核心概念統(tǒng)領(lǐng)下的高中化學(xué)教學(xué)實踐與思考

曾曉軍

一、問題的提出

美國著名課程專家埃里克森提出：“核心概念應(yīng)該是居于學(xué)科中心，且有超越課堂的持久和遷移價值的關(guān)鍵性原理、方法和概念。同時，它們還具有廣闊的解釋空間，能為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供深入的視角，并加強(qiáng)學(xué)科之間的聯(lián)系。”化學(xué)核心概念則是建立在化學(xué)發(fā)展的過程中，在化學(xué)學(xué)科體系中有著重要的地位，體現(xiàn)了化學(xué)運(yùn)動規(guī)律、本質(zhì)屬性，是一種能對化學(xué)現(xiàn)象和事實概括與抽象的思維形式，更是化學(xué)學(xué)科體系的精髓和命脈。

在《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊中，就包含著大量的化學(xué)核心概念和原理知識。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生最難學(xué)的就是這部分內(nèi)容。這個模塊的學(xué)習(xí)，需要學(xué)生從宏觀到微觀、從定性到定量、由靜態(tài)到動態(tài)等多個角度觀察、思考化學(xué)變化的問題；學(xué)會建立和轉(zhuǎn)換不同概念之間的關(guān)系；更需要通過對紛繁復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象背后共同規(guī)律的認(rèn)識，體會現(xiàn)象背后的統(tǒng)一性。

化學(xué)平衡在化學(xué)課程中占著舉足輕重的位置，歷年來稱為高考的熱點(diǎn)?！俺恋砣芙馄胶狻笔抢^化學(xué)平衡、電離平衡、水解平衡后又一個重點(diǎn)內(nèi)容，本文以“沉淀溶解平衡原理”一節(jié)為例，通過課堂教學(xué)來幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)核心概念，進(jìn)行化學(xué)核心概念的教學(xué)實踐和探索。

二、教學(xué)實踐1.學(xué)情分析

（1）從知識結(jié)構(gòu)上看，學(xué)生已經(jīng)具備了復(fù)分解反應(yīng)、化學(xué)平衡和溶液中其他離子平衡等相關(guān)知識，并且能獨(dú)立或合作完成簡單的探究實驗活動，具備解決簡單實際問題的能力。

（2）學(xué)習(xí)困難學(xué)生認(rèn)為沉淀溶解平衡是完全進(jìn)行到底的，不認(rèn)為反應(yīng)后溶液中仍有沉淀中含有的離子存在。另外，在對復(fù)分解反應(yīng)的認(rèn)識上有局限性，歸納概括能力有一定的問題。

2.教學(xué)思路

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)生是認(rèn)知的主體，是教學(xué)的中心，所以教學(xué)方法和教學(xué)設(shè)計都應(yīng)圍繞這個中心來進(jìn)行。以化學(xué)實驗探究作為學(xué)生主動構(gòu)建化學(xué)知識的手段，在教學(xué)中形成了一種有效的教學(xué)模式，復(fù)習(xí)已有知識-提出問題預(yù)測新知-實驗探究-總結(jié)結(jié)論-反思與表達(dá)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人、知識的主人。

3.教學(xué)過程

板塊一 沉淀溶解平衡原理

設(shè)計意圖：教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)是教學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵。在化學(xué)概念教學(xué)中，教學(xué)情境更有利于學(xué)生主動建構(gòu)化學(xué)概念知識，學(xué)生以原有概念為基礎(chǔ)，從情境中發(fā)現(xiàn)問題，并分析解決問題，同時引出了實驗探究的主題，最終建立概念知識體系，取得更好的教學(xué)效果。

思考：在學(xué)習(xí)復(fù)分解反應(yīng)時，鹽和鹽生成兩種新鹽，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)的條件是什么？

