基于真實情境的溶解平衡學習進階

北京市日壇中學 奚梅梅 李麗萍 張建強

一、教學背景分析

（一）學習內容分析

“平衡”是化學教學中一個重要的基礎概念，“溶解平衡”是繼“化學平衡”“電離平衡”“水解平衡”后高中階段學習的最后一個平衡，是對水溶液中離子行為的補充，也起到了完善和發(fā)展“微粒觀”的構建與應用的作用。

（二）學生情況分析

學生在初中階段學習了溶解度的概念，了解了物質的溶解性；在人教版必修1 中討論了電解質和離子反應的相關知識；在化學反應原理學習過程中掌握了有關的平衡知識，所以學生學習是有理論基礎的。選取的素材基于生產生活實際，體會化學與生活和生產的密切關系，強化了“化學使生活更美好”的學科思想和意識。

二、教學目標設計

（一）教學目標

1.通過對易溶電解質NaCl 過飽和體系的分析，能用化學用語表達溶解平衡。

2.通過向Mg(OH)2懸濁液體系滴加酚酞認識其溶解性，能應用平衡理論分析溶解平衡的影響因素，并結合實驗設計來驗證分析結果。

3.通過對鍋爐水垢的生成、溶解和轉化過程的分析，應用難溶電解質的溶解平衡知識解決生活中的問題。

（二）評價目標

1.通過對NaCl 過飽和體系的分析，診斷學生對物質溶解性的認識水平，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Mg(OH)2懸濁液體系的分析，實驗方案的設計和評價交流，診斷并發(fā)展學生的實驗探究能力（定性水平、定量水平）。

3.通過鍋爐水垢形成的分析、處理方案的設計和點評，診斷并發(fā)展學生解決相對復雜實際問題的能力水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）及其對化學價值的認識水平（學科價值水平、社會價值水平、學科和社會價值水平）。

三、教學過程設計

在“難溶電解質的溶解平衡”的教學中，我對問題設計進行多次思考和改進，促進了學生主動構建“難溶電解質的溶解平衡”。詳細教學實踐過程如下。

環(huán)節(jié)1：建立易溶電解質的溶解平衡

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

圖1

實驗1：NaCl 晶體形狀改變實驗

問題2：你能用化學用語表達NaCl 過飽和溶液的溶解平衡過程嗎？

問題3：如何設計實驗證明體系中存在上述平衡？

實驗2：向飽和NaCl 溶液中滴加濃鹽酸，產生白色沉淀。

【設計意圖】NaCl 是食鹽的主要成分，選擇學生熟悉的素材，使抽象的知識感性化。對于NaCl，學生很容易理解其溶解性和溶解過程，其結晶過程是學生理解上的難點。問題1 驅動學生從微粒角度認識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晶過程結合起來，建立NaCl 的溶解平衡。問題2 和3 引導學生從影響平衡移動的因素角度出發(fā)證明平衡的存在并能夠用化學符號來表征，“宏觀—微觀—符號”的三重表征加深對NaCl 溶解平衡的理解。

環(huán)節(jié)2：探究難溶電解質的溶解平衡

問題4：難溶電解質是否也像易溶電解質一樣存在溶解平衡呢？以Mg(OH)2為例，通過設計實驗探究難溶電解質的溶解平衡。

實驗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-。

實驗4：Mg(OH)2沉淀溶解平衡影響因素的探究

實驗4-1：探究c(Mg2+)對Mg(OH)2溶解平衡的影響（圖3）

圖3

取少量等量實驗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。

實驗4-2：探究c(OH-)對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)，平衡正向移動的程度相同嗎？

問題6：學習了沉淀溶解平衡知識后，你對Mg(OH)2溶于酸的反應有了哪些新的認識？

【設計意圖】Mg(OH)2是鍋爐水垢成分之一，學生難理解的是其溶解過程。在NaCl 體系中已經建立了易溶電解質溶解平衡，將其思路遷移應用至難溶電解質的溶解平衡。問題4驅動學生對實驗3 和4 的設計和探究過程，在實驗中答疑解惑，在實驗探究中深入理解難溶電解質的溶解性，溶與不溶是相對的，沒有絕對不溶的物質，形成辯證思維。問題5 促進思考，強化用Q與K的關系解決平衡問題，使學生對平衡移動的認識由定性上升到定量水平。Mg(OH)2溶于酸的反應，初中即知道酸堿中和，在高中階段，我們又從離子反應的角度重新認識該反應，學習了化學平衡之后，實現(xiàn)知識認知水平的螺旋上升。

環(huán)節(jié)3：應用沉淀溶解平衡知識解決工業(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？

實驗5：實驗室模擬工業(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小時后過濾，用蒸餾水多次洗滌固體，直至檢測洗滌液中無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，表面產生氣泡，說明CaSO4部分轉化為CaCO3， 而CaCO3可用酸洗法除去。

【設計意圖】通過鍋爐除水垢的實際應用，將沉淀生成、沉淀溶解和沉淀轉化結合在一起，增強化學與生活的聯(lián)系，提升應用化學知識解決生產生活實際問題的能力。問題7 的設計，意在學生結合溶解度數(shù)據及雙水解的知識，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。模擬鍋爐水垢這個實驗時間較長，部分學生參與并錄制了實驗視頻，對于學生理解沉淀轉化有積極意義，落實科學精神與社會責任的核心素養(yǎng)。

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