基于真實情境的溶解平衡學習進階

北京市日壇中學 奚梅梅 李麗萍 張建強

一、教學背景分析

（一）學習內容分析

“平衡”是化學教學中一個重要的基礎概念，“溶解平衡”是繼“化學平衡”“電離平衡”“水解平衡”后高中階段學習的最后一個平衡，是對水溶液中離子行為的補充，也起到了完善和發展“微粒觀”的構建與應用的作用。

（二）學生情況分析

學生在初中階段學習了溶解度的概念，了解了物質的溶解性；在人教版必修1 中討論了電解質和離子反應的相關知識；在化學反應原理學習過程中掌握了有關的平衡知識，所以學生學習是有理論基礎的。選取的素材基于生產生活實際，體會化學與生活和生產的密切關系，強化了“化學使生活更美好”的學科思想和意識。

二、教學目標設計

（一）教學目標

1.通過對易溶電解質NaCl 過飽和體系的分析，能用化學用語表達溶解平衡。

2.通過向Mg(OH)2懸濁液體系滴加酚酞認識其溶解性，能應用平衡理論分析溶解平衡的影響因素，并結合實驗設計來驗證分析結果。

3.通過對鍋爐水垢的生成、溶解和轉化過程的分析，應用難溶電解質的溶解平衡知識解決生活中的問題。

（二）評價目標

1.通過對NaCl 過飽和體系的分析，診斷學生對物質溶解性的認識水平，發展從平衡角度分析溶解平衡體系的能力（孤立水平、系統水平）。

2.通過對Mg(OH)2懸濁液體系的分析，實驗方案的設計和評價交流，診斷并發展學生的實驗探究能力（定性水平、定量水平）。

3.通過鍋爐水垢形成的分析、處理方案的設計和點評，診斷并發展學生解決相對復雜實際問題的能力水平（孤立水平、系統水平）及其對化學價值的認識水平（學科價值水平、社會價值水平、學科和社會價值水平）。

三、教學過程設計

在“難溶電解質的溶解平衡”的教學中，我對問題設計進行多次思考和改進，促進了學生主動構建“難溶電解質的溶解平衡”。詳細教學實踐過程如下。

環節1：建立易溶電解質的溶解平衡

問題1：在課前兩周，我們進行了NaCl 過飽和溶液中NaCl 晶體形狀的觀察實驗（圖1），請大家思考：該體系的組成是什么？晶體形狀的改變是如何實現的？

圖1

實驗1：NaCl 晶體形狀改變實驗

問題2：你能用化學用語表達NaCl 過飽和溶液的溶解平衡過程嗎？

問題3：如何設計實驗證明體系中存在上述平衡？

實驗2：向飽和NaCl 溶液中滴加濃鹽酸，產生白色沉淀。

【設計意圖】NaCl 是食鹽的主要成分，選擇學生熟悉的素材，使抽象的知識感性化。對于NaCl，學生很容易理解其溶解性和溶解過程，其結晶過程是學生理解上的難點。問題1 驅動學生從微粒角度認識NaCl 過飽和溶液，并通過分析晶體形狀的改變將溶解過程和結晶過程結合起來，建立NaCl 的溶解平衡。問題2 和3 引導學生從影響平衡移動的因素角度出發證明平衡的存在并能夠用化學符號來表征，“宏觀—微觀—符號”的三重表征加深對NaCl 溶解平衡的理解。

環節2：探究難溶電解質的溶解平衡

問題4：難溶電解質是否也像易溶電解質一樣存在溶解平衡呢？以Mg(OH)2為例，通過設計實驗探究難溶電解質的溶解平衡。

實驗3：Mg(OH)2的溶解性探究（圖2）

圖2

將少量Mg(OH)2溶解在40mL 蒸餾水中，肉眼無法觀測其溶解性。取少量Mg(OH)2懸濁液于試管中，滴加幾滴酚酞溶液，懸濁液變紅，證明有Mg(OH)2溶解在水中并電離出了OH-。

