核心概念統領下的高中化學教學實踐與思考

曾曉軍

一、問題的提出

美國著名課程專家埃里克森提出：“核心概念應該是居于學科中心，且有超越課堂的持久和遷移價值的關鍵性原理、方法和概念。同時，它們還具有廣闊的解釋空間，能為相關領域的發展提供深入的視角，并加強學科之間的聯系。”化學核心概念則是建立在化學發展的過程中，在化學學科體系中有著重要的地位，體現了化學運動規律、本質屬性，是一種能對化學現象和事實概括與抽象的思維形式，更是化學學科體系的精髓和命脈。

在《化學反應原理》模塊中，就包含著大量的化學核心概念和原理知識。在教學中發現，學生最難學的就是這部分內容。這個模塊的學習，需要學生從宏觀到微觀、從定性到定量、由靜態到動態等多個角度觀察、思考化學變化的問題；學會建立和轉換不同概念之間的關系；更需要通過對紛繁復雜的化學現象背后共同規律的認識，體會現象背后的統一性。

化學平衡在化學課程中占著舉足輕重的位置，歷年來稱為高考的熱點。“沉淀溶解平衡”是繼化學平衡、電離平衡、水解平衡后又一個重點內容，本文以“沉淀溶解平衡原理”一節為例，通過課堂教學來幫助學生建構化學核心概念，進行化學核心概念的教學實踐和探索。

二、教學實踐1.學情分析

（1）從知識結構上看，學生已經具備了復分解反應、化學平衡和溶液中其他離子平衡等相關知識，并且能獨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）學習困難學生認為沉淀溶解平衡是完全進行到底的，不認為反應后溶液中仍有沉淀中含有的離子存在。另外，在對復分解反應的認識上有局限性，歸納概括能力有一定的問題。

2.教學思路

建構主義理論認為，學生是認知的主體，是教學的中心，所以教學方法和教學設計都應圍繞這個中心來進行。以化學實驗探究作為學生主動構建化學知識的手段，在教學中形成了一種有效的教學模式，復習已有知識-提出問題預測新知-實驗探究-總結結論-反思與表達，充分發揮學生學習的主動性，使學生真正成為學習的主人、知識的主人。

3.教學過程

板塊一 沉淀溶解平衡原理

設計意圖：教學情境的創設是教學設計的關鍵。在化學概念教學中，教學情境更有利于學生主動建構化學概念知識，學生以原有概念為基礎，從情境中發現問題，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，取得更好的教學效果。

思考：在學習復分解反應時，鹽和鹽生成兩種新鹽，發生復分解反應的條件是什么？

結論：要符合復分解反應的三個條件之一；

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）向實驗（1）中的試管中滴加KI溶液。

（3）向實驗（2）中的試管中滴加Na2S溶液。

現象：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，實驗（3）同樣，這與我們所學過的有所不同，原因是什么？這就與沉淀的溶解平衡有關。

討論：根據物質的溶解性的差異可以將物質分為哪幾類？什么樣的物質稱為難溶物？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？

通常根據物質在20℃時溶解度的大小來劃分物質的溶解性（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】

設計實驗方案驗證難溶電解質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，觀察實驗現象。

請分析產生以上實驗現象的原因。

結論：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v溶解=v沉淀>0時，溶液就達到了飽和，固體物質的質量就不再變化了，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合成沉淀的速率，形成飽和溶液，固體質量和溶液中各離子的濃度保持不變的狀態。

（2）沉淀溶解平衡的特征

沉淀溶解平衡是一種可逆過程，具有化學平衡狀態的特征。

①動：屬于動態平衡

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生變化

④變：改變外界條件時，沉淀溶解平衡將發生移動，達到新的平衡。

板塊二 影響沉淀溶解平衡的因素

設計意圖：學生已學過化學平衡等，對影響平衡的因素并不陌生，根據以往知識進行交流與討論，不難得到影響沉淀溶解平衡的相關因素，并可比較與其它化學平衡、電離平衡的相同點和不同點，進一步加深對概念的理解。

【交流與討論】根據化學平衡的相關知識，討論影響沉淀溶解平衡的因素有哪些？

內因（決定因素）：難溶物質本身性質——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，多數平衡向溶解方向移動（Ca（OH）2除外）

（3）同離子效應：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生成更難溶物質或氣體時， 平衡正移練習

板塊三 溶度積常數（Ksp）

設計意圖：用化學用語來表示沉淀溶解平衡，更簡潔的表示平衡的雙向動態建立過程，便于準確地使用平衡常數（K）的表達式（此處的K可以修正為溶度積常數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？

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，在一定溫度下，難溶固體在溶液中達到沉淀溶解平衡狀態時，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，這個常數稱之為溶度積常數簡稱為溶度積，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的溶解能力，請根據表4分析，溶度積與溶解度有什么關系？

（2）寫出下述難溶物的溶度積表達式。

溶度積Ksp的性質

（1）溶度積Ksp的大小和平衡常數一樣，它與難溶電解質的性質和溫度有關，與濃度無關，離子濃度的改變可使溶解平衡發生移動，而不能改變溶度積Ksp的大小。

（2）溶度積Ksp反映了難溶電解質在水中的溶解能力的大小。相同類型的難溶電解質的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，不能簡單地根據Ksp大小，判斷難溶電解質溶解度的大小。

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 溶度積規則

設計意圖：在學生已有的化學平衡常數和濃度商關系的基礎上，遷移得出Ksp與Q的關系，將抽象的表達式內隱的平衡觀通過圖像生動直觀體現出來，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。請同學討論：曲線和a b c d四個點的意義？

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

①當Q=Ksp時，飽和溶液，已達到沉淀溶解平衡狀態。

②當Q

③當Q>Ksp時，離子生成沉淀，即反應向生成沉淀方向進行，直到平衡狀態（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？與化學平衡什么關系？

擴展：已知牙齒表面有一層堅硬的牙釉質羥基磷酸鈣[ Ca5（PO4）3（OH）]，它對牙齒起到保護作用。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 。

設計意圖：結合學生已有的經驗，把知識放在具體的熟悉的情節中，以問題啟發學生從新的角度思考，幫助學生定量理解沉淀溶解平衡，為下面的沉淀的溶解和轉化做好準備。

三、反思與總結

1.“沉淀溶解平衡”與生活生產密切相關，在教學中選用多種情境素材，通過學生感興趣的小實驗，充分利用認知沖突，采用科學合理的教學策略引導學生自主建構沉淀溶解平衡，培養學生解決沖突的能力，加深學生對沉淀溶解平衡本質的認識理解，實現核心知識向應用轉化，培養學生的創造力。

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

3. 課堂的提問行為在啟發學生思考的過程中起著不可替代的作用，根據學生的認知特點和學習情況，通過發問、追問、反問、質疑、設問等手段，誘發學生反思自己的認知缺陷， 拓展自己的思維角度、激發探究欲望，促進概念的理解。

核心概念統領下的化學教學更加關注學生的認知水平和有利于學生知識結構和體系的構建。 教學不僅僅向學生傳遞了具體的事實性知識，而是幫助學生構建和深層次地理解化學學科的本質，即使學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學科的總觀性的認識，這也就是學科的核心素養。教師要精心創設情境，在教學過程中盡可能將核心概念外顯，讓學生建立起具體事實和重要思想方法之間的相關性，在活動中解決基本問題，形成、鞏固和應用核心概念。