在項目式教學中落實化學學科核心素養
——以“沉淀溶解平衡原理的應用”為例

福建省莆田第八中學 鄭碧芬

一、教材內容分析

在蘇教版高中化學“化學反應原理”模塊中，“沉淀溶解平衡原理的應用”是重要的教學內容，隸屬于“水溶液中的離子反應”中的“沉淀溶解平衡”，在整個高中化學教學中具有三重功能：一是化學平衡理論應用的延續；二是從溶液中離子平衡系統角度來看，難溶電解質的溶解平衡與弱電解質的電離平衡以及鹽類的水解平衡讓該部分知識體系更為完善；三是有助于學生深入透徹地理解和掌握離子反應的本質。在本節課中，從沉淀的生成、溶解與轉化等不同的角度入手，對物質溶解度的絕對性進行反復論證；同時，論證物質溶解度大小的相對性，讓學生從“溶”和“不溶”的過程中，了解微觀粒子的相對作用，理解沉淀的生成、溶解和轉化的本質，即沉淀溶解平衡的建立與移動。

二、核心素養落實

教師可圍繞具體教材內容與目標，設計貼近學生實際情況的項目，組織他們以小組為單位進行項目式學習，使其在合作探究中學會與會學，真正成為課堂的“主人”。本節課化學學科核心素養的落實具體如下。

宏觀辨識和微觀探析：讓學生從微觀視角中深入理解沉淀溶解平衡原理，能夠利用微粒觀、動態觀、定量觀，以及宏觀與微觀相結合的視角，對沉淀溶解平衡問題進行分析，解決原理應用中出現的問題。

變化觀念和平衡思想：對于物質的運動和變化，學生是了解的。化學變化需要一定的條件，通過平衡移動對沉淀的溶解、生成和轉化進行分析，了解沉淀轉化的本質，能夠對沉淀溶解平衡原理進行動態化和多角度分析。

證據推理和模型認知：學生結合理論知識的學習、實驗操作及問題討論，主動搜集證據來推理沉淀溶解平衡原理，通過分析、推理和論證，構建觀點、結論和證據之間的關系，并且對研究對象構建相應的模型，借助模型理解沉淀溶解平衡原理，深入剖析現象的本質和規律。

科學探究和創新意識：通過實驗方案設計，開展實驗探究活動，引導學生掌握科學探究和實驗方法，了解科學探究過程，讓他們在科學探究中提升觀察、實驗和思維能力，以及提升分析與解決問題的能力。

科學精神和社會責任：通過實驗探究活動，加強學生合作與交流。通過學生對溶解絕對性和相對性進行討論，加強學生科學態度的培養，樹立學生求知探索的意識，幫助學生構建辯證的唯物主義世界觀，理解沉淀溶解平衡的實驗現象，使其能夠解釋和處理生活中的沉淀溶解平衡的問題，體會到化學對提高人類生活質量和促進社會發展的作用。

三、教學設計流程

（一）新課導入

教師設計導語：大家已經預習過難溶電解質的沉淀溶解平衡，以AgCl沉淀為例，讓一名學生對整個體系進行描述，構建沉淀溶解平衡的過程。

學生結合已有知識展開討論與交流，匯總結果：從微觀的層面來說，在AgCl沉淀中對應離子狀態并不是不變的，而是存在著溶解和沉淀兩個過程。其中，離子的溶解使得AgCl沉淀的量減小。同時，由于AgCl表面陰陽離子的吸引，銀離子和氯離子在AgCl表面析出，是沉淀生成過程。

之后，教師做出講解：難溶物沉淀并非完全不溶于水，而是其溶解的量相對于易溶物非常小。實際上人們看到的沉淀是溶解與沉淀生成共同作用的結果，即這個過程達到了動態平衡。利用平衡表示方式，對沉淀溶液平衡進行表示，即AgCl?Ag++Cl-，加以解釋：沉淀溶解平衡是動態平衡的一種，由于影響因素發生變化而移動，pH值、離子濃度和溫度等是影響沉淀溶解平衡的重要因素，結合勒夏特列原理，便可對沉淀溶解平衡做出針對性分析。增加氯離子的濃度，平衡向氯化銀沉淀生成的方向移動；減少氯離子的濃度，平衡則會向氯化銀沉淀溶解方向移動。利用平衡移動原理，通過改變條件使平衡向需要的方向移動，以滿足人們生產生活需要，體現的正是沉淀平衡原理的利用。

