基于真實(shí)情境的溶解平衡學(xué)習(xí)進(jìn)階

北京市日壇中學(xué) 奚梅梅 李麗萍 張建強(qiáng)

一、教學(xué)背景分析

（一）學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

“平衡”是化學(xué)教學(xué)中一個(gè)重要的基礎(chǔ)概念，“溶解平衡”是繼“化學(xué)平衡”“電離平衡”“水解平衡”后高中階段學(xué)習(xí)的最后一個(gè)平衡，是對(duì)水溶液中離子行為的補(bǔ)充，也起到了完善和發(fā)展“微粒觀”的構(gòu)建與應(yīng)用的作用。

（二）學(xué)生情況分析

學(xué)生在初中階段學(xué)習(xí)了溶解度的概念，了解了物質(zhì)的溶解性；在人教版必修1 中討論了電解質(zhì)和離子反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)；在化學(xué)反應(yīng)原理學(xué)習(xí)過程中掌握了有關(guān)的平衡知識(shí)，所以學(xué)生學(xué)習(xí)是有理論基礎(chǔ)的。選取的素材基于生產(chǎn)生活實(shí)際，體會(huì)化學(xué)與生活和生產(chǎn)的密切關(guān)系，強(qiáng)化了“化學(xué)使生活更美好”的學(xué)科思想和意識(shí)。

二、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)目標(biāo)

1.通過對(duì)易溶電解質(zhì)NaCl 過飽和體系的分析，能用化學(xué)用語表達(dá)溶解平衡。

2.通過向Mg(OH)2懸濁液體系滴加酚酞認(rèn)識(shí)其溶解性，能應(yīng)用平衡理論分析溶解平衡的影響因素，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來驗(yàn)證分析結(jié)果。

3.通過對(duì)鍋爐水垢的生成、溶解和轉(zhuǎn)化過程的分析，應(yīng)用難溶電解質(zhì)的溶解平衡知識(shí)解決生活中的問題。

（二）評(píng)價(jià)目標(biāo)

1.通過對(duì)NaCl 過飽和體系的分析，診斷學(xué)生對(duì)物質(zhì)溶解性的認(rèn)識(shí)水平，發(fā)展從平衡角度分析溶解平衡體系的能力（孤立水平、系統(tǒng)水平）。

2.通過對(duì)Mg(OH)2懸濁液體系的分析，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)交流，診斷并發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力（定性水平、定量水平）。

3.通過鍋爐水垢形成的分析、處理方案的設(shè)計(jì)和點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生解決相對(duì)復(fù)雜實(shí)際問題的能力水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）及其對(duì)化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)水平（學(xué)科價(jià)值水平、社會(huì)價(jià)值水平、學(xué)科和社會(huì)價(jià)值水平）。

三、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

在“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”的教學(xué)中，我對(duì)問題設(shè)計(jì)進(jìn)行多次思考和改進(jìn)，促進(jìn)了學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”。詳細(xì)教學(xué)實(shí)踐過程如下。

環(huán)節(jié)1：建立易溶電解質(zhì)的溶解平衡

問題1：在課前兩周，我們進(jìn)行了NaCl 過飽和溶液中NaCl 晶體形狀的觀察實(shí)驗(yàn)（圖1），請(qǐng)大家思考：該體系的組成是什么？晶體形狀的改變是如何實(shí)現(xiàn)的？

圖1

實(shí)驗(yàn)1：NaCl 晶體形狀改變實(shí)驗(yàn)

問題2：你能用化學(xué)用語表達(dá)NaCl 過飽和溶液的溶解平衡過程嗎？

問題3：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明體系中存在上述平衡？

實(shí)驗(yàn)2：向飽和NaCl 溶液中滴加濃鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀。

【設(shè)計(jì)意圖】NaCl 是食鹽的主要成分，選擇學(xué)生熟悉的素材，使抽象的知識(shí)感性化。對(duì)于NaCl，學(xué)生很容易理解其溶解性和溶解過程，其結(jié)晶過程是學(xué)生理解上的難點(diǎn)。問題1 驅(qū)動(dòng)學(xué)生從微粒角度認(rèn)識(shí)NaCl 過飽和溶液，并通過分析晶體形狀的改變將溶解過程和結(jié)晶過程結(jié)合起來，建立NaCl 的溶解平衡。問題2 和3 引導(dǎo)學(xué)生從影響平衡移動(dòng)的因素角度出發(fā)證明平衡的存在并能夠用化學(xué)符號(hào)來表征，“宏觀—微觀—符號(hào)”的三重表征加深對(duì)NaCl 溶解平衡的理解。

環(huán)節(jié)2：探究難溶電解質(zhì)的溶解平衡

問題4：難溶電解質(zhì)是否也像易溶電解質(zhì)一樣存在溶解平衡呢？以Mg(OH)2為例，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究難溶電解質(zhì)的溶解平衡。

實(shí)驗(yàn)3：Mg(OH)2的溶解性探究（圖2）

圖2

將少量Mg(OH)2溶解在40mL 蒸餾水中，肉眼無法觀測(cè)其溶解性。取少量Mg(OH)2懸濁液于試管中，滴加幾滴酚酞溶液，懸濁液變紅，證明有Mg(OH)2溶解在水中并電離出了OH-。

