沉淀溶解平衡-教学设计

沉淀溶解平衡——“铅”变万化·沉铅（安徽省太和中学教师姓名：宫素芹指导教师：马金星王小静）一、课标呈现认识难溶电解质在水溶液中存在沉淀溶解平衡，了解沉淀的生成、溶解与转化。二、教学内容分析1.内容分析“沉淀溶解平衡”是鲁科版《化学反应原理》第三章第三节的内容，是高中水溶液化学的重要组成部分。“沉淀溶解平衡”是继化学平衡、电离平衡、盐类水解平衡之后的又一个重要平衡理论。本节教学要求学生能够继续从化学平衡的视角，用平衡的观点研究新的一类平衡———沉淀溶解平衡，因此它起着“承上”的作用。同时，通过对沉淀溶解平衡的学习，学生可以更全面深入地了解水溶液中离子平衡的相关理论，使学生能从微观角度更加透彻地理解物质在溶液中发生离子反应的条件、原理以及本质，并深化理解和应用“化学平衡”的理论，因此它也起着“启下”的作用。这样，在教学功能上，通过本节课的教学就可以让学生完善整个平衡体系的学习，除了巩固前面所学知识外还起着延伸、拓展化学视野的作用。从教学意义上说，沉淀溶解平衡无论对于化学知识本体的学习，还是化工生产以及人们的生活实际都有重要的意义。2.素养呈现本节课的素养呈现包括科学态度与社会责任、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想。在寻找化学沉淀法除Pb2+的试剂以及控制条件使Pb2+沉淀得更充分的探究过程中，发展科学态度和社会责任的化学核心素养；在从宏观与微观、变化与平衡的视角认识难溶电解质在水溶液中同时存在沉淀和溶解两个过程，培养证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析的核心素养；在构建“沉淀溶解平衡”认知模型并探究外界条件对沉淀溶解平衡的影响，发展变化观念与平衡思想、科学探究与创新意识的核心素养。3.策略分析本节课通过情景创设，体验由提出问题——猜想与假设——收集证据——验证假设——得出结论的科学研究过程。为了充分发挥教学的实效性，主要采取了以下几方面措施：①从生产生活情境引入，激发学生学习欲望，而且引出的内容紧扣研究重点，最后又落实到生活中去。②理论探究部分引导深入，采用问题教学法，用层层递进的问题来启发学生的思维，为实验探究提供知识支持。③实验方案设计的讨论与汇报为部分学生理清思路，铺设台阶，加强了化学学科思想的渗透。三、学情分析学生已经学习过物质的溶解和化学平衡，也能将化学平衡知识迁移运用于电离和盐类水解，这些学习过程为学生学习沉淀溶解平衡奠定了知识和方法层面的基础。但在教学中发现，学生对物质的沉淀与溶解仍有错误认识。具体表现为：①将沉淀与溶解认为是两个割裂的过程。②认为生成沉淀的复分解反应是一个单向反应，无法建立沉淀溶解平衡的可逆反应模型。③将沉淀看作不溶物，从而忽视沉淀在水中有微量溶解。④建立沉淀溶解平衡概念后，易对沉淀溶解平衡的反应程度认识不清，认为沉淀溶解后的离子浓度很大。并且所学知识不能很好地在废水处理领域学以致用，缺乏分析宏观现象和微观本质间联系的能力。四、教学目标1.能通过对I-与Pb2+沉淀反应的实验探究，认识沉淀反应存在一定的限度。2.能利用实验探究对PbI2溶于水后溶液中的微粒成分进行分析和验证，借助电导率的曲线变化，从微观、宏观以及曲线三个角度感受沉淀溶解存在一定的限度，建立沉淀溶解平衡的认知模型。3.能设计实验方案从浓度、温度（“黄金雨”实验）的两个外界条件探究对沉淀溶解平衡的影响，理解外界条件对沉淀溶解平衡移动的认知规律，并在实验过程中感受到化学之美。