（二）借助實驗深化沉淀溶解平衡原理理解

教師設置“初步體會沉淀溶解平衡原理”的學習項目，將班內學生劃分成若干個小組，通過實驗的方式進行項目式學習，操作實驗：向盛有NaCl溶液的試管中滴入AgNO3溶液，過一段時間后向試管中滴加KI溶液，一段時間后將Na2S溶液滴加到試管中。要求學生認真觀察實驗現象，思考應當如何解釋實驗現象。通過多媒體課件同時展示出難溶物質顏色的資料，并且讓學生思考問題：在上述實驗中，不同顏色的沉淀物是什么？有著怎樣的變化？運用多媒體技術演示AgCl、AgI、Ag2S的顏色，引領學生結合已學知識與提供的資料討論和小結，歸納如下：AgCl、AgI以及Ag2S均是沉淀，且對應的顏色分別為白色、黃色、黑色。實驗過程中試管中的沉淀顏色先后經過了白色、黃色、黑色的變化，證實了沉淀之間可以發生化學反應，實現轉化。

接著，教師設疑：上述沉淀發生轉化的原因是什么？沉淀轉化有著什么樣的一般規律？指引學生結合剛才提供的沉淀的溶解度數據在小組內與同伴一起討論，討論完后各個小組派遣代表匯總與回答本組的結果。同時，教師應當參與其中，給予學生點撥，幫助學生獲得準確的結論。各小組學生通過觀察給出的資料，不難發現AgCl、AgI、Ag2S溶解度不同，呈現逐漸變小的規律。那么沉淀之間的轉化過程究竟是怎么發生的呢？課堂上從化學平衡視角，宏觀展示AgI、Ag2S沉淀的形成過程給學生帶來直觀認識，使學生認識到隨著I-、S2-的加入，原有沉淀的溶解平衡被打破，平衡因生成更難溶解的沉淀，離子不斷被消耗，平衡不斷正向移動，直到達到新的平衡。

如此進行教學，可幫助學生理解整個過程，即新的沉淀溶解平衡代替原來的沉淀溶解平衡，結合化學反應中的化學方程式以及離子方程式，而后出示化學方程式是AgCl+KI=AgI+KCl，離 子 方 程 式 是AgCl+I-=AgI+Cl-。教師順勢提出問題：通過上述分析，沉淀轉化中有著什么樣的規律？讓學生回答和總結：通過分析可以得知，無論是AgCl向AgI轉化，還是AgI向Ag2S轉化，前一種物質的溶解度均大于生成物質的溶解度，換言之，溶解能力強的物質可以通過反應生成溶解能力較弱的物質。這是沉淀溶解遵循的一般規律。基于這個規律便可利用沉淀制備其他所需的沉淀。之后，讓各小組選出一名學生結合上述規律，寫出對應的化學反應方程式以及離子反應方程式。

（三）沉淀溶解平衡原理的實際應用

教師設置“沉淀溶解平衡原理在實際生活中的應用”學習項目，在多媒體課件中出示實例：在鍋爐水垢中含有CaSO4，可以利用Na2CO3溶液進行處理，使其轉化為疏松、易溶于酸的CaCO3，再使用酸進行去除。要求學生用平衡移動原理分析CaSO4是如何轉化成CaCO3的，寫出除去CaSO4的化學方程式和離子方程式，并在小組內進行合作學習，分析該項目內容。學生積極提出各自的看法，相互評價、討論后達成共識，即在該反應中CaSO4極少數溶解于水中，有Ca2＋與SO42-生成，加入Na2CO3以后溶解成Na+與CO32-，CO32-與Ca2+生成更加難以溶解的CaCO3沉淀，同時Ca2+的減少使得CaSO4的溶解平衡向溶解方向移動，CaSO4慢慢溶解轉化成CaCO3沉淀；化學方程式是CaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4，離子方程式是CaSO4+CO32-＝CaCO3↓+SO42-。

教師借機設疑：已知在室溫下BaSO4的溶解度小于BaCO3的溶解度，按照上述所學理論，可使用BaCO3制取BaSO4，但是實際上卻可以使用BaSO4制取BaCO3。請你思考，該使用怎樣的試劑以及怎樣進行操作才能完成BaSO4向BaCO3的轉化？你從中獲得哪些啟發？

學生通過討論發現，要想讓BaSO4沉淀轉化成BaCO3沉淀，需要添加試劑Na2CO3。他們將會產生疑惑，內心思考：這種方法和之前學習的知識矛盾，是否真的可以實現？當學生百思不得其解時，教師在課堂上給予學生針對性的引導，使其從溶解平衡以及溶解度知識入手，尋找可行的辦法。

