由“黃金雨”實驗設計“沉淀溶解平衡”的主題式復習

馬潔

摘要：以“沉淀溶解平衡”為例設計“主題式復習”教學，以創設的情境為基礎，連貫地呈現“沉淀溶解平衡”知識間的豐富聯系，高度整合基礎知識和綜合應用能力，促進學生化學學科核心素養發展，也為如何提高高三化學復習效率提供新思路。

關鍵詞：主題式復習;黃金雨;沉淀溶解平衡

文章編號：1008-0546（ 2019） 08-0044-04

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.08.014

“主題式復習”的基本模式是圍繞一個主題，教師將涉及到的知識以教學情境為載體逐漸呈現。學生從情境中提取知識、發現問題，通過探究實驗、交流討論、歸納總結等多樣化活動，建構完整的知識網絡，提升學習能力[1]。受江蘇高考模式影響，高三化學課時較少，“主題式復習”在復習課中具有應用優勢。本文以“沉淀溶解平衡”為例，通過教學設計與實施對高三化學主題式復習課進行探索。

一、實驗素材背景

“沉淀溶解平衡”是“溶液中的離子反應”的重要組成部分，是“化學平衡”的延續和發展，其教學價值重在幫助學生從微觀的角度認識物質在水溶液中的行為.發展微粒觀、平衡觀、定量觀。選擇“黃金雨”趣味實驗為背景，該實驗融合“沉淀溶解平衡”，宏觀可見、微觀可探，是高三化學復習的好素材。

“黃金雨”實驗的主角是碘化鉛（Pbl2），在含有可溶性鉛鹽溶液里滴入KI溶液，產生鮮艷的黃色沉淀Pbl2，由此引出課題——“沉淀溶解平衡”。PbI2除了本身的明黃色以外，還有一個顯著的特點，就是它在水中的溶解度在不同溫度下的變化比較明顯，20℃時溶解度僅0.069g，而80℃時可達0.294g，這是一個物質溶解度隨溫度變化的十分好的素材。再有，溫度影響溶解平衡的事實，可以與后面復習平衡移動相呼應。冷卻加熱所得淡黃色清液，金色小品體從各個角落均勻析出，閃閃發光、十分奪目。另外“黃金雨”實驗存在重金屬離子污染問題，以此演繹平衡移動，聚焦Pb2+處理，根據平衡移動原理指導實踐，討論實驗方案，體會化學學科價值。

二、教學設計思路

近年來，“沉淀溶解平衡”是高考的固定考點，題型穩定。考試說明要求：“理解難溶電解質的溶解平衡、能運用溶度積常數（ Ksp）進行簡單計算”，主要考查學生對基本概念的理解和對Ksp的認識和應用，并能在此基礎上評價不同實驗方案。中學階段對這部分內容已十分控制難度，但“沉淀溶解平衡”作為教材內容的最后一個平衡體系，理論性強、概念抽象，許多學生存在較明顯的認知缺陷，知識片段式、零碎化。

本節復習課以“黃金雨”實驗為情境載體，結合考綱展開教學設計，首先欣賞“黃金雨”，激發學生的研究熱情;隨即制備PbI2，喚醒記憶、回歸概念，討論試管中的離子反應及平衡體系，深度辨析概念、通過數型結合強化Ksp的應用;之后呼應主題，學生制作“黃金雨”，體會美麗化學;緊接著拋出Pb2+污染問題，引導學生利用沉淀轉化解決問題。通過復習喚醒、整合、內化、提升。在深度辨析概念的基礎上，引導學生進行定性分析、定量計算，輔以生動的實驗，夯實基本概念和基礎知識的同時，培養信息加工和解決實際問題的能力，發展化學服務于社會和諧發展的學科價值觀。相關教學流程見圖l。

三、教學過程設計

1.課題引入制備PbI2

課前在講臺上放置一臺磁力攪拌器，瓶內物質在攪拌下緩慢旋轉，在燈光照射下金光閃閃，并利用投影儀在屏幕播放。為加強體驗，每小組的實驗盒中也放置一小瓶黃金雨，讓學生振蕩后用電筒照射，近距離欣賞。

[學生實驗1]取5mL 0.2mol.L^-1KI溶液于試管中，往其中加入2mL O.lmol.L-l（ CH3C00）2Pb溶液，充分振蕩后靜置。提醒：注意I-過量！

