對(duì)Ca（OH）2溶解度“異常”的探究學(xué)習(xí)

羅鵬　謝巧兵

摘要：針對(duì)Ca（OH）2溶解度隨溫度變化的反常情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同溫度下的摩爾溶解度和Ksp，ΔGθ并溶解過(guò)程。在過(guò)程中讓學(xué)生理解和運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)原理及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Ca（OH）2；摩爾溶解度；Ksp；ΔGθ

文章編號(hào)：1008-0546（2014）05-0072-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.05.027

一、 問(wèn)題與困惑

一方面在《化學(xué)反應(yīng)原理》的教學(xué)過(guò)程中，化學(xué)平衡及其平衡常數(shù)和吉布斯自由能等概念，對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常抽象和難以理解的。其最主要的原因就是缺乏直觀的感受的情境。另一方面，學(xué)生熟知Ca（OH）2溶解度隨溫度的升高反而下降。對(duì)此，學(xué)生往往對(duì)告知的結(jié)論，缺乏理性的認(rèn)識(shí)。筆者以此為切入點(diǎn)，開(kāi)展探究學(xué)習(xí)，取得了較好的效果。

教學(xué)對(duì)象為普通高中高二化學(xué)選修班。

二 、教學(xué)目標(biāo)

以Ca（OH）2溶解度的“異?！爆F(xiàn)象為教學(xué)情境，運(yùn)用相關(guān)原理，探究造成此現(xiàn)象的原因。

1. 利用鹽酸滴定Ca（OH）2飽和溶液，測(cè)定不同溫度下的Ca（OH）2的溶解度。

2. 培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)原理，理解化學(xué)中的“異?！爆F(xiàn)象。

三、教學(xué)過(guò)程

[環(huán)節(jié)一]

1. 初中學(xué)習(xí)過(guò)溶解度，那什么是溶解度？通常的表示方式方法有哪些？

2. 能用物質(zhì)的量來(lái)表示溶解度嗎？

【知識(shí)準(zhǔn)備】

難溶物質(zhì)摩爾溶解度（s）：1L鹽的飽和溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量，單位（mol/L）。

ΔGθ與Ksp關(guān)系：ΔGTθ=-RT1nKsp

設(shè)計(jì)意圖：為下面的探究實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。

[環(huán)節(jié)二]

師：配制不同溫度下的Ca（OH）2的飽和溶液，如何實(shí)現(xiàn)？

生：在不同溫度下（25、100℃時(shí)），將過(guò)量的Ca（OH）2加入到水中，形成濁液：

Ca（OH）2（固體）■Ca2+（aq）+2OH-（aq）

將濁液過(guò)濾所得澄清濾液即為其飽和溶液。

師：如何在100℃時(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)濾？如何保持整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在100℃完成？

生：一邊加熱一邊過(guò)濾。

師：有這樣的儀器嗎？介紹恒溫過(guò)濾漏斗，如圖1所示。

設(shè)計(jì)意圖：“工欲善其事，必先利其器。”介紹本實(shí)驗(yàn)所用的特殊儀器，恒溫?zé)徇^(guò)濾漏斗。

[環(huán)節(jié)三]

師： 如何測(cè)定Ca（OH）2溶解度？

生： 方法一：測(cè)定溶液的pH值。

方法二：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定飽和Ca（OH）2來(lái)測(cè)定其溶解度。師：對(duì)Ca（OH）2而言，一方面必須考慮生成的多核和/或單核羥合絡(luò)離子對(duì)溶解度的影響， 另一方面， 要注意純水本身電離出來(lái)的那部分氫氧根離子的濃度[1-2]。所以簡(jiǎn)單的測(cè)定溶液pH是不能測(cè)定Ca（OH）2溶解度（誤差較大）。只能采取第二種方法。

Ca2+（aq）+2OH-（aq）+2H+（aq）+2Cl-■Ca2+（aq）+2Cl-+2H2O

n[Ca（OH）2]=1/2·n[HCl]

s=n[Ca（OH）2]/V[Ca（OH）2]=1/2·c（HCl）·V（HCl）/V[Ca（OH）2]

Ksp=[Ca2+]·[OH-]2=4s3（1）

[探究活動(dòng)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)]

25℃時(shí)：配制Ca（OH）2過(guò)飽和溶液（約40mL，確保溶液中有過(guò)量的固體存在），電磁器攪拌至少1小時(shí)。用漏斗過(guò)濾后得到濾液。用移液管取10.00mL濾液轉(zhuǎn)移到錐形瓶中，加入25mL蒸餾水并加入一滴溴百里酚藍(lán)指示劑（約0.0016mol/L的乙醇水溶液），用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸（約0.012mol/L）滴定，滴定終點(diǎn)為藍(lán)色消失并稍微變黃。