五、教学方法实验探究、问题驱动、多媒体辅助六、实验用品Pb(NO3)2与KI溶液（1:2.2）生成沉淀后的上层清液、Na2SO4溶液、AgNO3溶液、PbI2饱和溶液、电导率传感器七、教学重点、难点重点：沉淀溶解平衡的建立和影响因素难点：从微观、动态的角度构建沉淀溶解平衡模型八、教学流程九、教学过程【引入】同学们，金属及其化合物在日常生产生活中有很多的用途。比如最普遍的金属铁，遍布在生活的方方面面。那么对于铅及其化合物，同学们，你们都有哪些了解呢？它们在生产生活中又有哪些用途呢?可能的回答：铅蓄电池、铅球。据统计，目前全球铅年产量可达1000万吨，其中80%用于生产铅蓄电池。那在实际的电池生产过程中，产生的含铅废水都是如何处理的呢？我们来听听技术人员是怎么说的。【视频采访】同学们好！老师现在来到了位于阜阳市的安徽超威环保科技有限公司，该公司主要是以铅及其化合物为原料生产铅蓄电池，那么，对于工业含铅废水，他们是如何处理的呢？我们来听听技术人员是怎么说的。技术人员：大家好，我是安徽超威环保科技有限公司的废水处理技术人员。目前，我们厂对含铅废水的处理方式为:首先，对酸性重金属废水进行pH调节，使其处于理想的碱性环境，然后采用絮凝剂沉淀法或者化学沉淀法去除废水中的重金属离子，沉淀过滤后，再进行其他处理，出水水质远远高于国家排放标准，可以用于日常饮用。环节一：认识沉淀反应进行不完全问题1-1视频中技术人员介绍说可以采用化学沉淀法来除去废水中的Pb2+，同学们，你们能想到哪些除铅试剂呢？【活动1-1】思考讨论、交流展示。根据复分解反应原理，学生可能猜想的沉铅试剂：Na2SO4，Na2CO3，Na2S……教师用多媒体展示碘化铅【评价1-1】根据学生对除铅试剂的回答，诊断学生对复分解反应条件的掌握情况以及学生对于铅的难溶化合物的认识水平。【问题1-2】如果用I-除溶液中的Pb2+时，如何操作可以使Pb2+沉淀完全？可能的猜想：猜想1：I-是Pb2+的2倍量。猜想2：I-要稍微过量。【追问】当I-要稍微过量时，溶液中是否还剩余Pb2+？该如何证明？【活动1-2】利用教师提供实验试剂，学生设计实验方案并动手实验求证当n(Pb2+)：n(I-)=1:2.2时，溶液中是否还存在Pb2+。提供试剂：Pb(NO3)2与KI溶液（1:2.2）生成沉淀后的上层清液、Na2SO4溶液、AgNO3溶液。设计方案：取适量上层清液于试管中，向其中加入适量Na2SO4溶液，若有白色沉淀产生，则证明溶液中Pb2+依旧存在，反之，则无。实验验证：通过实验，发现向上层清液中加入Na2SO4溶液，观察到有白色浑浊。得出结论：加入稍微过量的I-时，Pb2+依旧不能沉淀完全。【评价1-2】教师根据学生的实验方案设计以及实验过程，诊断并发展学生实验方案设计能力和动手检验离子的基本操作水平以及小组合作能力。设计意图：利用KI溶液稍微过量，依旧不能将Pb2+除尽这一实验事实，引起学生的认知冲突，打破了学生对沉淀反应的原有认识，激发学生对下一环节Pb2+存在原因的探究欲望。学生通过实验方案的设计与讨论，在动手实验的过程中，掌握实验探究的一般流程：提出猜想——设计方案——实验验证——得出结论。环节二：构建沉淀溶解平衡的认知模型小组交流讨论后回答，生生互评、师生互评、补充和完善，最后形成共识，进行实验。提出假设：猜想1：加入的I-过量，Pb2+依旧存在，说明这个反应可能是一个可逆过程，I-不能把Pb2+沉淀完全。猜想2：可能是由于PbI2能少量溶解，产生Pb2+。【过渡】如果这个反应是一个可逆过程，它会存在两个方向，即Pb2+和I-生成PbI2沉淀的同时，PbI2沉淀也会溶解产生Pb2+和I-。所以两种猜想其实是一致的。【追问】那么PbI2溶于水后到底能否产生Pb2+呢？如果产生，又如何来检验呢？提供试剂：PbI2溶于水后的饱和溶液、AgNO3溶液、Na2SO4溶液设计方案1——取适量PbI2饱和溶液于试管中，向其中加入适量Na2SO4溶液，若有白色浑浊产生，则证明PbI2能少量溶解，产生Pb2+。