[思考]這個體系中主要存在著怎樣的化學平衡？

[反饋]大量Pb2+與I一結合產生了黃色PbI2沉淀：Pb2++2I-=Pbl2↓。此體系中主要存在沉淀溶解平衡：Pbl2=Pb2+ +2I-。

[動畫]Pbl2固體在水中，一方面，在水分子的作用下，少量Pb2+和I一脫離Pbl2固體表面進入水中;同時，進入水中的Pb2+和I一又受正負離子的吸引，回到固體表面析出。當沉淀溶解速率和生成速率相等時，得到PbI2飽和溶液，建立沉淀溶解平衡。

[辨析] Pbl2=Pb2++2I-的含義。大部分像Pbl2這樣的難溶性鹽，又如BaSO4、AgCl等，都是強電解質。電離過程和溶解平衡過程各自存在、但各不相同，不能混為一談，我們要用規范的化學用語表示。這個表達式還可以標明狀態：PbI2（s）=Pb2+（aq）+21-（aq），區分電離過程。

[歸納]這里的宏觀現象、微觀探析、符號世界是物質的三重表征。微觀結構決定宏觀性質，符號作為中介，增強對物質的認識、概念的思辨，這是化學學科最具特色的思維方式。復習中同學們可以多加嘗試，定會事倍功半。

[設計意圖]蘇教版教材利用檢驗Pbl2上層清液中I-的實驗引出課題“沉淀溶解平衡”，其中Pbl2試劑是直接呈現的，且高中教材中Pbl2僅在此出現過一次，學生比較陌生。本節復習課利用復分解反應再現Pbl2，喚醒記憶，KI和（CH3C00）2Pb溶液混合制備Pbl2，且實驗時強調I一過量，為后續探究鋪路。從宏觀現象入手引出體系中的離子反應及主要存在的化學平衡，辨析離子反應、沉淀溶解平衡、電離方程式，在思辨中加深對“沉淀溶解平衡”的理解，強調“宏觀一微觀一符號”三重表征。

2.數型結合感知平衡

[活動]已知25℃，Ksp（ Pbl2）=8.0×10^-9，Pbl2飽和溶液中C（Pb2+）與c（I-）的關系如下表所示。完成表格，并根據表中數據在坐標系中畫出Pbl2在水中的沉淀溶解平衡曲線圖[2]。

[討論]根據Pbl2的沉淀溶解平衡曲線圖，回答下列問題：

①a點的含義是什么？

②d點有無沉淀？如何改變條件使之析出沉淀？

③通過蒸發能否將d點變到c點？

④加入（CH3C00）2Pb固體，能否使溶液由a點變到b點？

⑤b點是否有固體析出？

[反饋]一定溫度下，某難溶電解質的飽和溶液，依據溶度積表達式根據一種離子濃度求另一種離子濃度。學生板演Pbl2溶度積表達式：Ksp（Pbl2）=c（ Pb2+）.C2 （1-）。

[歸納]高考題中常有關于平衡曲線的考查，抓住平衡狀態，結合溶度積規則，很容易解決相關問題。小結溶度積規則：QspKsp：溶液過飽和，有沉淀析出。

[設計意圖]以Pbl2飽和溶液為例，依據Ksp計算、描點、作圖，感知沉淀溶解平衡狀態。不僅培養識圖能力，而且體會作圖的過程。知其然，更知其所以然。并根據圖像，設計系列追問，加深對Ksp的理解，歸納小結Ksp的應用，建構“沉淀溶解平衡”的認知模型。

3.制作“黃金雨”演繹平衡移動

[學生實驗2]將實驗1試管充分加熱至沉淀基本溶解，冷卻、靜置后逐漸有金黃色晶體析出。

[交流]欣賞親手制作的“黃金雨”，興奮不已。Pbl2黃色濁液隨著加熱逐漸變澄清，相比于許多白色難溶物的溶解要更加醒目。加熱過程中，黃色沉淀逐漸溶解，說明隨溫度升高，該溶解平衡正向進行，即溶解吸熱，AH>O。Pbl2晶體呈六棱柱型，擁有八個反光面，冷卻時小晶體從各個角落均勻析出。

[過渡]美麗背后存在重金屬離子污染的隱患。資料：“Pbl：是一種亮黃色重質粉末或六邊形鱗片狀結晶，熔沸點較高，有毒。Ksp（Pbl2） ≈8.Oxl0^-9，溶解度S≈0.055g，屬于微溶物質。《國家生活飲用水衛生標準》鉛含量-1”。由此可見，我們八個實驗小組實驗產生的鉛污染是不容忽視的。如何降低本次實驗由于Pb2+造成的水污染？

