在項(xiàng)目式教學(xué)中落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)
——以“沉淀溶解平衡原理的應(yīng)用”為例

福建省莆田第八中學(xué) 鄭碧芬

一、教材內(nèi)容分析

在蘇教版高中化學(xué)“化學(xué)反應(yīng)原理”模塊中，“沉淀溶解平衡原理的應(yīng)用”是重要的教學(xué)內(nèi)容，隸屬于“水溶液中的離子反應(yīng)”中的“沉淀溶解平衡”，在整個(gè)高中化學(xué)教學(xué)中具有三重功能：一是化學(xué)平衡理論應(yīng)用的延續(xù)；二是從溶液中離子平衡系統(tǒng)角度來看，難溶電解質(zhì)的溶解平衡與弱電解質(zhì)的電離平衡以及鹽類的水解平衡讓該部分知識(shí)體系更為完善；三是有助于學(xué)生深入透徹地理解和掌握離子反應(yīng)的本質(zhì)。在本節(jié)課中，從沉淀的生成、溶解與轉(zhuǎn)化等不同的角度入手，對(duì)物質(zhì)溶解度的絕對(duì)性進(jìn)行反復(fù)論證；同時(shí)，論證物質(zhì)溶解度大小的相對(duì)性，讓學(xué)生從“溶”和“不溶”的過程中，了解微觀粒子的相對(duì)作用，理解沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，即沉淀溶解平衡的建立與移動(dòng)。

二、核心素養(yǎng)落實(shí)

教師可圍繞具體教材內(nèi)容與目標(biāo)，設(shè)計(jì)貼近學(xué)生實(shí)際情況的項(xiàng)目，組織他們以小組為單位進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，使其在合作探究中學(xué)會(huì)與會(huì)學(xué)，真正成為課堂的“主人”。本節(jié)課化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)具體如下。

宏觀辨識(shí)和微觀探析：讓學(xué)生從微觀視角中深入理解沉淀溶解平衡原理，能夠利用微粒觀、動(dòng)態(tài)觀、定量觀，以及宏觀與微觀相結(jié)合的視角，對(duì)沉淀溶解平衡問題進(jìn)行分析，解決原理應(yīng)用中出現(xiàn)的問題。

變化觀念和平衡思想：對(duì)于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和變化，學(xué)生是了解的。化學(xué)變化需要一定的條件，通過平衡移動(dòng)對(duì)沉淀的溶解、生成和轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析，了解沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，能夠?qū)Τ恋砣芙馄胶庠磉M(jìn)行動(dòng)態(tài)化和多角度分析。

證據(jù)推理和模型認(rèn)知：學(xué)生結(jié)合理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作及問題討論，主動(dòng)搜集證據(jù)來推理沉淀溶解平衡原理，通過分析、推理和論證，構(gòu)建觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的關(guān)系，并且對(duì)研究對(duì)象構(gòu)建相應(yīng)的模型，借助模型理解沉淀溶解平衡原理，深入剖析現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。

科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)：通過實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)方法，了解科學(xué)探究過程，讓他們?cè)诳茖W(xué)探究中提升觀察、實(shí)驗(yàn)和思維能力，以及提升分析與解決問題的能力。

科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任：通過實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，加強(qiáng)學(xué)生合作與交流。通過學(xué)生對(duì)溶解絕對(duì)性和相對(duì)性進(jìn)行討論，加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)，樹立學(xué)生求知探索的意識(shí)，幫助學(xué)生構(gòu)建辯證的唯物主義世界觀，理解沉淀溶解平衡的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使其能夠解釋和處理生活中的沉淀溶解平衡的問題，體會(huì)到化學(xué)對(duì)提高人類生活質(zhì)量和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的作用。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)流程

（一）新課導(dǎo)入

教師設(shè)計(jì)導(dǎo)語：大家已經(jīng)預(yù)習(xí)過難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡，以AgCl沉淀為例，讓一名學(xué)生對(duì)整個(gè)體系進(jìn)行描述，構(gòu)建沉淀溶解平衡的過程。

學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)展開討論與交流，匯總結(jié)果：從微觀的層面來說，在AgCl沉淀中對(duì)應(yīng)離子狀態(tài)并不是不變的，而是存在著溶解和沉淀兩個(gè)過程。其中，離子的溶解使得AgCl沉淀的量減小。同時(shí)，由于AgCl表面陰陽離子的吸引，銀離子和氯離子在AgCl表面析出，是沉淀生成過程。

