《沉淀溶解平衡原理的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)

盧海燕，楊華文

（寶應(yīng)縣安宜高級(jí)中學(xué)，江蘇 寶應(yīng) 225800）

一、教材分析

《沉淀溶解平衡原理的應(yīng)用》是蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊內(nèi)容，它在教學(xué)中能起到三重功能。首先,它是化學(xué)平衡理論應(yīng)用的延續(xù)；第二，從溶液中離子平衡知識(shí)系統(tǒng)來(lái)看，難溶電解質(zhì)的溶解平衡和弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽類(lèi)水解平衡使這部分的知識(shí)體系更加完整；第三，有利于學(xué)生更為透徹地理解溶液中發(fā)生離子反應(yīng)的原理。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容以實(shí)驗(yàn)探究為手段，討論溶解與沉淀的互逆過(guò)程，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。從“沉淀的生成”、“沉淀的溶解”和“沉淀的轉(zhuǎn)化”的不同角度反復(fù)論證物質(zhì)溶解度的絕對(duì)性和物質(zhì)溶解度大小的相對(duì)性。學(xué)生能在“溶”與“不溶”之間了解微觀粒子的相對(duì)作用，最終得出沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)就是沉淀溶解平衡的建立和移動(dòng)的過(guò)程。

二、教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：運(yùn)用平衡移動(dòng)的觀點(diǎn)對(duì)沉淀的溶解、生成與轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行分析,知道沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),并能夠?qū)ο嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象以及生活中的一些相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行解釋。

過(guò)程與方法：（1）通過(guò)科學(xué)探究活動(dòng)提高學(xué)生觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、思維能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。（2）通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行初步的探究活動(dòng)，學(xué)習(xí)科學(xué)探究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的基本過(guò)程。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀：（1）通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生間相互交流、合作意識(shí)的培養(yǎng)。（2）通過(guò)溶解的絕對(duì)性和相對(duì)性的討論，有利學(xué)生樹(shù)立辯證唯物主義的世界觀。

三、教學(xué)重難點(diǎn)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)、心理發(fā)育階段特點(diǎn)，確定本節(jié)教學(xué)重難點(diǎn)：

教學(xué)重點(diǎn)：沉淀的生成、沉淀的溶解、沉淀的轉(zhuǎn)化的方法及本質(zhì)

教學(xué)難點(diǎn)：用數(shù)據(jù)分析沉淀的生成、沉淀的溶解、沉淀的轉(zhuǎn)化的方法及本質(zhì)過(guò)程

四、教學(xué)方法及教學(xué)設(shè)計(jì)意圖

教學(xué)方法：1．設(shè)計(jì)若干個(gè)貼近學(xué)生實(shí)際、體現(xiàn)本課重難點(diǎn)目標(biāo)的問(wèn)題供學(xué)生探討。2．課堂上讓學(xué)生小組合作討論兩次。3．后黑板使用一次供學(xué)生展示。4．課堂上通過(guò)鼓勵(lì)性的語(yǔ)言激發(fā)學(xué)生的參與。

教學(xué)設(shè)計(jì)意圖：1．給各類(lèi)型的學(xué)生在課堂上均有展示的平臺(tái)和參與的機(jī)會(huì)，使他們肯學(xué)、樂(lè)學(xué)，自愿成為學(xué)習(xí)的“主人”。2．以導(dǎo)學(xué)案為抓手，通過(guò)有效引導(dǎo)讓學(xué)生在合作探究中讓學(xué)生學(xué)會(huì)、會(huì)學(xué)，真正成為學(xué)習(xí)的“達(dá)人”；3．讓學(xué)習(xí)能力有困難的同學(xué)在充分預(yù)習(xí)的前提下能夠縮小與優(yōu)等生的差距，樹(shù)立信心、戰(zhàn)勝自己、有所發(fā)展；通過(guò)老師增加與他們的互動(dòng)調(diào)動(dòng)其參與課堂的積極性；4．讓教師講在“關(guān)鍵處”，講在“易錯(cuò)處”、講在“易混處”；讓教師的點(diǎn)撥使學(xué)生“醍醐灌頂”，使教師的拓展讓學(xué)生“站得更高”；5．讓教師的樂(lè)教感染學(xué)生樂(lè)學(xué)，學(xué)生的樂(lè)學(xué)促使教師更加鉆研，教學(xué)相長(zhǎng)，形成良性循環(huán)。

