高三化學復習中實施深度學習的途徑和方法
——以NH4HCO3沉淀金屬離子為例

河北 晏富強 李 穎

深度學習是學生基于理解層次的學習，以高階思維的發展和實際問題的解決為目標，整合現有知識，積極主動地、批判性地學習新的知識，再將它們融入已有的認知結構中形成模型，且能將已有的模型遷移到新情境中的一種學習。深度學習的核心是提升學生適應未來社會發展和自身發展所必備的關鍵能力，而基于化學學科的深度學習是依據高中化學學科核心素養的五個構成要素去實施的，能有效培養和提高學生學科核心素養。教師實施基于核心素養的高中化學深度教學，在基本方法和實施策略上要探尋教師“深度教”與學生“深度學”的最佳契合點，才能使高中化學課堂呈現出“深入、深化、深刻”的課堂新樣態。通過對學生提出的問題進行梳理和整合，結合高考評價體系對學生學科核心素養的具體要求，筆者認為要開展深度學習，應該就以上問題從四個方面展開。

一、回歸教材深入學習

二、補充資料深化學習

教師要做到使學生在學習課本知識的基礎上，適當補充必要的知識，提升學生的獨立思考、邏輯推理、信息加工、自主學習的能力。此過程教師應特別注重將化學知識與生產生活相結合，突出化學學科知識的實用性，同時也應深化學生對高中理論知識的理解并達到能用理論知識進行推理和判斷的目的，筆者通過設計實驗方案、優化方案再用實驗進行驗證。

2.查閱資料得知常溫常壓下，Ka1(H2CO3)=4.3×10-7，Ka2(H2CO3)=5.6×10-11，K分解(H2CO3)=30，Ksp[Fe(OH)2]=8×10-16，Ksp(FeCO3)=3.2×10-11，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，K分解(NH3·H2O)=0.75。

圖1

K1=1/Ksp[Fe(OH)2]=1.25×1015

K2=Kw/Ka1(H2CO3)=2.32×10-8

K3=1/Ka1(H2CO3)=2.32×106

K4=30

K5=Kw/Kb(NH3·H2O)=5.56×10-10

K6=K分解(NH3·H2O)=0.75

教師通過化學實驗驗證，引導學生設計定量實驗方案，測量FeCO3沉淀中Fe(OH)2的量，學生通過小組討論的方式設計兩種實驗方案：

方案1：在圖1實驗的基礎上，將沉淀過濾、洗滌、干燥、稱量，對比稱量的質量和理論質量。

方案2：在圖1實驗中得到的沉淀用如圖2所示裝置測量CO2的體積，對比測量的體積和理論體積。

圖2

學生通過實驗發現：方案1干燥時間過長，由于托盤天平精確度較低，導致稱量困難，加上實驗中過濾損失的量，故而實驗誤差較大；方案2則比較容易操作，最后，通過實驗數據計算得出FeCO3質量分數為95.2%，比較純凈。

進行深度學習讓學生深刻理解化學反應的本質，在此基礎上通過設計、完善實驗方案、實際操作實驗、改進實驗方案來驗證理論推測。教師可以通過此過程提升學生變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識的學科核心素養。

三、理論計算深刻理解

學生在深度學習過程中要充分利用化學原理的理論知識，先分析微粒的種類再進行定量計算，從化學反應原理的角度深刻理解工業生產。

1.NH4HCO3溶液中離子濃度計算

pH≈7.8，c(OH-)=10-6.2mol·L-1，

若Fe2+完全形成碳酸鹽沉淀，則c(Fe2+)≤10-5mol·L-1，

Qc[Fe(OH)2]=c(Fe2+)·c2(OH-)=10-17.4

根據計算得知使用NH4HCO3作為沉淀劑，生成FeCO3的同時也不會有Fe(OH)2生成。

2.25℃新配制的0.1 mol·L-1的NaHCO3溶液中離子濃度計算

c(H+)=[Ka1(H2CO3)·Ka2(H2CO3)]0.5

pH=8.3c(OH-)=10-5.7mol·L-1，

若Fe2+形成碳酸鹽完全沉淀，則c(Fe2+)≤10-5mol·L-1，

Qc[Fe(OH)2]=c(Fe2+)·c2(OH-)=10-16.4

根據計算得知使用NaHCO3作為沉淀劑，生成FeCO3的同時也不會有Fe(OH)2生成。工業生產中使用NaHCO3作為沉淀劑和使用NH4HCO3作為沉淀劑相比成本高、會引入雜質且不易分離，所以不使用NaHCO3。

3.25℃新配制的0.1 mol·L-1Na2CO3溶液中離子濃度計算

若Fe2+形成碳酸鹽完全沉淀，則c(Fe2+)≤10-5mol·L-1，

Qc[Fe(OH)2]=c(Fe2+)·c2(OH-)=1.8×10-10>Ksp[Fe(OH)2]

根據計算得知使用Na2CO3作為沉淀劑，生成FeCO3的同時也會有Fe(OH)2生成。故使用Na2CO3與NH4HCO3相比前者成本高、沉淀的同時會生成Fe(OH)2、會引入雜質且不易分離，所以不使用Na2CO3。

四、建立模型拓展應用

學生通過深度學習就可以建立解答類似問題思維模式和解題方法，不僅能夠解答高考題中Fe2+、Mg2+、Zn2+、Mn2+、Co2+、Sr2+離子使用NH4HCO3轉化為碳酸鹽沉淀的問題，還能夠進一步解答使用(NH4)2CO3將Mg2+轉化為Mg(OH)2·MgCO3的問題。如2019年全國卷Ⅰ26題：硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料，廣泛應用于玻璃、醫藥、肥料等工業。一種以硼鎂礦(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料生產硼酸及輕質氧化鎂的工藝流程如圖3所示：

圖3

回答下列問題：

(4)在“沉鎂”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的離子方程式為。

深度教學并不追求教學內容的難度和深度，不是指教學內容越深越好，而是教師對于知識的構成要素不停留在符號層面，豐富教學的層次，實現知識教學的價值。高三化學教學中教師要注重學生提出的疑問，整合課內外相關知識，通過微觀辨析和理論計算讓學生深刻理解問題的答案，延伸課堂教學，通過實驗的方式提升學生必備的關鍵能力。