由“黃金雨”實驗設(shè)計“沉淀溶解平衡”的主題式復(fù)習(xí)

馬潔

摘要：以“沉淀溶解平衡”為例設(shè)計“主題式復(fù)習(xí)”教學(xué)，以創(chuàng)設(shè)的情境為基礎(chǔ)，連貫地呈現(xiàn)“沉淀溶解平衡”知識間的豐富聯(lián)系，高度整合基礎(chǔ)知識和綜合應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展，也為如何提高高三化學(xué)復(fù)習(xí)效率提供新思路。

關(guān)鍵詞：主題式復(fù)習(xí);黃金雨;沉淀溶解平衡

文章編號：1008-0546（ 2019） 08-0044-04

中圖分類號：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.08.014

“主題式復(fù)習(xí)”的基本模式是圍繞一個主題，教師將涉及到的知識以教學(xué)情境為載體逐漸呈現(xiàn)。學(xué)生從情境中提取知識、發(fā)現(xiàn)問題，通過探究實驗、交流討論、歸納總結(jié)等多樣化活動，建構(gòu)完整的知識網(wǎng)絡(luò)，提升學(xué)習(xí)能力[1]。受江蘇高考模式影響，高三化學(xué)課時較少，“主題式復(fù)習(xí)”在復(fù)習(xí)課中具有應(yīng)用優(yōu)勢。本文以“沉淀溶解平衡”為例，通過教學(xué)設(shè)計與實施對高三化學(xué)主題式復(fù)習(xí)課進(jìn)行探索。

一、實驗素材背景

“沉淀溶解平衡”是“溶液中的離子反應(yīng)”的重要組成部分，是“化學(xué)平衡”的延續(xù)和發(fā)展，其教學(xué)價值重在幫助學(xué)生從微觀的角度認(rèn)識物質(zhì)在水溶液中的行為.發(fā)展微粒觀、平衡觀、定量觀。選擇“黃金雨”趣味實驗為背景，該實驗融合“沉淀溶解平衡”，宏觀可見、微觀可探，是高三化學(xué)復(fù)習(xí)的好素材。

“黃金雨”實驗的主角是碘化鉛（Pbl2），在含有可溶性鉛鹽溶液里滴入KI溶液，產(chǎn)生鮮艷的黃色沉淀Pbl2，由此引出課題——“沉淀溶解平衡”。PbI2除了本身的明黃色以外，還有一個顯著的特點，就是它在水中的溶解度在不同溫度下的變化比較明顯，20℃時溶解度僅0.069g，而80℃時可達(dá)0.294g，這是一個物質(zhì)溶解度隨溫度變化的十分好的素材。再有，溫度影響溶解平衡的事實，可以與后面復(fù)習(xí)平衡移動相呼應(yīng)。冷卻加熱所得淡黃色清液，金色小品體從各個角落均勻析出，閃閃發(fā)光、十分奪目。另外“黃金雨”實驗存在重金屬離子污染問題，以此演繹平衡移動，聚焦Pb2+處理，根據(jù)平衡移動原理指導(dǎo)實踐，討論實驗方案，體會化學(xué)學(xué)科價值。

二、教學(xué)設(shè)計思路

近年來，“沉淀溶解平衡”是高考的固定考點，題型穩(wěn)定。考試說明要求：“理解難溶電解質(zhì)的溶解平衡、能運用溶度積常數(shù)（ Ksp）進(jìn)行簡單計算”，主要考查學(xué)生對基本概念的理解和對Ksp的認(rèn)識和應(yīng)用，并能在此基礎(chǔ)上評價不同實驗方案。中學(xué)階段對這部分內(nèi)容已十分控制難度，但“沉淀溶解平衡”作為教材內(nèi)容的最后一個平衡體系，理論性強(qiáng)、概念抽象，許多學(xué)生存在較明顯的認(rèn)知缺陷，知識片段式、零碎化。