之后，教師做出講解：難溶物沉淀并非完全不溶于水，而是其溶解的量相對(duì)于易溶物非常小。實(shí)際上人們看到的沉淀是溶解與沉淀生成共同作用的結(jié)果，即這個(gè)過程達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。利用平衡表示方式，對(duì)沉淀溶液平衡進(jìn)行表示，即AgCl?Ag++Cl-，加以解釋：沉淀溶解平衡是動(dòng)態(tài)平衡的一種，由于影響因素發(fā)生變化而移動(dòng)，pH值、離子濃度和溫度等是影響沉淀溶解平衡的重要因素，結(jié)合勒夏特列原理，便可對(duì)沉淀溶解平衡做出針對(duì)性分析。增加氯離子的濃度，平衡向氯化銀沉淀生成的方向移動(dòng)；減少氯離子的濃度，平衡則會(huì)向氯化銀沉淀溶解方向移動(dòng)。利用平衡移動(dòng)原理，通過改變條件使平衡向需要的方向移動(dòng)，以滿足人們生產(chǎn)生活需要，體現(xiàn)的正是沉淀平衡原理的利用。

（二）借助實(shí)驗(yàn)深化沉淀溶解平衡原理理解

教師設(shè)置“初步體會(huì)沉淀溶解平衡原理”的學(xué)習(xí)項(xiàng)目，將班內(nèi)學(xué)生劃分成若干個(gè)小組，通過實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，操作實(shí)驗(yàn)：向盛有NaCl溶液的試管中滴入AgNO3溶液，過一段時(shí)間后向試管中滴加KI溶液，一段時(shí)間后將Na2S溶液滴加到試管中。要求學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考應(yīng)當(dāng)如何解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。通過多媒體課件同時(shí)展示出難溶物質(zhì)顏色的資料，并且讓學(xué)生思考問題：在上述實(shí)驗(yàn)中，不同顏色的沉淀物是什么？有著怎樣的變化？運(yùn)用多媒體技術(shù)演示AgCl、AgI、Ag2S的顏色，引領(lǐng)學(xué)生結(jié)合已學(xué)知識(shí)與提供的資料討論和小結(jié)，歸納如下：AgCl、AgI以及Ag2S均是沉淀，且對(duì)應(yīng)的顏色分別為白色、黃色、黑色。實(shí)驗(yàn)過程中試管中的沉淀顏色先后經(jīng)過了白色、黃色、黑色的變化，證實(shí)了沉淀之間可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。

接著，教師設(shè)疑：上述沉淀發(fā)生轉(zhuǎn)化的原因是什么？沉淀轉(zhuǎn)化有著什么樣的一般規(guī)律？指引學(xué)生結(jié)合剛才提供的沉淀的溶解度數(shù)據(jù)在小組內(nèi)與同伴一起討論，討論完后各個(gè)小組派遣代表匯總與回答本組的結(jié)果。同時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)參與其中，給予學(xué)生點(diǎn)撥，幫助學(xué)生獲得準(zhǔn)確的結(jié)論。各小組學(xué)生通過觀察給出的資料，不難發(fā)現(xiàn)AgCl、AgI、Ag2S溶解度不同，呈現(xiàn)逐漸變小的規(guī)律。那么沉淀之間的轉(zhuǎn)化過程究竟是怎么發(fā)生的呢？課堂上從化學(xué)平衡視角，宏觀展示AgI、Ag2S沉淀的形成過程給學(xué)生帶來直觀認(rèn)識(shí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到隨著I-、S2-的加入，原有沉淀的溶解平衡被打破，平衡因生成更難溶解的沉淀，離子不斷被消耗，平衡不斷正向移動(dòng)，直到達(dá)到新的平衡。