實驗4：Mg(OH)2沉淀溶解平衡影響因素的探究

實驗4-1：探究c(Mg2+)對Mg(OH)2溶解平衡的影響（圖3）

圖3

取少量等量實驗3 中紅色懸濁液于兩支試管中，其中一支試管中加入幾滴飽和MgCl2溶液，另一支試管中加入等量的水，加飽和MgCl2溶液的試管顏色變淺程度更大。

實驗4-2：探究c(OH-)對Mg(OH)2溶解平衡的影響

分別取等量Mg(OH)2懸濁液于兩支試管中，其中一支試管中2mL 飽和NaOH 溶液，混濁度明顯加深；向另一支試管中加入等量的水，混濁度減小。

問題5：使c（Mg2+）、c（OH-）增加相同的倍數，平衡正向移動的程度相同嗎？

問題6：學習了沉淀溶解平衡知識后，你對Mg(OH)2溶于酸的反應有了哪些新的認識？

【設計意圖】Mg(OH)2是鍋爐水垢成分之一，學生難理解的是其溶解過程。在NaCl 體系中已經建立了易溶電解質溶解平衡，將其思路遷移應用至難溶電解質的溶解平衡。問題4驅動學生對實驗3 和4 的設計和探究過程，在實驗中答疑解惑，在實驗探究中深入理解難溶電解質的溶解性，溶與不溶是相對的，沒有絕對不溶的物質，形成辯證思維。問題5 促進思考，強化用Q與K的關系解決平衡問題，使學生對平衡移動的認識由定性上升到定量水平。Mg(OH)2溶于酸的反應，初中即知道酸堿中和，在高中階段，我們又從離子反應的角度重新認識該反應，學習了化學平衡之后，實現知識認知水平的螺旋上升。

環節3：應用沉淀溶解平衡知識解決工業鍋爐除水垢問題

問題7：鍋爐水垢初期主要成分為MgCO3和CaSO4，為什么長期使用后水垢主要成分變為Mg(OH)2和CaSO4？

問題8：MgCO3和Mg(OH)2均可以用酸洗法除去，那CaSO4這種不溶于酸的水垢如何消除呢？

實驗5：實驗室模擬工業除水垢的過程

取少量CaSO4固體于100mL 小燒杯中（固體量能覆蓋燒杯底即可），加入30mL 飽和Na2CO3溶液浸泡24小時后過濾，用蒸餾水多次洗滌固體，直至檢測洗滌液中無CO2-3為止。取烘干后的少量固體，加入足量稀鹽酸，固體未完全溶解，表面產生氣泡，說明CaSO4部分轉化為CaCO3， 而CaCO3可用酸洗法除去。

【設計意圖】通過鍋爐除水垢的實際應用，將沉淀生成、沉淀溶解和沉淀轉化結合在一起，增強化學與生活的聯系，提升應用化學知識解決生產生活實際問題的能力。問題7 的設計，意在學生結合溶解度數據及雙水解的知識，分析水垢的成分及鍋爐在長期使用過程各種沉淀成分的變化。模擬鍋爐水垢這個實驗時間較長，部分學生參與并錄制了實驗視頻，對于學生理解沉淀轉化有積極意義，落實科學精神與社會責任的核心素養。

總之，本次課程的教學設計具有一定的特色，如在引入環節，學生通過課前觀察NaCl 晶體的形成過程實驗，思考了海水曬鹽的相關問題并查閱了文獻，這有效激發了對本節課學習的積極期待；在應用難溶電解質解決工業鍋爐水垢問題時，學生聯想到用醋浸泡家用電水壺除垢問題。這些生活中的實例讓學生切身體會到化學的實用性，因此，素材的選取越貼近生活，越易激發學生的學習興趣。并且，在課后訪談中，學生幾乎一致認為對本節課的印象最為深刻，是由于實驗和問題的匹配性使學生對知識的掌握更加牢固。