反之，则不能。设计方案2——取适量PbI2过饱和溶液于试管中，向其中加入适量AgNO3溶液，若有黄色浑浊产生，则证明PbI2能少量溶解，产生I-。反之，则不能。实验验证：取适量PbI2饱和溶液于两支试管中，Na2SO4溶液后观察到白色浑浊，加入AgNO3溶液后观察到黄色浑浊。得出结论：PbI2可以少量溶解，产生Pb2+和I-。【评价】教师根据学生对Pb2+和I-按1:2.2反应，溶液中依旧存在Pb2+这一实验事实的猜想与分析，评价学生对变化观念与平衡思想的认知水平。通过动手实验，诊断学生小组合作能力和分析问题、解决问题的能力。通过上述实验探究，我们已经知道PbI2可以少量溶解产生Pb2+和I-。那么PbI2溶于水的过程中离子浓度如何变化?可以怎样测定？师介绍电导率传感器：电导率传感器是测量溶液导电能力的一种仪器。其他条件相同时，溶液中自由移动的离子浓度越大，电导率的数值越大。教师用电导率传感器测定PbI2固体溶于水的过程中电导率的变化情况。学生观看PbI2溶于水的过程中PbI2固体放入水中，电导率逐渐增大，说明PbI2溶解产生了Pb2+和I-。随着时间的延长，电导率达到最大值，此时溶液中离子浓度最大，PbI2的溶解达到了最大限度教师追问在最大限度的时候，沉淀的溶解是否停止了，引导学生理解沉淀的溶解与沉淀的生成，两个过程是同时进行的，最后达到一种动态平衡。【评价】教师根据学生对学生运用数据证据推理的能力和分析问题解决问题的能力。写出PbI2沉淀溶解平衡方程式以及归纳出一般难溶电解质（AmBn）的沉淀溶解平衡表达式。【评价】根据学生对以及一般难溶电解质AmBn的沉淀溶解平衡表达式的书写情况，评价学生对沉淀溶解平衡过程的认识水平和用化学用语表征微粒变化过程的能力，同时提醒学生要注意区分难溶电解质的沉淀溶解平衡的表达式与弱电解质的电离方程式书写的不同。设计意图：此环节通过PbI2溶于水后，上清液中离子的检验，以及用电导率进行证据采集，从宏观现象的观察，到微观粒子的分析，以及运用化学符号、数据曲线等表征手段建立并深化对沉淀溶解平衡的认知。在学生自主实验构建沉淀溶解平衡的认知基础上，进一步利用数字化实验进行证据推理，建立并完善沉淀溶解平衡的认知模型，并用化学符号进行表征，不仅激发了学生探究的欲望，而且发展了学生的证据推理能力和严谨求实的科学态度。环节三：感受沉淀溶解平衡的移动【过渡】通过以上分析，我们知道I-可以与水体中的Pb2+反应生成沉淀，那在实际的废水处理过程中，超威电池公司是否用I-除去废水中的Pb2+呢？我们来听听技术人员是怎么说的。【视频采访】问：那在实际的处理过程中，我们公司是否用I-去除去废水中的Pb2+呢？技术人员：我们公司不用I-除废水中的Pb2+，因为I-不是一种很好的沉淀剂，用I-处理后，水体中还会剩余较多量的Pb2+。【问题3-1】用I-沉铅时，如何控制条件使溶液中的Pb2+剩余量减少？【活动3-1】回忆化学平衡的影响因素，利用教师所提供试剂，设计实验寻找PbI2沉淀生成的有利条件。猜测可能的影响因素：浓度、温度、压强。教师对压强这个影响因素的影响体系进行说明，对于溶液中的反应，压强对其的影响可以忽略不计。【评价3-1】通过学生对影响化学平衡的影响因素的回答，诊断学生对影响因素的迁移应用能力。【问题3-2】那如何控制浓度，才能使得溶液中Pb2+的剩余量减少呢？即平衡向生成沉淀的方向移动呢？【活动3-2】通过回忆所学知识，得出增大I-浓度有利于PbI2沉淀的生成的结论。【评价3-2】通过学生对浓度如何影响沉淀溶解平衡的回答，诊断学生对所学知识的迁移应用能力。教师多媒体展示PbI2在水中不同温度下的溶解度曲线。