例谈“素养为本”的实验教学 论文

2022年安徽省中小学教育教学论文评选 例谈“素养为本”的实验教学

摘要：以素养为本设计“沉淀的转化”的实验教学，对2019新人教版高中化学选择性必修一《化学反应原理》课本P80页实验[3-4]进行拓展教学。通过溶液离子积Qc与溶度积Ksp大小，来解释宏观现象。正确理解“一般来说，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现。”证据推理解释宏观现象。从本质上理解沉淀转换的本质。 关键词：沉淀的转化;证据推理;拓展实验教学；素养为本。引言：高中化学化学反应原理中沉淀的转化这一知识点，笔者经过多年的教学，笔者了解到学生不易掌握。对于2004年人教版高中化学选修四《化学反应原理》P64页实验[3-4],通过学习，很多学生停留在知识的表面，只记住白色AgCl沉淀转化成黄色的AgI沉淀，AgI沉淀转换成黑色的Ag2S沉淀。紧接着就得到课本P65页的结论：溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。学习的广度和深度不够。知其然不知所以然，考察学生对知识的掌握情况时，学生表现不佳。新课标提出，重视开展“素养为本”的教学。化学学科核心素养包括宏观辨识与微观探析，变化观念与平衡思想，证据推理与模型认知，科学探究与创新意识，科学态度与社会责任五个方[1]。宏观辨识与微观探析要求，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。证据推理指具有证据意识，能基于证据对物质的组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪[2]。2017年教育部制定新课标，2020年安徽使用人教版2019新教材，笔者发现沉淀的转化这节内容，在编排和实验的描述上有很大的变化。所以在教学中一定要体现新课标的文件精神，培养和发展学生的核心素养。新教材P80页[实验3-4]“（1）向盛有2ml0.1mol/LNaCl溶液试管中滴加2滴0.1mol/LAgNO3溶液，观察并记录现象。（2）振荡试管，然后向其中滴加4滴0.1mol/LKI溶液，观察并记录现象。（3）振荡试管，然后向其中滴加8滴0.1mol/LNa2S溶液，观察并记录现象。”而2004年人教版老教材P64页[实验3-4]“向盛有10滴0.1mol/LAgNO3溶液的试管中滴加0.1mol/LNaCl溶液，至不再有白色沉淀生成。向其中滴加0.1mol/LKI溶液，观察、记录现象；在向其中滴加0.1mol/LNa2S溶液，观察并记录现象。”通过对比，2019年人教版教材对此实验的描述有所改变，溶液的滴加改为定量实验，分别为2滴，4滴，6滴。定量为具体的数值，就可以根据公式计算，通过证据推理，解释宏观现象。12022年安徽省中小学教育教学论文评选一．设计思路溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀可以实现，这是化学实验给我们的宏观感受，至于为什么可以发生转化。需要我们根据宏观辨识来微观探析其原因。用证据推理说话，证据说明真相，这样才能知其然知其所以然。这就需要运用到溶度积Ksp与离子积Qc比较，及相关计算。2019年人教版教材P78页，把溶度积Ksp介绍提前到实验[3-4]，并且在P79页提前解释说明离子积Q与溶度积Ksp大小关系，可以判断有无沉淀产生。二．教学过程

1.溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现

[实验3-4]（1）向盛有2ml0.1mol/LNaCl溶液试管中滴加2滴0.1mol/LAgNO3溶液，观察并记录现象。（2）振荡试管，然后向其中滴加4滴0.1mol/LKI溶液，观察并记录现象。（3）振荡试管，然后向其中滴加8滴0.1mol/LNa2S溶液，观察并记录现象。任务一：为什么白色AgCl沉淀转化成黄色的AgI，运用溶度积Ksp与离子积Qc比较来说明。（已知1滴体积约为0.05ml，滴入液体的体积忽略不计，Ksp(AgCl)=1.8×10-10，Ksp(AgI)=8.5×10-17）

学生活动：AgCl沉淀的产生

Cl-+Ag+=AgCl↓

滴加2滴AgNO3的初始浓度:0.1mol/L0.1mol/L×1.0ml2mlQc=c(Cl-)c(Ag+)=0.1mol/L×0.1mol/L×1.0ml2ml=5.4×10-4》Ksp(AgCl)(所以有白色沉淀生成)剩余浓度：0.095mol/L0

溶解平衡时：（0.095+x）mol/Lxmol/L

计算:Ksp(AgCl)=c(Cl-)c(Ag+)=(0.095+x)x

解得x=1.9×10-9即c（Ag+）=1.9×10-9mol/LAg++I-=AgI↓22022年安徽省中小学教育教学论文评选滴加4滴KI溶液初时浓度：1.9×10-9mol/L0.1mol/L×2.0ml2mlQc=c(Ag+)c(I-)=1.9×10-9mol/L×0.1mol/L×2.0ml2ml=1.9×10-11》Ksp(AgI)（所以有AgI沉淀生成）通过计算推理出AgCl沉淀转化为AgI沉淀。即：AgCl(s)+I(aq)⇋AgI(s)+Cl(aq)溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀能实现实现。此实验虽然滴了4滴KI溶液，其实通过理论计算1滴时，沉淀已经可以发生转化。Qc=c(Ag+)c(I-)=1.9×10-9mol/L×0.1mol/L×.005ml=4.75×10-12》Ksp（AgI）2ml向盛有2ml0.1mol/LNaCl溶液试管中滴加2滴0.1mol/LAgNO3溶液，产生白色沉淀，再滴加4滴0.1mol/LKI溶液，沉淀就可以发生转化，其实1滴0.1mol/LKI溶液就可以转化。说明容易转化。同理，AgI(s)可以转化成Ag2S(s)，只是计算繁琐一些。课本实验的设计不能证明：沉淀发生转化一定是溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀。反之，能否转化，不置可否。2.溶解度更小的沉淀转化成溶解度小的沉淀不能实现