如此進(jìn)行教學(xué)，可幫助學(xué)生理解整個(gè)過程，即新的沉淀溶解平衡代替原來的沉淀溶解平衡，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)方程式以及離子方程式，而后出示化學(xué)方程式是AgCl+KI=AgI+KCl，離 子 方 程 式 是AgCl+I-=AgI+Cl-。教師順勢(shì)提出問題：通過上述分析，沉淀轉(zhuǎn)化中有著什么樣的規(guī)律？讓學(xué)生回答和總結(jié)：通過分析可以得知，無論是AgCl向AgI轉(zhuǎn)化，還是AgI向Ag2S轉(zhuǎn)化，前一種物質(zhì)的溶解度均大于生成物質(zhì)的溶解度，換言之，溶解能力強(qiáng)的物質(zhì)可以通過反應(yīng)生成溶解能力較弱的物質(zhì)。這是沉淀溶解遵循的一般規(guī)律。基于這個(gè)規(guī)律便可利用沉淀制備其他所需的沉淀。之后，讓各小組選出一名學(xué)生結(jié)合上述規(guī)律，寫出對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式以及離子反應(yīng)方程式。

（三）沉淀溶解平衡原理的實(shí)際應(yīng)用

教師設(shè)置“沉淀溶解平衡原理在實(shí)際生活中的應(yīng)用”學(xué)習(xí)項(xiàng)目，在多媒體課件中出示實(shí)例：在鍋爐水垢中含有CaSO4，可以利用Na2CO3溶液進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)化為疏松、易溶于酸的CaCO3，再使用酸進(jìn)行去除。要求學(xué)生用平衡移動(dòng)原理分析CaSO4是如何轉(zhuǎn)化成CaCO3的，寫出除去CaSO4的化學(xué)方程式和離子方程式，并在小組內(nèi)進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，分析該項(xiàng)目?jī)?nèi)容。學(xué)生積極提出各自的看法，相互評(píng)價(jià)、討論后達(dá)成共識(shí)，即在該反應(yīng)中CaSO4極少數(shù)溶解于水中，有Ca2＋與SO42-生成，加入Na2CO3以后溶解成Na+與CO32-，CO32-與Ca2+生成更加難以溶解的CaCO3沉淀，同時(shí)Ca2+的減少使得CaSO4的溶解平衡向溶解方向移動(dòng)，CaSO4慢慢溶解轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀；化學(xué)方程式是CaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4，離子方程式是CaSO4+CO32-＝CaCO3↓+SO42-。

教師借機(jī)設(shè)疑：已知在室溫下BaSO4的溶解度小于BaCO3的溶解度，按照上述所學(xué)理論，可使用BaCO3制取BaSO4，但是實(shí)際上卻可以使用BaSO4制取BaCO3。請(qǐng)你思考，該使用怎樣的試劑以及怎樣進(jìn)行操作才能完成BaSO4向BaCO3的轉(zhuǎn)化？你從中獲得哪些啟發(fā)？

學(xué)生通過討論發(fā)現(xiàn)，要想讓BaSO4沉淀轉(zhuǎn)化成BaCO3沉淀，需要添加試劑Na2CO3。他們將會(huì)產(chǎn)生疑惑，內(nèi)心思考：這種方法和之前學(xué)習(xí)的知識(shí)矛盾，是否真的可以實(shí)現(xiàn)？當(dāng)學(xué)生百思不得其解時(shí)，教師在課堂上給予學(xué)生針對(duì)性的引導(dǎo)，使其從溶解平衡以及溶解度知識(shí)入手，尋找可行的辦法。