本節(jié)復(fù)習(xí)課以“黃金雨”實驗為情境載體，結(jié)合考綱展開教學(xué)設(shè)計，首先欣賞“黃金雨”，激發(fā)學(xué)生的研究熱情;隨即制備PbI2，喚醒記憶、回歸概念，討論試管中的離子反應(yīng)及平衡體系，深度辨析概念、通過數(shù)型結(jié)合強(qiáng)化Ksp的應(yīng)用;之后呼應(yīng)主題，學(xué)生制作“黃金雨”，體會美麗化學(xué);緊接著拋出Pb2+污染問題，引導(dǎo)學(xué)生利用沉淀轉(zhuǎn)化解決問題。通過復(fù)習(xí)喚醒、整合、內(nèi)化、提升。在深度辨析概念的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行定性分析、定量計算，輔以生動的實驗，夯實基本概念和基礎(chǔ)知識的同時，培養(yǎng)信息加工和解決實際問題的能力，發(fā)展化學(xué)服務(wù)于社會和諧發(fā)展的學(xué)科價值觀。相關(guān)教學(xué)流程見圖l。

三、教學(xué)過程設(shè)計

1.課題引入制備PbI2

課前在講臺上放置一臺磁力攪拌器，瓶內(nèi)物質(zhì)在攪拌下緩慢旋轉(zhuǎn)，在燈光照射下金光閃閃，并利用投影儀在屏幕播放。為加強(qiáng)體驗，每小組的實驗盒中也放置一小瓶黃金雨，讓學(xué)生振蕩后用電筒照射，近距離欣賞。

[學(xué)生實驗1]取5mL 0.2mol.L^-1KI溶液于試管中，往其中加入2mL O.lmol.L-l（ CH3C00）2Pb溶液，充分振蕩后靜置。提醒：注意I-過量！

[思考]這個體系中主要存在著怎樣的化學(xué)平衡？

[反饋]大量Pb2+與I一結(jié)合產(chǎn)生了黃色PbI2沉淀：Pb2++2I-=Pbl2↓。此體系中主要存在沉淀溶解平衡：Pbl2=Pb2+ +2I-。

[動畫]Pbl2固體在水中，一方面，在水分子的作用下，少量Pb2+和I一脫離Pbl2固體表面進(jìn)入水中;同時，進(jìn)入水中的Pb2+和I一又受正負(fù)離子的吸引，回到固體表面析出。當(dāng)沉淀溶解速率和生成速率相等時，得到PbI2飽和溶液，建立沉淀溶解平衡。

[辨析] Pbl2=Pb2++2I-的含義。大部分像Pbl2這樣的難溶性鹽，又如BaSO4、AgCl等，都是強(qiáng)電解質(zhì)。電離過程和溶解平衡過程各自存在、但各不相同，不能混為一談，我們要用規(guī)范的化學(xué)用語表示。這個表達(dá)式還可以標(biāo)明狀態(tài)：PbI2（s）=Pb2+（aq）+21-（aq），區(qū)分電離過程。

[歸納]這里的宏觀現(xiàn)象、微觀探析、符號世界是物質(zhì)的三重表征。微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性質(zhì)，符號作為中介，增強(qiáng)對物質(zhì)的認(rèn)識、概念的思辨，這是化學(xué)學(xué)科最具特色的思維方式。復(fù)習(xí)中同學(xué)們可以多加嘗試，定會事倍功半。

[設(shè)計意圖]蘇教版教材利用檢驗Pbl2上層清液中I-的實驗引出課題“沉淀溶解平衡”，其中Pbl2試劑是直接呈現(xiàn)的，且高中教材中Pbl2僅在此出現(xiàn)過一次，學(xué)生比較陌生。本節(jié)復(fù)習(xí)課利用復(fù)分解反應(yīng)再現(xiàn)Pbl2，喚醒記憶，KI和（CH3C00）2Pb溶液混合制備Pbl2，且實驗時強(qiáng)調(diào)I一過量，為后續(xù)探究鋪路。從宏觀現(xiàn)象入手引出體系中的離子反應(yīng)及主要存在的化學(xué)平衡，辨析離子反應(yīng)、沉淀溶解平衡、電離方程式，在思辨中加深對“沉淀溶解平衡”的理解，強(qiáng)調(diào)“宏觀一微觀一符號”三重表征。

2.數(shù)型結(jié)合感知平衡

[活動]已知25℃，Ksp（ Pbl2）=8.0×10^-9，Pbl2飽和溶液中C（Pb2+）與c（I-）的關(guān)系如下表所示。完成表格，并根據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中畫出Pbl2在水中的沉淀溶解平衡曲線圖[2]。