五、教學(xué)過(guò)程

【開(kāi)場(chǎng)白】同學(xué)們，上節(jié)課我們首先通過(guò)對(duì)缺口硫酸銅晶體的“整容”方案設(shè)計(jì)，復(fù)習(xí)了溶解結(jié)晶平衡，接著通過(guò)對(duì)難溶強(qiáng)電解質(zhì)PbI2懸濁液的上層清液中滴加AgNO3溶液有白色沉淀，了解到難溶強(qiáng)電解質(zhì)溶液中存在沉淀溶解平衡，溶解度和溶度積的大小是考量難溶強(qiáng)電解質(zhì)在水中溶解能力的兩個(gè)參數(shù)。本節(jié)課將在上節(jié)課知識(shí)和化學(xué)平衡、弱電解質(zhì)電離平衡的基礎(chǔ)上共同學(xué)習(xí)沉淀溶解平衡在生產(chǎn)、科研和環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用，因?yàn)樵谏a(chǎn)生活中經(jīng)常根據(jù)平衡移動(dòng)原理，選擇適當(dāng)?shù)臈l件，使平衡向著需要的方向移動(dòng)。

【目標(biāo)展示】強(qiáng)調(diào)重難點(diǎn)。展示學(xué)生導(dǎo)學(xué)案預(yù)習(xí)中的共性問(wèn)題：

1．等體積混合 0.2mol·L-1的 AgNO3和 NaAc溶液是否會(huì)生成AgAc沉淀（已知AgAc的Ksp為2.3×10-3）？

2．Mg（OH）2是一種難溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)，探究能使Mg（OH）2溶解的方案？學(xué)生討論，提出方案，實(shí)驗(yàn)觀察，由現(xiàn)象分析得結(jié)論，匯報(bào)成果。

3．引起齲齒的可能原因，氟化物為什么能防治齲齒？

4．水垢中含有CaSO4，工業(yè)上是如何處理的？為什么？

5．溶洞中美麗的石筍、鐘乳石和石柱是大自然創(chuàng)造的奇跡。你知道它是如何形成的嗎？

【具體教學(xué)過(guò)程】這五個(gè)問(wèn)題都是學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)完成導(dǎo)學(xué)案，在學(xué)生最近發(fā)展區(qū)能夠自行解決的問(wèn)題，處理的方法是讓具有代表性錯(cuò)誤的五位同學(xué)板演，講解他們?cè)谕瓿蓪?dǎo)學(xué)案的過(guò)程中的思考與做法（8分鐘）。這基于我們?cè)S多教師僅僅告訴學(xué)生什么是正確的，卻沒(méi)有關(guān)注學(xué)生在這些問(wèn)題上是怎么想的，學(xué)生的“潛意識(shí)”和“思維過(guò)程”暴露不夠，特別是“個(gè)性化思考過(guò)程”沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)，更沒(méi)有得到應(yīng)有的重視和解決的考慮。接著在展示五個(gè)共性問(wèn)題的基礎(chǔ)上安排兩個(gè)讓學(xué)生普遍難以理解的探討：

【探究一】除去硫酸銅溶液中混有的少量鐵離子，可向溶液中加入氫氧化銅或堿式碳酸銅，調(diào)節(jié)溶液的pH至3～4，鐵離子就會(huì)全部轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀除去。當(dāng)溶液的pH超過(guò)5時(shí)，銅離子才開(kāi)始轉(zhuǎn)化為氫氧化銅沉淀。你是如何理解的？

【探究二】一般來(lái)說(shuō)，溶解能力相對(duì)較強(qiáng)的物質(zhì)易轉(zhuǎn)化為溶解能力相對(duì)較弱的物質(zhì)，請(qǐng)同學(xué)們討論，提出方案，實(shí)驗(yàn)觀察，由現(xiàn)象分析得結(jié)論，匯報(bào)成果。結(jié)合課本知識(shí)，能否將溶解能力相對(duì)較弱的物質(zhì)易轉(zhuǎn)化為溶解能力相對(duì)較強(qiáng)的物質(zhì)？怎么實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)化？

現(xiàn)場(chǎng)給學(xué)生分成10個(gè)活動(dòng)小組。以前后相鄰的六位同學(xué)組成一組。每組臨時(shí)推薦一名組織者，有他（她）組織討論并代表小組發(fā)言（時(shí)間控制在6分鐘）。