結(jié)論：要符合復(fù)分解反應(yīng)的三個條件之一；

兩種鹽必須可溶。

【小實驗】

（1）取一支試管，向其中滴加2 mL NaCl溶液， 然后向其中逐滴加入AgNO3溶液。

（2）向?qū)嶒灒?）中的試管中滴加KI溶液。

（3）向?qū)嶒灒?）中的試管中滴加Na2S溶液。

現(xiàn)象：無色

SymbolnB@白色

SymbolnB@黃色

SymbolnB@ 黑色

原因：NaCl+AgNO3

SymbolnB@ AgCl

SymbolnB@ AgI

SymbolnB@Ag2S思考：實驗中，NaCl 和 AgNO3生成了白色沉淀 AgCl，再加入KI溶液生成黃色沉淀AgI，這是不溶物AgCl和KI溶液的反應(yīng)，實驗（3）同樣，這與我們所學(xué)過的有所不同，原因是什么？這就與沉淀的溶解平衡有關(guān)。

討論：根據(jù)物質(zhì)的溶解性的差異可以將物質(zhì)分為哪幾類？什么樣的物質(zhì)稱為難溶物？如氯化銀、硫酸鋇就屬于難溶物。那么，它們在水中是否完全不能溶解？

通常根據(jù)物質(zhì)在20℃時溶解度的大小來劃分物質(zhì)的溶解性（表1）。

難溶物在水中能極少量地溶解，那么如何證明這些難溶物在水中仍能少量溶解？

【活動與探究】

設(shè)計實驗方案驗證難溶電解質(zhì)PbI2固體在水中仍能少量溶解。

方案：（1）將少量的PbI2固體加到盛有一定量水的試管中，振蕩，靜置一段時間。

（2）取上層清液1～2 mL，加入試管中，逐滴加入AgNO3溶液，振蕩，觀察實驗現(xiàn)象。

請分析產(chǎn)生以上實驗現(xiàn)象的原因。

結(jié)論：取上層液加入AgNO3溶液后有沉淀生成，說明清液中存在I-，進(jìn)而說明PbI2能在水中少量溶解。

分析 PbI2（s）Pb2+（aq） + 2I-（aq），溶解就是固體變成水溶液中離子的過程。

圖1所示為溶解和沉淀速率隨時間變化的曲線，當(dāng)v溶解=v沉淀>0時，溶液就達(dá)到了飽和，固體物質(zhì)的質(zhì)量就不再變化了，表面上看上去就像“不溶”了，實際上是溶解和沉淀的速率相等。

（1）定義

一定溫度下，沉淀溶解成離子的速率等于離子重新結(jié)合成沉淀的速率，形成飽和溶液，固體質(zhì)量和溶液中各離子的濃度保持不變的狀態(tài)。

（2）沉淀溶解平衡的特征

沉淀溶解平衡是一種可逆過程，具有化學(xué)平衡狀態(tài)的特征。

①動：屬于動態(tài)平衡

②等：沉淀溶解速率與沉淀生成速率相等，

v（沉淀）=v（溶解）≠0

③定：溶液中各成分的濃度都不再發(fā)生變化

④變：改變外界條件時，沉淀溶解平衡將發(fā)生移動，達(dá)到新的平衡。

板塊二 影響沉淀溶解平衡的因素

設(shè)計意圖：學(xué)生已學(xué)過化學(xué)平衡等，對影響平衡的因素并不陌生，根據(jù)以往知識進(jìn)行交流與討論，不難得到影響沉淀溶解平衡的相關(guān)因素，并可比較與其它化學(xué)平衡、電離平衡的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，進(jìn)一步加深對概念的理解。

【交流與討論】根據(jù)化學(xué)平衡的相關(guān)知識，討論影響沉淀溶解平衡的因素有哪些？

內(nèi)因（決定因素）：難溶物質(zhì)本身性質(zhì)——主要決定因素。

外因：

討論：對于平衡AgCl（s）Ag+（aq） + Cl-（aq） 若如表2所示改變條件，對其有何影響。

歸納：

（1）濃度：加水，平衡向溶解方向移動

（2）溫度：升溫，多數(shù)平衡向溶解方向移動（Ca（OH）2除外）

（3）同離子效應(yīng)：向平衡體系中加入相同的離子使平衡向沉淀方向移動

（4）其他：向平衡體系中加入可與體系中某些離子反應(yīng)生成更難溶物質(zhì)或氣體時， 平衡正移練習(xí)