[討論]根據(jù)Pbl2的沉淀溶解平衡曲線圖，回答下列問題：

①a點的含義是什么？

②d點有無沉淀？如何改變條件使之析出沉淀？

③通過蒸發(fā)能否將d點變到c點？

④加入（CH3C00）2Pb固體，能否使溶液由a點變到b點？

⑤b點是否有固體析出？

[反饋]一定溫度下，某難溶電解質(zhì)的飽和溶液，依據(jù)溶度積表達(dá)式根據(jù)一種離子濃度求另一種離子濃度。學(xué)生板演Pbl2溶度積表達(dá)式：Ksp（Pbl2）=c（ Pb2+）.C2 （1-）。

[歸納]高考題中常有關(guān)于平衡曲線的考查，抓住平衡狀態(tài)，結(jié)合溶度積規(guī)則，很容易解決相關(guān)問題。小結(jié)溶度積規(guī)則：QspKsp：溶液過飽和，有沉淀析出。

[設(shè)計意圖]以Pbl2飽和溶液為例，依據(jù)Ksp計算、描點、作圖，感知沉淀溶解平衡狀態(tài)。不僅培養(yǎng)識圖能力，而且體會作圖的過程。知其然，更知其所以然。并根據(jù)圖像，設(shè)計系列追問，加深對Ksp的理解，歸納小結(jié)Ksp的應(yīng)用，建構(gòu)“沉淀溶解平衡”的認(rèn)知模型。

3.制作“黃金雨”演繹平衡移動

[學(xué)生實驗2]將實驗1試管充分加熱至沉淀基本溶解，冷卻、靜置后逐漸有金黃色晶體析出。

[交流]欣賞親手制作的“黃金雨”，興奮不已。Pbl2黃色濁液隨著加熱逐漸變澄清，相比于許多白色難溶物的溶解要更加醒目。加熱過程中，黃色沉淀逐漸溶解，說明隨溫度升高，該溶解平衡正向進(jìn)行，即溶解吸熱，AH>O。Pbl2晶體呈六棱柱型，擁有八個反光面，冷卻時小晶體從各個角落均勻析出。

[過渡]美麗背后存在重金屬離子污染的隱患。資料：“Pbl：是一種亮黃色重質(zhì)粉末或六邊形鱗片狀結(jié)晶，熔沸點較高，有毒。Ksp（Pbl2） ≈8.Oxl0^-9，溶解度S≈0.055g，屬于微溶物質(zhì)。《國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》鉛含量-1”。由此可見，我們八個實驗小組實驗產(chǎn)生的鉛污染是不容忽視的。如何降低本次實驗由于Pb2+造成的水污染？

[復(fù)習(xí)]以Pbl2為例，回顧外界條件對沉淀溶解平衡移動的影響。

[討論]以上外界條件中哪些變化能夠降低C（Pb2+），其中哪種方法最適合處理污染問題？

[分析]結(jié)合數(shù)據(jù)：25℃，Ksp（ PbCl2）=1.6xl0^-5、Ksp（ Pbl2）=8.Oxl0^-9、Ksp（ PbS）= 8.Oxl0^-28。向Pbl2飽和溶液中加入少量Na2S固體或溶液，Pb2+與S2-結(jié)合生成更難溶的PbS，C（Pb2+）減少，促進(jìn)Pbl的溶解，最終轉(zhuǎn)化成PbS，平衡移動實現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化。書寫離子方程式：Pbl2（s）+S^2-（aq）=PbS （s）+21-（aq），計算反應(yīng)平衡常數(shù)。

[設(shè)計意圖]引導(dǎo)學(xué)生在真實的實驗中挖掘隱含知識，認(rèn)識到平衡的移動實現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化。通過Pb2+污染處理的討論，演繹平衡移動，并根據(jù)平衡移動原理指導(dǎo)實踐，聚焦C（Pb2+）減小，討論實驗方案。層層遞進(jìn)，打通沉淀的產(chǎn)生、溶解、轉(zhuǎn)化。培養(yǎng)學(xué)生主動應(yīng)用平衡移動原理解決實際問題的能力，體會化學(xué)學(xué)科價值、增強(qiáng)社會責(zé)任意識。

4.利用沉淀轉(zhuǎn)化，處理Pb2+污染

[學(xué)生實驗3]①將實驗2的懸濁液分為兩份，向其中一支試管中滴加0.4mol.L^-1Na2S溶液，一支試管的懸濁液留做比較。②用鉛離子測試紙分別檢測兩支試管中的上層清液，并與比色卡對比，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)范圍。