組織討論探究一問(wèn)題。請(qǐng)學(xué)生發(fā)表意見(jiàn)，教師點(diǎn)評(píng)。

考慮到選用物質(zhì)的不確定性，設(shè)計(jì)一個(gè)臺(tái)階：為什么向溶液中加入Cu（OH）2和Cu2（OH）2CO3？還可以用什么物質(zhì)代替？CuO、CuCO3、NH3·H2O、NaOH 等物質(zhì)，討論哪些物質(zhì)可行？為什么？

許多學(xué)生不明白，溶液的pH3～4，在常溫下還算是酸性溶液，鐵、銅離子怎么會(huì)轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀？不是說(shuō)，金屬的鹽溶液要與堿溶液作用，才有可能生成新的鹽和新的堿嗎？讓學(xué)生估算：

假定溶液中鐵離子濃度是0.001mol·L-1，銅離子濃度是1.0mol·L-1，運(yùn)用溶度積常數(shù)，請(qǐng)同學(xué)們估算出溶液中OH-離子濃度達(dá)多少就開(kāi)始形成氫氧化鐵沉淀？達(dá)多少氫氧化鐵就沉淀完全？（2.7×10-12mol·L-1，pH約為2.2；全部轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，pH約為3.7）。而溶液的OH-濃度約要達(dá)到多少時(shí)氫氧化銅才開(kāi)始沉淀（1.5×10-10mol·L-1，pH 約為 4.2）。

通過(guò)Ksp的運(yùn)用和估算，學(xué)生將能體會(huì)到，要使溶液中鐵離子、銅離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，是需要溶液中有一定濃度的氫氧根離子存在，但溶液中OH-濃度不是一定要超過(guò)10-7mol·L-1（即pH不必一定要大于7），也并非要一定需要靠加入強(qiáng)堿來(lái)提供。估算說(shuō)明，溶液中鐵、銅離子在pH3～4或超過(guò)5的微酸性環(huán)境中就可以形成氫氧化物沉淀。因此，只要使溶液的酸度降低，即把溶液的pH提高到一定程度，就可以達(dá)到目的。氫氧化物沉淀越難溶（Ksp越?。?，形成沉淀所需要的氫氧根離子也越小，pH越低。正因?yàn)槿绱?，才“可以通過(guò)控制溶液的pH，達(dá)到除去鐵離子而讓銅離子保留在溶液中”。

按課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，這種估算和說(shuō)明過(guò)程并不一定要學(xué)生掌握，但是教師應(yīng)該給學(xué)生講解。這樣做，一可以幫助學(xué)生理解教材的結(jié)論是如何得到的，了解生產(chǎn)的實(shí)際操作方法所依據(jù)的原理；二可以幫助學(xué)生在應(yīng)用中進(jìn)一步理解溶度積的概念；三可以幫助學(xué)生了解溶度積的學(xué)習(xí)可以幫助我們定量地研究難溶電解質(zhì)沉淀形成或溶解的問(wèn)題，體會(huì)溶度積學(xué)習(xí)的價(jià)值。

然后，組織討論探究二問(wèn)題。請(qǐng)學(xué)生發(fā)表意見(jiàn)，教師點(diǎn)評(píng)。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]向盛有 2mL0.1mol·L-1的 AgNO3溶液的試管中滴加0.1mol·L-1的NaCl溶液；向其中滴加0.1mol·L-1KI溶液；再向其中滴加 0.1mol·L-1的 Na2S溶液。

[設(shè)問(wèn)]通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)阌^察到了什么現(xiàn)象？

[填表]表3-15沉淀轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)記錄

白色沉淀析出 白色沉淀轉(zhuǎn)化為黃色 黃色沉淀轉(zhuǎn)化為黑色

[教師點(diǎn)撥]AgNO3溶液與NaCl溶液反應(yīng)，生成AgCl沉淀。當(dāng)向體系中滴加KI溶液時(shí)，溶液中的Ag+和I-結(jié)合生成了更難溶解的AgI，同樣，由于硫化銀的溶解度比碘化銀的溶解度更小，因此向體系中滴加硫化鈉溶液時(shí)，碘化銀轉(zhuǎn)化為硫化銀，至此解決了前半部分。

[追問(wèn)]沉淀轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)和科研中具有極其重要的應(yīng)用。重晶石（主要成分是BaSO4）是制備鋇化合物的重要原料，但是BaSO4不溶于水，工業(yè)上是如何處理的？寫(xiě)出總反應(yīng)的離子方程式。