[拓展实验]（1）向盛有2ml0.1mol/LKI溶液试管中滴加2滴0.1mol/LAgNO3溶液，观察并记录现象。（2）振荡试管，然后向其中滴加4滴0.1mol/LNaCl溶液，观察并记录现象。任务二：黄色的AgI沉淀不能转化成白色AgCl沉淀，运用溶度积Ksp与离子积Qc比较来说明。学生活动：AgI沉淀的生成

I-+Ag+=AgI↓滴加2滴AgNO3溶液初始浓度:0.1mol/L0.1mol/L×1.0mlQc=c(I-)c(Ag+)=0.1mol/L×0.1mol/L×2ml1.0ml2ml32022年安徽省中小学教育教学论文评选=5.4×10-4》Ksp（AgI）（所以有白色沉淀生成）剩余浓度：0.095mol/L0

溶解平衡

时浓度：（0.095+x）mol/Lxmol/L

计算：Ksp(AgI)=c(I-)c(Ag+)=（0.095+x）x

解得x=8.95×10-16即c(Ag+)=8.95×10-16mol/L

Ag++Cl-=AgCl↓滴加4滴NaCl溶液时初时浓度：8.95×10-16mol/L0.1mol/L×2.0ml2mlQc=c(Ag+)c(I-)=8.95×10-16mol/L0.1mol/L×2.0ml2ml=8.95×10-18《Ksp(AgCl)（所以不会产生AgCl沉淀）Agl沉淀不能转化为AgCl沉淀。若使产生AgCl沉淀，Qc=c(Ag+)c(Cl-)>Ksp(AgCl),计算c(Cl-)=1.8×10-10/8.95×10-16=2.01×105mol/L，实际上配制不出浓度为2.01×105mol/L的NaCl溶液（NaCl在室温溶解度为35.9g），所以Ksp相差太大不能实现溶解度更小的沉淀转化成溶解度小的沉淀。3.溶解度更小的沉淀转化成溶解度小的沉淀困难实现

[预测实验]（1）向盛有2ml0.001mol/LK2CrO4溶液试管中滴加2滴0.001mol/LBaCl2溶液，观察并记录现象。（2）振荡试管，然后向其中滴加4滴1mol/LNa2CO3溶液，观察并记录现象。（已知Ksp(BaCO3)=5.1×10-9，Ksp(BaCrO4)=1.2×10-10）

任务三：黄色的BaCrO4沉淀能不能转化成白色BaCO3沉淀

学生活动：BaCrO4沉淀的生成

Ba2++CrO42-=BaCrO4↓初始浓度：0.001mol/L0.001mol/L×1.0ml2mlQc=c(Ba2+)c(CrO42-)=0.001mol/L×0.001mol/L×1.0ml2ml=5×10-8》Ksp（BaCrO4）（所以有BaCrO4沉淀生成）42022年安徽省中小学教育教学论文评选剩余浓度：0.00095mol/L0

溶解平衡时：（0.00095+x）mol/Lxmol/L

计算：Ksp=c(Ba2+)c(CrO42-)

=（0.00095+x）•x

解得x=1.26×10-7mol/L即c(Ba2+)=1.26×10-7mol/L

Ba2++CO32-=BaCO3↓滴加4滴Na2CO3溶液初时浓度：1.26×10-7mol/L1×2.0mlmol/L4mlQc计算：Qc=c（Ba2+）c（CO32-）=6.3×10-9mol/L>Ksp（BaCO3）有沉淀。黄色的BaCrO4沉淀能转化成白色BaCO3沉淀，只是比较困难，对Na2CO3溶液的浓度要求高，c（CO32-）>50c（CrO42-）,才能将黄色的BaCrO4沉淀能转化成白色BaCO3沉淀。注意此实验中各种溶液的浓度。Ksp相差不大，溶解度更小的沉淀转化成溶解度小的沉淀困难实现。沉淀能否转化，关键看Qc与Ksp大小关系。很多研究者[3]对此早有研究，并且全面细致。而本文是从深挖教材，围绕核心素养，进行试验教学。有深度，有广度，为后续的学习打下良好的基础。三．教学反思不管是2004版人教版教材，还是2019年人教版教材，实验[3-4]，只说明沉淀发生转化,后面书本就给出结论。一般来说，溶解度小的沉淀转换成溶解度更小的一般容易实现。至于一定容易吗？沉淀转化一定是溶解度小的转化成更小的吗？笔者在一线教学中，感受到学生得到错误的认知，而且根深蒂固。如果用Qc与Ksp计算，从而从微观角度解释了宏观现象。了解沉淀转化的本质。这个知识点的一切问题才会迎刃而解。四．教学建议 本节课知识点在教学中，适合用证据推理解释宏观现象，即用离子积Qc与溶度积Ksp的大小关系，若Qc>Ksp，解释沉淀发生了转化。 从而达到透过现象看本质。这一点在2019年人教版新教材上就有所体现，在P79就给出结论Qc>Ksp，溶液中有沉淀析出。然后再做实验[3-4]。实验3-4后P82页，下文就解释“当向AgCl沉淀中滴加KI溶液时，溶液中Ag+与I-的离子积——Q（AgI）>Ksp（AgI），因此，Ag+与I-结合生成AgI沉淀，导致AgCl的的沉淀溶解平衡向溶解的方向移动。”而且P82实验3-4给出了定量的描述“2滴”“4滴”“8滴”可以通过定量计算。而20