板塊三 溶度積常數(shù)（Ksp）

設(shè)計意圖：用化學(xué)用語來表示沉淀溶解平衡，更簡潔的表示平衡的雙向動態(tài)建立過程，便于準(zhǔn)確地使用平衡常數(shù)（K）的表達(dá)式（此處的K可以修正為溶度積常數(shù)Ksp），使沉淀溶解平衡概念從定性到定量，深化概念的理解。

【問題探究】如何表示沉淀溶解平衡的平衡常數(shù)？

對于PbI2（s）Pb2+ + 2I-這個溶解沉淀平衡的可逆過程，它的平衡常數(shù)可以表示為：

K=c（Pb2+）c（I-）2c（PbI2），

Ksp=Kc（PbI2） =c（Pb2+）c（I-）2

也是一個常數(shù)，在一定溫度下，難溶固體在溶液中達(dá)到沉淀溶解平衡狀態(tài)時，離子濃度保持不變（或一定）。各離子濃度冪的乘積是一個常數(shù)，這個常數(shù)稱之為溶度積常數(shù)簡稱為溶度積，用符號Ksp表示。

即：AmBn（s）mAn+（aq）+nBm-（aq）

Ksp=c（An+）m·c（Bm-）n

例如：

常溫下沉淀溶解平衡：

AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq），

Ksp（AgCl）=c（Ag+）·c（Cl-）=1.8×10-10

Ag2CrO4（s）2Ag+（aq）+CrO42-（aq），

Ksp（Ag2CrO4）=c（Ag+）2·c（CrO2-4）=1.1×10-12

PbI2（s）Pb2+ + 2I-，

Ksp=c（Pb2+）c（I-）2=7.1×10-9

【問題探究】

（1）溶度積和溶解度都可以表示物質(zhì)的溶解能力，請根據(jù)表4分析，溶度積與溶解度有什么關(guān)系？

（2）寫出下述難溶物的溶度積表達(dá)式。

溶度積Ksp的性質(zhì)

（1）溶度積Ksp的大小和平衡常數(shù)一樣，它與難溶電解質(zhì)的性質(zhì)和溫度有關(guān)，與濃度無關(guān)，離子濃度的改變可使溶解平衡發(fā)生移動，而不能改變?nèi)芏确eKsp的大小。

（2）溶度積Ksp反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力的大小。相同類型的難溶電解質(zhì)的Ksp越小，溶解度越小，越難溶于水；反之Ksp越大，溶解度越大。

如：Ksp（AgCl）= 1.8×10-10；Ksp（AgBr） = 5.0×10-13；Ksp（AgI） = 8.3×10-17。

因為：Ksp （AgCl）>Ksp （AgBr）>Ksp （AgI），所以溶解度：AgCl >AgBr>AgI。

不同類型的難溶電解質(zhì)，不能簡單地根據(jù)Ksp大小，判斷難溶電解質(zhì)溶解度的大小。

如：Ksp[Mg（OH）2]= 5.6×10-12，Ksp（AgCl） =1.8×10-10

不能由此判斷Mg（OH）2比AgCl更難溶于水。而要通過計算比較Mg2+與Ag+濃度的大小或求二者的溶解度的大小來判斷。

設(shè)Mg（OH）2的飽和溶液中c（Mg2+）為x，c（OH-）=2x；AgCl的飽和溶液中c（Ag+）=c（Cl-）=y

x=3Ksp（Mg（OH）2）4=35.6×10-124

=1.12×10-4mol/L

y=Ksp（AgCl）=1.8×10-10

=1.34×10-5mol/L

因為：x>y，所以：AgCl 比Mg（OH）2更難溶。

也可進(jìn)一步求出它們的溶解度，在Mg（OH）2和AgCl的飽和溶液中，溶液的濃度很小，其密度均取1，所以溶解度：s（Mg（OH）2）=58×1.12×10-4×100/1000=6.50×10-4（g）

s（AgCl）=143.5×1.34×10-5×100/1000=1.92×10-4（g）

溶解度：Mg（OH）2>AgCl。

板塊四 溶度積規(guī)則

設(shè)計意圖：在學(xué)生已有的化學(xué)平衡常數(shù)和濃度商關(guān)系的基礎(chǔ)上，遷移得出Ksp與Q的關(guān)系，將抽象的表達(dá)式內(nèi)隱的平衡觀通過圖像生動直觀體現(xiàn)出來，有助于核心概念沉淀溶解平衡和沉沉淀溶解平衡移動的理解。