100℃時(shí)：在一個(gè)250mL燒杯盛放蒸餾水（約100mL）加熱至沸騰。幾分鐘后，加入Ca（OH）2（約2g）。并保持在沸點(diǎn)，電磁器緩慢攪拌約兩分鐘。倒出大約45mL濁液采用如圖1的熱過(guò)濾裝置[1]，趁熱立即過(guò)濾得濾液。冷卻后，用移液管取三份（每份10.00mL）按如上方法滴定。（冷卻后不會(huì)有固體析出）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)滴定實(shí)驗(yàn)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算溶解平衡常數(shù)，計(jì)算吉布斯自由能變，探討溶解度隨溫度升高而降低的原因。

四、教學(xué)反思

眾所周知，Ca（OH）2的溶解度反常（低溫時(shí)溶解度比高溫時(shí)要大）。本節(jié)課通過(guò)引入摩爾溶解度，計(jì)算溶解過(guò)程，再計(jì)算其溶解過(guò)程的吉布斯自由能變。因此，從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，隨著溫度的升高，溶解過(guò)程中ΔG增大，說(shuō)明溫度升高時(shí)反而不利于其溶解的進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 張祥麟. 難溶氫氧化物在純水中的溶解度[J].中南礦冶學(xué)院學(xué)報(bào)，1980，（3）： 110-103

[2] Stability Constants of Metal-Ion Complex， Sillen， L.G.Martell， A.S.， Eds.， The Chemical Society：London ， 1964；42endprint

摘要：針對(duì)Ca（OH）2溶解度隨溫度變化的反常情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同溫度下的摩爾溶解度和Ksp，ΔGθ并溶解過(guò)程。在過(guò)程中讓學(xué)生理解和運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)原理及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Ca（OH）2；摩爾溶解度；Ksp；ΔGθ

文章編號(hào)：1008-0546（2014）05-0072-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.05.027

一、 問(wèn)題與困惑

一方面在《化學(xué)反應(yīng)原理》的教學(xué)過(guò)程中，化學(xué)平衡及其平衡常數(shù)和吉布斯自由能等概念，對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常抽象和難以理解的。其最主要的原因就是缺乏直觀的感受的情境。另一方面，學(xué)生熟知Ca（OH）2溶解度隨溫度的升高反而下降。對(duì)此，學(xué)生往往對(duì)告知的結(jié)論，缺乏理性的認(rèn)識(shí)。筆者以此為切入點(diǎn)，開(kāi)展探究學(xué)習(xí)，取得了較好的效果。

教學(xué)對(duì)象為普通高中高二化學(xué)選修班。

二 、教學(xué)目標(biāo)

以Ca（OH）2溶解度的“異?！爆F(xiàn)象為教學(xué)情境，運(yùn)用相關(guān)原理，探究造成此現(xiàn)象的原因。

1. 利用鹽酸滴定Ca（OH）2飽和溶液，測(cè)定不同溫度下的Ca（OH）2的溶解度。

2. 培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)原理，理解化學(xué)中的“異?！爆F(xiàn)象。

三、教學(xué)過(guò)程

[環(huán)節(jié)一]

1. 初中學(xué)習(xí)過(guò)溶解度，那什么是溶解度？通常的表示方式方法有哪些？

2. 能用物質(zhì)的量來(lái)表示溶解度嗎？

【知識(shí)準(zhǔn)備】

難溶物質(zhì)摩爾溶解度（s）：1L鹽的飽和溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量，單位（mol/L）。

ΔGθ與Ksp關(guān)系：ΔGTθ=-RT1nKsp

設(shè)計(jì)意圖：為下面的探究實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。

[環(huán)節(jié)二]

師：配制不同溫度下的Ca（OH）2的飽和溶液，如何實(shí)現(xiàn)？

生：在不同溫度下（25、100℃時(shí)），將過(guò)量的Ca（OH）2加入到水中，形成濁液：

Ca（OH）2（固體）■Ca2+（aq）+2OH-（aq）

將濁液過(guò)濾所得澄清濾液即為其飽和溶液。

師：如何在100℃時(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)濾？如何保持整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在100℃完成？

生：一邊加熱一邊過(guò)濾。

師：有這樣的儀器嗎？介紹恒溫過(guò)濾漏斗，如圖1所示。

設(shè)計(jì)意圖：“工欲善其事，必先利其器?！苯榻B本實(shí)驗(yàn)所用的特殊儀器，恒溫?zé)徇^(guò)濾漏斗。

[環(huán)節(jié)三]

