基于化学学科核心素养培养的教学设计-沉淀溶解平衡

基于化学学科核心素养培养的教学设计——沉淀溶解平衡【摘要】2017年《普通高中化学课程标准》指出：“真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会。“沉淀溶解平衡”是高中化学选修四化学反应原理部分的核心内容之一，是高二学生应学习的重要内容。学习本节内容对于学生更好的建构平衡理论模型，发展学生的科学探究与创新意识有重要作用。1.教学目标：认识难溶电解质溶解平衡，能描述沉淀溶解平衡的建立过程。能进行小组合作和实验探究设计，理解沉淀转化的本质。2.评价目标：通过运用控制变量设计简单的探究实验，体会沉淀溶解平衡移动的建立过程，树立尊重事实、严谨细致的科学态度，增强科学的探究精神和社会责任感。3.教学重点：沉淀溶解平衡的建立及影响平衡的因素。教学难点：运用沉淀溶解平衡解决实际工业问题。4.教学环节【教学环节一】创设生活情境，引入课题——温故知新【教师】希沃授课助手屏幕镜像，投影实验：实验探究：向饱和氯化钠的溶液中滴加几滴浓盐酸现象：烧杯底部析出白色的NaCl晶体

【设计意图】温故知新，通过直观地实验现象证明易溶物质在溶液中存在“溶解——沉淀”平衡。【教学环节二】提出问题，科学探究——AgCl沉淀溶解平衡的建立【教师】提出问题——观察下面两个表格中AgCl的溶解度并思考：1.你对AgCl的溶解性中的“不溶”如何理解？绝对不溶的物质存在吗？2.AgNO3和NaCl反应后的溶液是AgCl的溶液。（填“饱和”或“不饱和”）3.等物质的量的AgNO3和NaCl反应后的溶液中存在哪些离子？【学生1】绝对不溶的物质是不存在的，AgCl中的不溶是说它在水中很小；【学生2】AgNO3和NaCl反应后的溶液是AgCl的饱和溶液；【学生3】等物质的量的AgNO3和NaCl反应后的溶液中存在Na+、【学生4】等物质的量的AgNO3和NaCl反应后的溶液中存在Na+、NO3-，还有Ag+、Cl-【教师】如何设计实验证明你的猜想？实验用品：AgNO3溶液，NaCl溶液，较浓的盐酸，较浓的Na2S溶液（已知：AgCl（白色）溶解度（20℃）：1.5×10-4gAg2S（黑色）溶解度（20℃）：1.3×10-16g溶解度小的固体更容易生成）【教师】资料卡片：离心机：实物投影：演示AgNO3和过量NaCl溶液反应生成AgCl的实验，并用离心机离心后取上层清液，加入Na2S溶液，产生黑色沉淀，验证AgCl固体析出的溶液中存在Ag+。【教师】提问：通过这个实验说明什么问题？【学生】生成难溶电解质的离子反应不能进行到底。【设计意图】利用课本提供的信息，通过三个逐层深入的问题引发激发认知

冲突，引发学生对于难溶电解质溶解程度的探究；通过设计科学实验，引导学生

逐级深入分析，从而突破本堂课的教学难点之一——证明沉淀溶解平衡的确存在。【教学环节三】创设情境，探索新知——沉淀溶解平衡的移动、沉淀的生成与转化【教师】新闻回放：某印染厂用氢氧化镁处理含Cu2+的酸性污水，使其符合国家一级排放标准。文献资料：Mg(OH)2，难溶于水的白色固体，20℃在水中溶解度为9.0×10－4g。Mg(OH)2为具有高活性吸附性能和极强缓冲性能（pH最高不超过10）的第三种碱。被誉为“绿色安全的水处理剂”。【思考1】氢氧化镁为什么可以作为印染厂的酸性水处理剂？

【思考2】为什么氢氧化镁处理后的废水成弱碱性，pH保持10？已知25℃氢氧化镁溶度积Ksp＝1.8×10－11。【学生】氢氧化镁的溶度积的表达式Ksp[Mg(OH)2]=C(Mg2+)▪C2(OH-)。代入处理后的镁离子浓度，算出氢氧根离子浓度为1.0×10－4mol/L，由此算出氢离子浓度，计算出溶液的pH为10。【思考3】氢氧化镁能处理酸性废水，为什么Mg(OH)2能处理废水中的Cu2+【教师】对比氢氧化铜和氢氧化镁的溶度积，氢氧化铜更小，说明他的溶解度更小，从沉淀溶解平衡移动角度进行分析，氢氧化镁溶解产生氢氧根，与铜离子结合生成氢氧化铜，使溶液中铜离子浓度减少。【思考4】还有什么方法可以处理废水中的铜离子？【教师】想除去铜离子，考虑将其生成沉淀，除了氢氧化铜以外，硫化铜也是溶度积很小的黑色沉淀，可以选择生成硫化物而使铜离子沉淀。FeS为难溶于水的黑色固体，KspFeS＝6.3×10－18，KspCuS＝6.3×10－36沉淀转化反应FeS+Cu2+==CuS+Fe2+的平衡常数很大，反应正向进行程度大。同时，计算出废水中C(Cu2+)约为0.8×10－18mol/L，符合国家一级排放标准。【思考5】难溶性硫化物很多，为什么一般选择硫化亚铁？【教师】硫化物除碱金属和碱土金属硫化物外，大多数为难溶电解质，且溶解度很小，因此在选择沉淀剂时，常用氢氧化镁和硫化物，且实际工业生产中需要综合考虑原料的溶解度、价格、产率以及对环境是否造成再污染等问题。【设计意图】创设情境探索新知，传递变化观念与平衡思想，探究沉淀溶解平衡的移动，沉淀的生成与转化。【教学环节四】学以致用——利用沉淀溶解平衡理论解决实际问题。【学以致用】牙齿表面覆盖的牙釉质起着保护牙齿的作用，其主要成分为羟基磷酸钙[Ca5(PO4)3OH]。在牙齿表面存在着如下平衡：Ca5(PO4)3OH(s)==5Ca2+(aq)+3PO43-(aq)+OH-下列活动对牙齿会产生什么影响？A．多吃糖（糖发酵会产生H+）B.多补钙C.长期饮用碳酸饮料

D.使用含氟牙膏【设计意图】运用所学知识解决实际问题，发展学生的科学探究意识和社会责任意识，学以致用。【教学环节五】总结提升【小组讨论】某废水含有0.01mol/LCu2+和0.01mol/LFe3+，为将废水中的金属充分回收利用，需要将铜和铁分别沉淀，请设计实验将废水中的铜和铁分离？（当溶液中离子浓度小于1.0×10-5mol/L时，认为其沉淀完全）。已知：Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38Ksp[Cu(OH)2]=2.0×10-20【学生活动】利用本堂课所学知识，查阅资料，对比氢氧化镁和硫化亚铁处理含重金属离子废水的优缺点，并试图寻找新的重金属离子处理剂，撰写调查报告。5.教学反思依据新课程教学理念，结合化学学科核心素养和学生的认知水平、运用情境