【問題探究】

某溫度時，BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖2所示。請同學(xué)討論：曲線和a b c d四個點(diǎn)的意義？

在一定溫度下，通過比較任意狀態(tài)離子積（Q）與溶度積（Ksp）的大小，判斷難溶電解質(zhì)沉淀溶解平衡進(jìn)行的方向。

①當(dāng)Q=Ksp時，飽和溶液，已達(dá)到沉淀溶解平衡狀態(tài)。

②當(dāng)Q

③當(dāng)Q>Ksp時，離子生成沉淀，即反應(yīng)向生成沉淀方向進(jìn)行，直到平衡狀態(tài)（飽和為止）。

思考：將0.001mol/L NaCl溶液和0.001 mol/L AgNO3溶液等體積混合，是否有AgCl沉淀生成？

【展示】溶洞圖片

探究：溶洞是如何形成的？與化學(xué)平衡什么關(guān)系？

擴(kuò)展：已知牙齒表面有一層堅硬的牙釉質(zhì)羥基磷酸鈣[ Ca5（PO4）3（OH）]，它對牙齒起到保護(hù)作用。使用含氟牙膏能生成更難溶且耐酸的氟磷酸鈣[Ca5（PO4）3F]覆蓋在牙齒表面，抵抗H+的侵襲 。

設(shè)計意圖：結(jié)合學(xué)生已有的經(jīng)驗，把知識放在具體的熟悉的情節(jié)中，以問題啟發(fā)學(xué)生從新的角度思考，幫助學(xué)生定量理解沉淀溶解平衡，為下面的沉淀的溶解和轉(zhuǎn)化做好準(zhǔn)備。

三、反思與總結(jié)

1.“沉淀溶解平衡”與生活生產(chǎn)密切相關(guān)，在教學(xué)中選用多種情境素材，通過學(xué)生感興趣的小實驗，充分利用認(rèn)知沖突，采用科學(xué)合理的教學(xué)策略引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)沉淀溶解平衡，培養(yǎng)學(xué)生解決沖突的能力，加深學(xué)生對沉淀溶解平衡本質(zhì)的認(rèn)識理解，實現(xiàn)核心知識向應(yīng)用轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。

2. 讓學(xué)生調(diào)用自己頭腦中的原有實驗技能自主設(shè)計實驗來證明 “難溶電解質(zhì)固體在水中仍能少量溶解”。不同的設(shè)計方案可以讓學(xué)生相互交流和分享自己的設(shè)計成果，解構(gòu)和理解其中的設(shè)計原理，最后再完成實驗。這樣做，不但打破了傳統(tǒng)課堂理論學(xué)習(xí)的沉悶學(xué)習(xí)氛圍，而且對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力也極為有利。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用實驗探究和理論分析相結(jié)合的方式進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體會到化學(xué)知識的價值和自主學(xué)習(xí)的樂趣。

3. 課堂的提問行為在啟發(fā)學(xué)生思考的過程中起著不可替代的作用，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)情況，通過發(fā)問、追問、反問、質(zhì)疑、設(shè)問等手段，誘發(fā)學(xué)生反思自己的認(rèn)知缺陷， 拓展自己的思維角度、激發(fā)探究欲望，促進(jìn)概念的理解。

核心概念統(tǒng)領(lǐng)下的化學(xué)教學(xué)更加關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知水平和有利于學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和體系的構(gòu)建。 教學(xué)不僅僅向?qū)W生傳遞了具體的事實性知識，而是幫助學(xué)生構(gòu)建和深層次地理解化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)，即使學(xué)生在今后的生活中將事實性的知識遺忘，但是仍然會在頭腦中留下對于化學(xué)學(xué)科的總觀性的認(rèn)識，這也就是學(xué)科的核心素養(yǎng)。教師要精心創(chuàng)設(shè)情境，在教學(xué)過程中盡可能將核心概念外顯，讓學(xué)生建立起具體事實和重要思想方法之間的相關(guān)性，在活動中解決基本問題，形成、鞏固和應(yīng)用核心概念。