師： 如何測(cè)定Ca（OH）2溶解度？

生： 方法一：測(cè)定溶液的pH值。

方法二：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定飽和Ca（OH）2來(lái)測(cè)定其溶解度。師：對(duì)Ca（OH）2而言，一方面必須考慮生成的多核和/或單核羥合絡(luò)離子對(duì)溶解度的影響， 另一方面， 要注意純水本身電離出來(lái)的那部分氫氧根離子的濃度[1-2]。所以簡(jiǎn)單的測(cè)定溶液pH是不能測(cè)定Ca（OH）2溶解度（誤差較大）。只能采取第二種方法。

Ca2+（aq）+2OH-（aq）+2H+（aq）+2Cl-■Ca2+（aq）+2Cl-+2H2O

n[Ca（OH）2]=1/2·n[HCl]

s=n[Ca（OH）2]/V[Ca（OH）2]=1/2·c（HCl）·V（HCl）/V[Ca（OH）2]

Ksp=[Ca2+]·[OH-]2=4s3（1）

[探究活動(dòng)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)]

25℃時(shí)：配制Ca（OH）2過(guò)飽和溶液（約40mL，確保溶液中有過(guò)量的固體存在），電磁器攪拌至少1小時(shí)。用漏斗過(guò)濾后得到濾液。用移液管取10.00mL濾液轉(zhuǎn)移到錐形瓶中，加入25mL蒸餾水并加入一滴溴百里酚藍(lán)指示劑（約0.0016mol/L的乙醇水溶液），用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸（約0.012mol/L）滴定，滴定終點(diǎn)為藍(lán)色消失并稍微變黃。

100℃時(shí)：在一個(gè)250mL燒杯盛放蒸餾水（約100mL）加熱至沸騰。幾分鐘后，加入Ca（OH）2（約2g）。并保持在沸點(diǎn)，電磁器緩慢攪拌約兩分鐘。倒出大約45mL濁液采用如圖1的熱過(guò)濾裝置[1]，趁熱立即過(guò)濾得濾液。冷卻后，用移液管取三份（每份10.00mL）按如上方法滴定。（冷卻后不會(huì)有固體析出）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)滴定實(shí)驗(yàn)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算溶解平衡常數(shù)，計(jì)算吉布斯自由能變，探討溶解度隨溫度升高而降低的原因。

四、教學(xué)反思

眾所周知，Ca（OH）2的溶解度反常（低溫時(shí)溶解度比高溫時(shí)要大）。本節(jié)課通過(guò)引入摩爾溶解度，計(jì)算溶解過(guò)程，再計(jì)算其溶解過(guò)程的吉布斯自由能變。因此，從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，隨著溫度的升高，溶解過(guò)程中ΔG增大，說(shuō)明溫度升高時(shí)反而不利于其溶解的進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 張祥麟. 難溶氫氧化物在純水中的溶解度[J].中南礦冶學(xué)院學(xué)報(bào)，1980，（3）： 110-103

[2] Stability Constants of Metal-Ion Complex， Sillen， L.G.Martell， A.S.， Eds.， The Chemical Society：London ， 1964；42endprint

摘要：針對(duì)Ca（OH）2溶解度隨溫度變化的反常情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同溫度下的摩爾溶解度和Ksp，ΔGθ并溶解過(guò)程。在過(guò)程中讓學(xué)生理解和運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)原理及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Ca（OH）2；摩爾溶解度；Ksp；ΔGθ

文章編號(hào)：1008-0546（2014）05-0072-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.05.027

一、 問(wèn)題與困惑

一方面在《化學(xué)反應(yīng)原理》的教學(xué)過(guò)程中，化學(xué)平衡及其平衡常數(shù)和吉布斯自由能等概念，對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常抽象和難以理解的。其最主要的原因就是缺乏直觀的感受的情境。另一方面，學(xué)生熟知Ca（OH）2溶解度隨溫度的升高反而下降。對(duì)此，學(xué)生往往對(duì)告知的結(jié)論，缺乏理性的認(rèn)識(shí)。筆者以此為切入點(diǎn)，開(kāi)展探究學(xué)習(xí)，取得了較好的效果。

教學(xué)對(duì)象為普通高中高二化學(xué)選修班。

二 、教學(xué)目標(biāo)

以Ca（OH）2溶解度的“異常”現(xiàn)象為教學(xué)情境，運(yùn)用相關(guān)原理，探究造成此現(xiàn)象的原因。

1. 利用鹽酸滴定Ca（OH）2飽和溶液，測(cè)定不同溫度下的Ca（OH）2的溶解度。

2. 培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)原理，理解化學(xué)中的“異?！爆F(xiàn)象。

