質。

設計意圖:盡管BaSO4比BaCO3更難溶于水，BaSO4的Ksp也稍小于BaCO3的Ksp，但工業生產中可以采用一定的條件使BaSO4轉化為BaCO3。通過創設此工業生產情境，與學生的已有認知形成沖突，激發了學生的求知欲，同時也讓學生體會到矛盾的普遍性和特殊性的關系。

7.4方法導引 學以致用

沉淀的轉化在生活中的應用

[過渡] 沉淀的轉化在生活、生產和科學研究中有哪些應用?

[引導學生分析]遷移解決如下問題:

[問題 1]預防人體腎結石的主要措施有哪些?

每天飲用大量水，大量飲水可稀釋尿液，使CaC2O4和Ca3(PO4)2的溶解平衡向著溶解的方向進行，可以防止或延緩尿結石的形成……

[問題2] 齲齒的形成原因?為什么使用含氟牙膏可防止齲齒?(已知Ca5(PO4)3F的溶解度比Ca5(PO4)3 OH更小)

牙齒表面由一層硬的組成為Ca5(PO4)3OH的難溶物質保護著，它在唾液中存在下列平衡:

Ca5(PO4)3OH(s)5Ca2+(aq)+3PO43-(aq)+OH-(aq)

進食后，細菌和酶作用于食物，產生有機酸，這時牙齒就會受到腐蝕，其原因是發酵生成的有機酸能中和OH-，使平衡向脫礦方向移動，加速腐蝕牙齒。

牙膏里的氟離子會與Ca5(PO4)3OH反應，形成的氟磷灰石更能抵抗酸的侵蝕， 使牙齒更堅固。離子方程式為:

Ca5(PO4)3OH(s)+F-(aq) Ca5(PO4)3F(s)+OH-(aq)

設計意圖:前后呼應，運用新知，體現學以致用的新課程理念。

沉淀的轉化在工業生產上的應用

[投影]鍋爐除水垢

鍋爐水垢既會降低燃料的利用率，造成能源浪費，也會影響鍋爐的使用壽命，形成安全隱患，因此要定期去除鍋爐水垢。水垢中含有的CaSO4可先用Na2CO3溶液處理，使之轉化為疏松、易溶于酸的CaCO3，然后再用酸去除。

(1)請分析將水垢中含有的CaSO4轉化為CaCO3的原理。

(2)寫出除去水垢中含有的CaSO4的化學方程式和離子方程式。(已知CaSO4和CaCO3的溶解度分別為2.1×10-1 g和7.1×10-4 g，CaSO4和CaCO3的溶度積常數分別為7.1×10-5和2.8×10-9)

[引導分析]CaSO4(s) Ca2+ (aq)+SO42- (aq)

+

CO32- (aq)

CaCO3 (s)

總的離子方程式為:CaSO4(s)+CO32-(aq)

CaCO3 (s)+SO42- (aq)

化學方程式為:CaSO4(s) + Na2CO3(aq)

CaCO3 (s) +Na2SO4(aq)

在加Na2CO3溶液之前，CaSO4的溶解與沉淀處于平衡狀態，加入Na2CO3溶液之后，CO32-與Ca2+結合生成CaCO3沉淀;同時溶液中Ca2+的減少又使 CaSO4的溶解平衡向右移動，CaSO4逐漸溶解。只要加入的Na2CO3足量，上述過程就可連續進行，直至大部分CaSO4轉化為CaCO3。

[投影]工業廢水處理

在工業廢水的處理過程中， 常用FeS(s)、 MnS(s)等難溶物作為沉淀劑除去廢水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金屬離子，試用平衡移動原理解釋原因?寫出FeS(s)與廢水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+的反應離子方程式。

已知:Ksp(FeS)=6.3×10-18Ksp(CuS)=1.3×10-36

Ksp(HgS)=6.4×10-53Ksp(PbS)=3.4×10-28

[引導學生分析]比較以上幾種難溶物的Ksp的大小，應用沉淀轉化的規律，寫出以下沉淀轉化的離子方程式。

FeS(s)+Cu2+(aq) = CuS(s)+ Fe2+ (aq)

FeS(s)+Hg2+(aq) = HgS(s)+ Fe2+ (aq)

FeS(s)+Pb2+(aq) = PbS(s)+ Fe2+ (aq)

設計意圖:綜合運用沉淀溶解平衡知識解決工業生產中的實際問題，使學生深化對沉淀溶解平衡的相關應用問題的認識，了解化學對人類生產、生活的貢獻，加深對化學學科價值的理解。

7.5 鞏固新知 拓展提升

[布置課后作業]在粗制CuSO4·5H2O 晶體中常

含有多種雜質， 根據以下數據(見表5)和信息，回答以下問題。

除雜可供選擇的試劑:

調節pH的試劑:氨水、氫氧化鈉、氧化銅、堿式碳酸銅

氧化劑:HNO3、 KMnO4、 Cl2、 NaClO、 H2O2等

(注:Fe2+的氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以常將它氧化成為Fe3+， 生成Fe(OH)3沉淀而去除之。)

問題1:如何除去CuSO4溶液中的少量Fe3+?

問題2:如何除去CuSO4溶液中的少量Fe2+和Fe3+?

設計意圖:本題是根據人教版教材練習第2題改編的，將問題分為兩部分，并給出了除雜所需的試劑和解題可能用到的一些數據。這樣設計體現了思維的梯度，同時訓練學生信息加工的能力。本題是一道物質分離題，主要考查學生如何選擇合適的沉淀劑、如何通過控制沉淀劑的濃度使不同的離子依次轉化為沉淀等。

8教學反思

本節課圍繞難溶電解質的溶解平衡在生活、生產和科學研究中的廣泛應用，依據教材進行了創造性的教學設計，從實驗著手，設計問題，層層深入，在積極引導學生開展討論交流、增加互動的同時，重視訓練學生的科學思維方法，注意引導學生從直觀(實驗現象)到抽象(溶解度大小和溶度積常數大小)，透過現象，比較、分析、歸納出沉淀轉化的本質。

教學過程遵循有效教學的原則，注意充分發揮學生的主體作用和教師的“認知教練”角色，將傳統的講授法與探究式教學、合作學習融合，重視學生的參與，重視知識的形成過程，培養學生小組合作的能力和實驗探究能力以及分析信息、應用信息、處理信息的能力，體現了新課程學以致用的理念，體現了化學與生活、生產、醫學等密切的聯系。

本節課的問題情境都是真實的。教學時由“景”入“境”，形成了有利于學生開展自主、合作、探究學習的問題情境，問題的內涵豐富，值得思考，具有啟發性和教育意義，有效地實現了“問題驅動”。