[再追問(wèn)]將溶解能力相對(duì)較弱的物質(zhì)易轉(zhuǎn)化為溶解能力相對(duì)較強(qiáng)的物質(zhì)的過(guò)程是不斷重復(fù)的“蠶食”過(guò)程，請(qǐng)同學(xué)們通過(guò)下面的兩道計(jì)算加以體會(huì)：

1．向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr，當(dāng)兩種沉淀共存時(shí)，=_____________。[Ksp（AgBr）=5.4×10-13，Ksp（AgCl）=2.0×10-10]

2．已知 Ksp（BaSO4）=5.1×10-9，Ksp（BaCO3）=1.1×10-10，今有0.15L1.5mol·L-1Na2CO3溶液可以溶解多少克BaSO4？

[教師點(diǎn)撥]第一問(wèn)為第二問(wèn)做了一個(gè)鋪墊。用可逆反應(yīng)通用的“三式”即可以求解得到1.1g。

【課堂小結(jié)】

解決沉淀溶解平衡問(wèn)題的一般思路：“看到”微?！罢业健逼胶狻跋氲健币苿?dòng)

最后展示本單元知識(shí)結(jié)構(gòu)：

【形成性檢測(cè)】

1、通常條件下PbSO4是一種不溶于水、酸、堿溶液的白色沉淀。但是PbSO4卻溶于CH3COONH4溶液得無(wú)色溶液（1）。在（1）溶液中再通入H2S氣體形成黑色沉淀（2）。結(jié)合中學(xué)化學(xué)有關(guān)離子反應(yīng)發(fā)生的條件、離子反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)規(guī)則，寫(xiě)出（1）（2）兩種產(chǎn)物形成的離子方程式：

（1）________________（2）________________

（旨在讓學(xué)生更為透徹地理解溶液中發(fā)生離子反應(yīng)的原理）

為了進(jìn)一步比較樁端深度對(duì)樁-土界面土體豎向位移的影響,圖9顯示了土體累計(jì)豎向位移隨樁體位移的變化.由圖可見(jiàn),樁-土界面土體累計(jì)堅(jiān)向位移受樁端深度影響較為明顯,深度越深,土體累計(jì)豎向位移越大.由于樁-土界面土體位移主要受樁側(cè)摩阻力作用,而影響摩阻力發(fā)揮的因素有側(cè)向土壓力和樁-土摩擦系數(shù).由于深層土體中側(cè)向土壓力較大,造成樁側(cè)摩阻力較大,從而樁體位移引起的樁-土界面土體位移也越大.

2、試用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理分析

（1）為何碳酸鈣溶于碳酸？

（2）為何氫氧化鋁既“溶”于強(qiáng)酸又“溶”于強(qiáng)堿？

（3）碳酸鈣不“溶”于稀硫酸卻“溶”于醋酸中？

（4）用等量的水和稀硫酸洗滌BaSO4沉淀，為何用水洗的沉淀?yè)p失要大于用稀硫酸洗時(shí)的沉淀?yè)p失？

（有效地考查學(xué)生對(duì)沉淀的生成、沉淀的溶解、沉淀的轉(zhuǎn)化的理解）

3、海水中含有豐富的鎂資源。某同學(xué)設(shè)計(jì)了從模擬海水中制備MgO的實(shí)驗(yàn)方案：

模擬海水中的離子濃度（mol/L）Na+ Mg2+ Ca2+ Cl- HCO3-0.439 0.050 0.011 0.560 0.001

注：溶液中某種離子的濃度小于1.0×10－5mol/L，可認(rèn)為該離子不存在；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，假設(shè)溶液體積不變。已知：Ksp（CaCO3）＝4.96×10－9；Ksp（MgCO3）＝6.82×10－6；Ksp[Ca（OH）2]＝4.68×10－6；Ksp[Mg（OH）2]＝5.61×10－12。下列說(shuō)法正確的是（ ）

A．沉淀物X為CaCO3

B．濾液 M 中存在 Mg2＋，不存在 Ca2＋

C．濾液 N 中存在 Mg2＋、Ca2＋

D．步驟②中若改為加4.2gNaOH固體，沉淀物Y為 Ca（OH）2和 Mg（OH）2的混合物。

（設(shè)計(jì)意圖：在科學(xué)研究中，人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離，常選擇適當(dāng)?shù)某恋韯?，通過(guò)控制沉淀劑的濃度和溶液和PH，使不同的離子依次轉(zhuǎn)化為沉淀，本題就是在這種方法的指引下，創(chuàng)設(shè)一定的情景考查沉淀的生成、沉淀的溶解、沉淀的轉(zhuǎn)化的運(yùn)用能力）