[復習]以Pbl2為例，回顧外界條件對沉淀溶解平衡移動的影響。

[討論]以上外界條件中哪些變化能夠降低C（Pb2+），其中哪種方法最適合處理污染問題？

[分析]結合數據：25℃，Ksp（ PbCl2）=1.6xl0^-5、Ksp（ Pbl2）=8.Oxl0^-9、Ksp（ PbS）= 8.Oxl0^-28。向Pbl2飽和溶液中加入少量Na2S固體或溶液，Pb2+與S2-結合生成更難溶的PbS，C（Pb2+）減少，促進Pbl的溶解，最終轉化成PbS，平衡移動實現沉淀的轉化。書寫離子方程式：Pbl2（s）+S^2-（aq）=PbS （s）+21-（aq），計算反應平衡常數。

[設計意圖]引導學生在真實的實驗中挖掘隱含知識，認識到平衡的移動實現沉淀的轉化。通過Pb2+污染處理的討論，演繹平衡移動，并根據平衡移動原理指導實踐，聚焦C（Pb2+）減小，討論實驗方案。層層遞進，打通沉淀的產生、溶解、轉化。培養學生主動應用平衡移動原理解決實際問題的能力，體會化學學科價值、增強社會責任意識。

4.利用沉淀轉化，處理Pb2+污染

[學生實驗3]①將實驗2的懸濁液分為兩份，向其中一支試管中滴加0.4mol.L^-1Na2S溶液，一支試管的懸濁液留做比較。②用鉛離子測試紙分別檢測兩支試管中的上層清液，并與比色卡對比，記錄相應數據范圍。

[設計意圖]水質問題是一個世界性問題，有效快速的水質檢測是當前的剛性需求。為了看見Pb2+減少，提供給學生一種便捷的檢測方法，利用Pb2+測試紙半定量檢驗處理效果。通過以上活動發展了對于沉淀溶解平衡的定量認識，培養了學生基于現象、基于數據的證據推理意識，又增強了學生的環保意識和社會責任。

[拓展1]若實驗1改為取SmL 0.2mol.L^-1（CH3COO）2Pb溶液，往其中加入2mL O.lmol.L^-1KI溶液，以下步驟不變。通過實驗3產生黑色沉淀能否說明溶解能力PbS

[拓展2]對比PbCl2、Pbl2、PbS的Ksp數據，難溶電解質溶度積越小，溶解度一定越小嗎？

[小結]I.與其他平衡常數一樣，一定溫度下，溶度積Ksp為一常數。

Ⅱ，一定溫度下，相同類型（AmBn）的難溶電解質，Ksp越小，溶解度也越小;不同類型的難溶電解質，需注意Ksp表達式中的指數。

Ⅲ.一般來說，溶解能力相對較強的物質易轉化為溶解能力相對較弱的物質。

[設計意圖]蘇教版《化學反應原理》教材中的“沉淀的轉化”實驗是AgCl轉化為Agl，Agl轉化為Ag2S，實驗第一步要求將AgN03溶液滴入NaCl溶液[3]，以保證Ag+完全沉淀，只有Ag+完全沉淀，才能說明Agl是AgCl轉化而來，而不是過量的Ag+與I-結合，這個實驗環境許多學生會忽視。此處利用現有情境，引導學生思考實驗l中制備Pbl2時為何要I-過量，若顛倒試劑用量是否可行？激發認知沖突、評價實驗方案，提升對沉淀轉化本質的認識。

[結語]沉淀溶解平衡和電離平衡、水解平衡一樣都屬于水溶液中的化學平衡，可以用勒夏特列原理分析沉淀的生成、溶解、轉化。利用Ksp計算未知離子的濃度，判斷沉淀的先后等等（圖6）。

5.教學反思

高三化學復習課不能離開教材，復習不是簡單重復，不是機械做題，要想利用最精華的課堂時間達到最有效的復習效果，教師必須在備課上多下功夫，多研究考綱，多研究考題。本節課設計真實情境融合考點，培養學生在真實情境中獲取、分析、加工信息的能力，讓學生在分析和解決實際問題中不斷深化對核心概念本質的認識，領悟學科思想和方法。

相比于教材中較分散的實驗，本節高三化學主題式復習課，開發了“黃金雨”實驗中的有效教學資源，將抽象的知識情境化，有利于整合體系、建構模型。活動設計體現了直觀性、定量性和綜合性的特點，提升丁學生的證據推理意識，以及發展化學服務于社會的學科價值觀。另外，本節課缺乏學生討論碰撞交流，計算演練較匆忙，規范化訓練不夠，有待進一步改進。

參考文獻

[1]趙培培，高三主題化復習課的設計與實施[D].石家莊：河北師范大學，2018：1

[2]王飛，趙華.復習課應回歸教學原點——基于“沉淀溶解平衡”復習課設計的幾點思考[J].化學教育，2014（1）：44- 47

[3]王祖浩主編，普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理[M].南京：江蘇教育出版社，2017：90-91