三、教學(xué)過(guò)程

[環(huán)節(jié)一]

1. 初中學(xué)習(xí)過(guò)溶解度，那什么是溶解度？通常的表示方式方法有哪些？

2. 能用物質(zhì)的量來(lái)表示溶解度嗎？

【知識(shí)準(zhǔn)備】

難溶物質(zhì)摩爾溶解度（s）：1L鹽的飽和溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量，單位（mol/L）。

ΔGθ與Ksp關(guān)系：ΔGTθ=-RT1nKsp

設(shè)計(jì)意圖：為下面的探究實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。

[環(huán)節(jié)二]

師：配制不同溫度下的Ca（OH）2的飽和溶液，如何實(shí)現(xiàn)？

生：在不同溫度下（25、100℃時(shí)），將過(guò)量的Ca（OH）2加入到水中，形成濁液：

Ca（OH）2（固體）■Ca2+（aq）+2OH-（aq）

將濁液過(guò)濾所得澄清濾液即為其飽和溶液。

師：如何在100℃時(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)濾？如何保持整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在100℃完成？

生：一邊加熱一邊過(guò)濾。

師：有這樣的儀器嗎？介紹恒溫過(guò)濾漏斗，如圖1所示。

設(shè)計(jì)意圖：“工欲善其事，必先利其器?！苯榻B本實(shí)驗(yàn)所用的特殊儀器，恒溫?zé)徇^(guò)濾漏斗。

[環(huán)節(jié)三]

師： 如何測(cè)定Ca（OH）2溶解度？

生： 方法一：測(cè)定溶液的pH值。

方法二：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定飽和Ca（OH）2來(lái)測(cè)定其溶解度。師：對(duì)Ca（OH）2而言，一方面必須考慮生成的多核和/或單核羥合絡(luò)離子對(duì)溶解度的影響， 另一方面， 要注意純水本身電離出來(lái)的那部分氫氧根離子的濃度[1-2]。所以簡(jiǎn)單的測(cè)定溶液pH是不能測(cè)定Ca（OH）2溶解度（誤差較大）。只能采取第二種方法。

Ca2+（aq）+2OH-（aq）+2H+（aq）+2Cl-■Ca2+（aq）+2Cl-+2H2O

n[Ca（OH）2]=1/2·n[HCl]

s=n[Ca（OH）2]/V[Ca（OH）2]=1/2·c（HCl）·V（HCl）/V[Ca（OH）2]

Ksp=[Ca2+]·[OH-]2=4s3（1）

[探究活動(dòng)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)]

25℃時(shí)：配制Ca（OH）2過(guò)飽和溶液（約40mL，確保溶液中有過(guò)量的固體存在），電磁器攪拌至少1小時(shí)。用漏斗過(guò)濾后得到濾液。用移液管取10.00mL濾液轉(zhuǎn)移到錐形瓶中，加入25mL蒸餾水并加入一滴溴百里酚藍(lán)指示劑（約0.0016mol/L的乙醇水溶液），用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸（約0.012mol/L）滴定，滴定終點(diǎn)為藍(lán)色消失并稍微變黃。

100℃時(shí)：在一個(gè)250mL燒杯盛放蒸餾水（約100mL）加熱至沸騰。幾分鐘后，加入Ca（OH）2（約2g）。并保持在沸點(diǎn)，電磁器緩慢攪拌約兩分鐘。倒出大約45mL濁液采用如圖1的熱過(guò)濾裝置[1]，趁熱立即過(guò)濾得濾液。冷卻后，用移液管取三份（每份10.00mL）按如上方法滴定。（冷卻后不會(huì)有固體析出）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)滴定實(shí)驗(yàn)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算溶解平衡常數(shù)，計(jì)算吉布斯自由能變，探討溶解度隨溫度升高而降低的原因。

四、教學(xué)反思

眾所周知，Ca（OH）2的溶解度反常（低溫時(shí)溶解度比高溫時(shí)要大）。本節(jié)課通過(guò)引入摩爾溶解度，計(jì)算溶解過(guò)程，再計(jì)算其溶解過(guò)程的吉布斯自由能變。因此，從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，隨著溫度的升高，溶解過(guò)程中ΔG增大，說(shuō)明溫度升高時(shí)反而不利于其溶解的進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 張祥麟. 難溶氫氧化物在純水中的溶解度[J].中南礦冶學(xué)院學(xué)報(bào)，1980，（3）： 110-103

[2] Stability Constants of Metal-Ion Complex， Sillen， L.G.Martell， A.S.， Eds.， The Chemical Society：London ， 1964；42endprint