[設(shè)計意圖]水質(zhì)問題是一個世界性問題，有效快速的水質(zhì)檢測是當(dāng)前的剛性需求。為了看見Pb2+減少，提供給學(xué)生一種便捷的檢測方法，利用Pb2+測試紙半定量檢驗處理效果。通過以上活動發(fā)展了對于沉淀溶解平衡的定量認(rèn)識，培養(yǎng)了學(xué)生基于現(xiàn)象、基于數(shù)據(jù)的證據(jù)推理意識，又增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識和社會責(zé)任。

[拓展1]若實驗1改為取SmL 0.2mol.L^-1（CH3COO）2Pb溶液，往其中加入2mL O.lmol.L^-1KI溶液，以下步驟不變。通過實驗3產(chǎn)生黑色沉淀能否說明溶解能力PbS

[拓展2]對比PbCl2、Pbl2、PbS的Ksp數(shù)據(jù)，難溶電解質(zhì)溶度積越小，溶解度一定越小嗎？

[小結(jié)]I.與其他平衡常數(shù)一樣，一定溫度下，溶度積Ksp為一常數(shù)。

Ⅱ，一定溫度下，相同類型（AmBn）的難溶電解質(zhì)，Ksp越小，溶解度也越小;不同類型的難溶電解質(zhì)，需注意Ksp表達(dá)式中的指數(shù)。

Ⅲ.一般來說，溶解能力相對較強(qiáng)的物質(zhì)易轉(zhuǎn)化為溶解能力相對較弱的物質(zhì)。

[設(shè)計意圖]蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》教材中的“沉淀的轉(zhuǎn)化”實驗是AgCl轉(zhuǎn)化為Agl，Agl轉(zhuǎn)化為Ag2S，實驗第一步要求將AgN03溶液滴入NaCl溶液[3]，以保證Ag+完全沉淀，只有Ag+完全沉淀，才能說明Agl是AgCl轉(zhuǎn)化而來，而不是過量的Ag+與I-結(jié)合，這個實驗環(huán)境許多學(xué)生會忽視。此處利用現(xiàn)有情境，引導(dǎo)學(xué)生思考實驗l中制備Pbl2時為何要I-過量，若顛倒試劑用量是否可行？激發(fā)認(rèn)知沖突、評價實驗方案，提升對沉淀轉(zhuǎn)化本質(zhì)的認(rèn)識。

[結(jié)語]沉淀溶解平衡和電離平衡、水解平衡一樣都屬于水溶液中的化學(xué)平衡，可以用勒夏特列原理分析沉淀的生成、溶解、轉(zhuǎn)化。利用Ksp計算未知離子的濃度，判斷沉淀的先后等等（圖6）。

5.教學(xué)反思

高三化學(xué)復(fù)習(xí)課不能離開教材，復(fù)習(xí)不是簡單重復(fù)，不是機(jī)械做題，要想利用最精華的課堂時間達(dá)到最有效的復(fù)習(xí)效果，教師必須在備課上多下功夫，多研究考綱，多研究考題。本節(jié)課設(shè)計真實情境融合考點，培養(yǎng)學(xué)生在真實情境中獲取、分析、加工信息的能力，讓學(xué)生在分析和解決實際問題中不斷深化對核心概念本質(zhì)的認(rèn)識，領(lǐng)悟?qū)W科思想和方法。

相比于教材中較分散的實驗，本節(jié)高三化學(xué)主題式復(fù)習(xí)課，開發(fā)了“黃金雨”實驗中的有效教學(xué)資源，將抽象的知識情境化，有利于整合體系、建構(gòu)模型。活動設(shè)計體現(xiàn)了直觀性、定量性和綜合性的特點，提升丁學(xué)生的證據(jù)推理意識，以及發(fā)展化學(xué)服務(wù)于社會的學(xué)科價值觀。另外，本節(jié)課缺乏學(xué)生討論碰撞交流，計算演練較匆忙，規(guī)范化訓(xùn)練不夠，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙培培，高三主題化復(fù)習(xí)課的設(shè)計與實施[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2018：1

[2]王飛，趙華.復(fù)習(xí)課應(yīng)回歸教學(xué)原點——基于“沉淀溶解平衡”復(fù)習(xí)課設(shè)計的幾點思考[J].化學(xué)教育，2014（1）：44- 47

[3]王祖浩主編，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)反應(yīng)原理[M].南京：江蘇教育出版社，2017：90-91