事實上，根據上述所學，難溶物BaSO4在水中存在溶解平衡，使得溶液中含有Ba2+、SO42-，加入Na2CO3后，溶液中存在Na+和CO32-。盡管BaSO4的溶解度非常小，但是溶液中Ba2+和CO32-仍有結合的可能，使得BaSO4的溶解平衡正向移動。但是為防止BaCO3溶解，此時應確保溶液中含有較多的CO32-，抑制其溶解，這就要求加入飽和的Na2CO3溶液。而且實際操作過程中還應注重定期將上層溶液取出，加入飽和Na2CO3溶液，如此才能保證生成更多的BaCO3沉淀。上述過程的化學方程式是BaSO4+Na2CO3?BaCO3↓+Na2SO4，離子方程式是BaSO4+CO32-?BaCO3↓+SO42-。然后教師加以補充，使學生更加全面地認識與理解沉淀轉化之間的規律以及注意事項，即為了實現轉化，需要了解兩種物質的溶解性能差異，兩者的溶解性能差異不能過大；另外，在一定條件下，通過選取合理的試劑以及針對性的操作，可使用溶解度較弱的沉淀制備溶解度較大的沉淀。接著，教師提問：溶解能力差別極大的兩種物質，溶解性能較弱的物質難以轉化成溶解性能較強的物質，大家有什么方法來檢驗嗎？指導學生繼續在小組內合作探討，表述各自的觀點，制定好實驗方案以后演示出來：先取2毫升的Na2S溶液，再加入適量的AgNO3溶液，振蕩后滴加適量的KI溶液或者NaCl溶液。結果發現溶液顏色并未發生變化，結合三種沉淀的溶解度關系得出：當兩種物質的溶解性能差異較大時，并不能使用溶解性能較弱的物質轉化成溶解性能較強的沉淀。如此通過教學，既能進一步澄清學生認識，又能使其認識到分析沉淀之間是否能順利轉化時，既需遵循一般規律，又需要具體問題具體分析，注重采取一定的處理措施。

之后，為更好地激發學生的思考熱情，鍛煉其學以致用的能力，教師聯系學生生活經驗，設置項目“分析用氟化物防治齲齒的化學原理”。課堂上使用多媒體技術為學生講解如下知識，要求學生運用所學嘗試著進行分析：牙齒表面含有羥基磷灰石[Ca5（PO4）3（OH）]，該種物質存在著如下平衡：Ca5（PO4）3（OH）?5Ca2++3PO43-+OH-。殘留在牙齒及其縫隙中的食物殘渣在口腔環境中會產生酸性物質，破壞羥基磷灰石形成齲齒。但是氟離子卻能和Ca2+、PO43-發生反應生成更難溶的Ca5（PO4）3F，如此便可大大提高牙齒對酸的腐蝕程度，起到保護牙齒的作用。要求學生思考以下問題：（1）酸性物質是如何破壞羥基磷灰石的？（2）由羥基磷灰石轉化成Ca5（PO4）3F依據什么原理？創設熟悉的生活化情境，要求學生分析，更容易激發學習者的思考興趣。最終各小組學生經過積極思考、討論，運用所學順利地解釋了用氟化物防治齲齒的化學原理。在此基礎上，為更好地鍛煉學生學以致用的能力，提高學生分析問題的靈活性，課堂上展示如下項目：某些難溶性鉛鹽可用作涂料，其中鉛白（PbCO3）和黃色的PbI2應用廣泛。室溫下兩種物質在不同溶液中分別達到溶解平衡時-lgc（Pb2+）和-lgc（CO32-）或-lgc（I-）的關系如圖1所示，且PbCO3更難溶。

圖1

據此，要求學生思考并回答問題：（1）Ksp（PbCO3）的數量級是什么？（2）p點對應的PbCO3是否為飽和溶液？為什么？（3）將Pb（NO3）2溶液滴加到濃度相同的Na2CO3和NaI溶液中先產生哪一種沉淀？為什么？

該項目要求學生結合圖像分析相關問題，能很好地檢驗學生掌握與理解所學知識的程度。PbCO3更難溶，可知當鉛離子濃度相同時，碳酸根離子濃度更小。觀察給出的圖像易知L1曲線為PbI2的溶解曲線，L2為PbCO3的溶解曲線。其中L2和橫坐標的交點可知Ksp（PbCO3）=1×10-13.1，即其數量級為10-13.1；就碳酸鈣濃度而言，p點大于q點，因此可知p對應PbCO3的飽和溶液；認真觀察圖中信息可得Ksp（PbI2）=1×10-8，將Pb（NO3）2溶液滴加到濃度相同的Na2CO3和NaI溶液中首先生成更難溶的物質，即先生成PbCO3沉淀。

課堂上提問學生代表了解其分析上述項目的具體思路，了解其分析問題的正確性以及分析問題時存在的不足，提出表揚的同時指出其應注意的問題，即不僅需要靈活應用沉淀溶解平衡原理，而且需要認真讀圖，充分挖掘隱含條件，尤其注重運用數學知識，分析相關離子濃度之間的關系。

總而言之，在高中化學教學活動中，要想有效落實化學學科核心素養培養，教師應當意識到項目式教學的作用，關注每一個教學環節，堅持“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”的基本原則；要極力發揮出項目式教學的優勢，在學生學習過程中有效培養其核心素養，提高其學習能力、思維能力與認知水平，繼而提升他們的綜合素質。