【问题3-3】如何控制温度，才能使平衡向生成沉淀的方向移动呢？【活动3-2】学生根据曲线并结合所学知识，可以得出降低温度有利于PbI2沉淀的生成的结论。并利用教师提供的试剂，设计实验方案，制造美丽的“黄金雨”。提供的试剂：0.05mol·L-1Pb(NO3)2溶液、0.1mol·L-1KI溶液、热水、冰水。方案设计1——取等体积的0.05mol·L-1Pb(NO3)2溶液和0.1mol·L-1KI溶液于烧杯中，在热水浴中加热溶解得到热的饱和溶液，再在冰水浴中降温结晶，得到PbI2晶体。教师提示：虽然在温度较高时，溶解度较大，但是溶解的速率较慢。【追问】能否快速得到PbI2热的饱和溶液呢？方案设计2——取等体积的0.05mol·L-1Pb(NO3)2溶液和0.1mol·L-1KI溶液于热水中得到热的饱和溶液，再在冰水浴中降温结晶，得到PbI2晶体。【教师录制视频】将盛有PbI2热的饱和溶液的圆底烧瓶，放到冰水浴中降温结晶，得到美丽的“黄金雨”。【评价3-1】通过美丽的“黄金雨”，引起学生的探究兴趣。利用温度对PbI2沉淀溶解平衡的影响PbI2在水中不同温度下的溶解度曲线，学生分析问题的能力水平和科学探究水平，在实验过程中验证温度对PbI2沉淀溶解平衡的影响，并获得成功的喜悦。设计意图：选用“黄金雨”实验，用实验事实促使学生形成感性认识，并在感性认识过程中诊断理论水平，不仅解决了沉淀溶解平衡的抽象难理解的问题，还在实验探究过程中感受化学之美。最后，请同学们谈谈学完本节课的收获和体会。增强保护环境、共同建设美好家园的环保意识。【课后作业】1.下列有关的说法正确的是（）A.难溶于水，溶液中没有Pb2+和I-B.在饱和溶液中，溶解已经停止了C.在I-除去水体中的Pb2+时，过量的I-可以将Pb2+浓度降为0D.在饱和溶液中，生成和溶解不断进行，但速率相等（教学目标1、2）2.下列对沉淀溶解平衡的描述正确的是()A．反应开始时，溶液中各离子浓度相等B．沉淀溶解达到平衡时，沉淀的速率和溶解的速率相等C．沉淀溶解达到平衡时，溶液中溶质的离子浓度相等，且保持不变D．沉淀溶解达到平衡时，如果再加入难溶性的该沉淀物，将促进溶解（教学目标1、2、3）3.25℃时，在含有大量的Pb2++2I-A.溶液中Pb2+和I-浓度都增大B.沉淀溶解平衡不发生移动C.溶液中Pb2+的浓度减小D.平衡后，向体系中加入固体，平衡向正向移动（教学目标2、3）4.试用平衡移动原理解释下列事实：（1）BaCO3不溶于水，为什么不能作钡餐？（2）分别用等体积的蒸馏水和0.01mol/L的盐酸洗涤AgCl沉淀，用水洗涤造成AgCl的损失大于用稀盐酸洗涤的损失量。（教学目标2、3）【板书设计】十、教学反思本课时特色：（1）以安徽超威环保科技有限公司铅蓄电池生产过程中含铅废水的处理作为情境素材引入新课，围绕沉铅主题，从I-沉铅出发，从PbI2沉淀的生成与溶解的微观、动态视角建立沉淀溶解平衡的认知模型，到如何更好的用I-沉铅，从平衡移动的角度解决现实沉铅的问题，将理论应用于实际，大大增强了学生利用化学知识为人类生产生活服务的使命感。（2）相比于教材中的实验，本节课开发了“黄金雨”实验中的有效教学资源，将抽象的知识情境化，宏观可见、微观可探，有利于学生对与宏观变化和微观探析思想的融合提升。本课时采用“四重表征”教学策略：从宏观实验现象的观察与分析到微观本质的探析与思考，再到应用化学用语进行表征，最后通过数字化实验电导率的测定寻求证据，这几种的表征的相结合深化并提升了学生对沉淀溶解平衡的理解与认识，对学生化学学科核心素养的发展和提升有着非常重要的实践意义。3.缺憾总会有的，一是由于开放实验所用的时间成本比较高，设计教学的内容较