實(shí)驗(yàn)4：Mg(OH)2沉淀溶解平衡影響因素的探究

實(shí)驗(yàn)4-1：探究c(Mg2+)對(duì)Mg(OH)2溶解平衡的影響（圖3）

圖3

取少量等量實(shí)驗(yàn)3 中紅色懸濁液于兩支試管中，其中一支試管中加入幾滴飽和MgCl2溶液，另一支試管中加入等量的水，加飽和MgCl2溶液的試管顏色變淺程度更大。

實(shí)驗(yàn)4-2：探究c(OH-)對(duì)Mg(OH)2溶解平衡的影響

分別取等量Mg(OH)2懸濁液于兩支試管中，其中一支試管中2mL 飽和NaOH 溶液，混濁度明顯加深；向另一支試管中加入等量的水，混濁度減小。

問題5：使c（Mg2+）、c（OH-）增加相同的倍數(shù)，平衡正向移動(dòng)的程度相同嗎？

問題6：學(xué)習(xí)了沉淀溶解平衡知識(shí)后，你對(duì)Mg(OH)2溶于酸的反應(yīng)有了哪些新的認(rèn)識(shí)？

【設(shè)計(jì)意圖】Mg(OH)2是鍋爐水垢成分之一，學(xué)生難理解的是其溶解過程。在NaCl 體系中已經(jīng)建立了易溶電解質(zhì)溶解平衡，將其思路遷移應(yīng)用至難溶電解質(zhì)的溶解平衡。問題4驅(qū)動(dòng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)3 和4 的設(shè)計(jì)和探究過程，在實(shí)驗(yàn)中答疑解惑，在實(shí)驗(yàn)探究中深入理解難溶電解質(zhì)的溶解性，溶與不溶是相對(duì)的，沒有絕對(duì)不溶的物質(zhì)，形成辯證思維。問題5 促進(jìn)思考，強(qiáng)化用Q與K的關(guān)系解決平衡問題，使學(xué)生對(duì)平衡移動(dòng)的認(rèn)識(shí)由定性上升到定量水平。Mg(OH)2溶于酸的反應(yīng)，初中即知道酸堿中和，在高中階段，我們又從離子反應(yīng)的角度重新認(rèn)識(shí)該反應(yīng)，學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡之后，實(shí)現(xiàn)知識(shí)認(rèn)知水平的螺旋上升。

環(huán)節(jié)3：應(yīng)用沉淀溶解平衡知識(shí)解決工業(yè)鍋爐除水垢問題

問題7：鍋爐水垢初期主要成分為MgCO3和CaSO4，為什么長期使用后水垢主要成分變?yōu)镸g(OH)2和CaSO4？

問題8：MgCO3和Mg(OH)2均可以用酸洗法除去，那CaSO4這種不溶于酸的水垢如何消除呢？

實(shí)驗(yàn)5：實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)除水垢的過程

取少量CaSO4固體于100mL 小燒杯中（固體量能覆蓋燒杯底即可），加入30mL 飽和Na2CO3溶液浸泡24小時(shí)后過濾，用蒸餾水多次洗滌固體，直至檢測(cè)洗滌液中無CO2-3為止。取烘干后的少量固體，加入足量稀鹽酸，固體未完全溶解，表面產(chǎn)生氣泡，說明CaSO4部分轉(zhuǎn)化為CaCO3， 而CaCO3可用酸洗法除去。

【設(shè)計(jì)意圖】通過鍋爐除水垢的實(shí)際應(yīng)用，將沉淀生成、沉淀溶解和沉淀轉(zhuǎn)化結(jié)合在一起，增強(qiáng)化學(xué)與生活的聯(lián)系，提升應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)生活實(shí)際問題的能力。問題7 的設(shè)計(jì)，意在學(xué)生結(jié)合溶解度數(shù)據(jù)及雙水解的知識(shí)，分析水垢的成分及鍋爐在長期使用過程各種沉淀成分的變化。模擬鍋爐水垢這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長，部分學(xué)生參與并錄制了實(shí)驗(yàn)視頻，對(duì)于學(xué)生理解沉淀轉(zhuǎn)化有積極意義，落實(shí)科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。

總之，本次課程的教學(xué)設(shè)計(jì)具有一定的特色，如在引入環(huán)節(jié)，學(xué)生通過課前觀察NaCl 晶體的形成過程實(shí)驗(yàn)，思考了海水曬鹽的相關(guān)問題并查閱了文獻(xiàn)，這有效激發(fā)了對(duì)本節(jié)課學(xué)習(xí)的積極期待；在應(yīng)用難溶電解質(zhì)解決工業(yè)鍋爐水垢問題時(shí)，學(xué)生聯(lián)想到用醋浸泡家用電水壺除垢問題。這些生活中的實(shí)例讓學(xué)生切身體會(huì)到化學(xué)的實(shí)用性，因此，素材的選取越貼近生活，越易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。并且，在課后訪談中，學(xué)生幾乎一致認(rèn)為對(duì)本節(jié)課的印象最為深刻，是由于實(shí)驗(yàn)和問題的匹配性使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握更加牢固。