事實(shí)上，根據(jù)上述所學(xué)，難溶物BaSO4在水中存在溶解平衡，使得溶液中含有Ba2+、SO42-，加入Na2CO3后，溶液中存在Na+和CO32-。盡管BaSO4的溶解度非常小，但是溶液中Ba2+和CO32-仍有結(jié)合的可能，使得BaSO4的溶解平衡正向移動(dòng)。但是為防止BaCO3溶解，此時(shí)應(yīng)確保溶液中含有較多的CO32-，抑制其溶解，這就要求加入飽和的Na2CO3溶液。而且實(shí)際操作過程中還應(yīng)注重定期將上層溶液取出，加入飽和Na2CO3溶液，如此才能保證生成更多的BaCO3沉淀。上述過程的化學(xué)方程式是BaSO4+Na2CO3?BaCO3↓+Na2SO4，離子方程式是BaSO4+CO32-?BaCO3↓+SO42-。然后教師加以補(bǔ)充，使學(xué)生更加全面地認(rèn)識(shí)與理解沉淀轉(zhuǎn)化之間的規(guī)律以及注意事項(xiàng)，即為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，需要了解兩種物質(zhì)的溶解性能差異，兩者的溶解性能差異不能過大；另外，在一定條件下，通過選取合理的試劑以及針對(duì)性的操作，可使用溶解度較弱的沉淀制備溶解度較大的沉淀。接著，教師提問：溶解能力差別極大的兩種物質(zhì)，溶解性能較弱的物質(zhì)難以轉(zhuǎn)化成溶解性能較強(qiáng)的物質(zhì)，大家有什么方法來檢驗(yàn)嗎？指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)在小組內(nèi)合作探討，表述各自的觀點(diǎn)，制定好實(shí)驗(yàn)方案以后演示出來：先取2毫升的Na2S溶液，再加入適量的AgNO3溶液，振蕩后滴加適量的KI溶液或者NaCl溶液。結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶液顏色并未發(fā)生變化，結(jié)合三種沉淀的溶解度關(guān)系得出：當(dāng)兩種物質(zhì)的溶解性能差異較大時(shí)，并不能使用溶解性能較弱的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成溶解性能較強(qiáng)的沉淀。如此通過教學(xué)，既能進(jìn)一步澄清學(xué)生認(rèn)識(shí)，又能使其認(rèn)識(shí)到分析沉淀之間是否能順利轉(zhuǎn)化時(shí)，既需遵循一般規(guī)律，又需要具體問題具體分析，注重采取一定的處理措施。

之后，為更好地激發(fā)學(xué)生的思考熱情，鍛煉其學(xué)以致用的能力，教師聯(lián)系學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置項(xiàng)目“分析用氟化物防治齲齒的化學(xué)原理”。課堂上使用多媒體技術(shù)為學(xué)生講解如下知識(shí)，要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)嘗試著進(jìn)行分析：牙齒表面含有羥基磷灰石[Ca5（PO4）3（OH）]，該種物質(zhì)存在著如下平衡：Ca5（PO4）3（OH）?5Ca2++3PO43-+OH-。殘留在牙齒及其縫隙中的食物殘?jiān)诳谇画h(huán)境中會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，破壞羥基磷灰石形成齲齒。但是氟離子卻能和Ca2+、PO43-發(fā)生反應(yīng)生成更難溶的Ca5（PO4）3F，如此便可大大提高牙齒對(duì)酸的腐蝕程度，起到保護(hù)牙齒的作用。要求學(xué)生思考以下問題：（1）酸性物質(zhì)是如何破壞羥基磷灰石的？（2）由羥基磷灰石轉(zhuǎn)化成Ca5（PO4）3F依據(jù)什么原理？創(chuàng)設(shè)熟悉的生活化情境，要求學(xué)生分析，更容易激發(fā)學(xué)習(xí)者的思考興趣。最終各小組學(xué)生經(jīng)過積極思考、討論，運(yùn)用所學(xué)順利地解釋了用氟化物防治齲齒的化學(xué)原理。在此基礎(chǔ)上，為更好地鍛煉學(xué)生學(xué)以致用的能力，提高學(xué)生分析問題的靈活性，課堂上展示如下項(xiàng)目：某些難溶性鉛鹽可用作涂料，其中鉛白（PbCO3）和黃色的PbI2應(yīng)用廣泛。室溫下兩種物質(zhì)在不同溶液中分別達(dá)到溶解平衡時(shí)-lgc（Pb2+）和-lgc（CO32-）或-lgc（I-）的關(guān)系如圖1所示，且PbCO3更難溶。

圖1

據(jù)此，要求學(xué)生思考并回答問題：（1）Ksp（PbCO3）的數(shù)量級(jí)是什么？（2）p點(diǎn)對(duì)應(yīng)的PbCO3是否為飽和溶液？為什么？（3）將Pb（NO3）2溶液滴加到濃度相同的Na2CO3和NaI溶液中先產(chǎn)生哪一種沉淀？為什么？

該項(xiàng)目要求學(xué)生結(jié)合圖像分析相關(guān)問題，能很好地檢驗(yàn)學(xué)生掌握與理解所學(xué)知識(shí)的程度。PbCO3更難溶，可知當(dāng)鉛離子濃度相同時(shí)，碳酸根離子濃度更小。觀察給出的圖像易知L1曲線為PbI2的溶解曲線，L2為PbCO3的溶解曲線。其中L2和橫坐標(biāo)的交點(diǎn)可知Ksp（PbCO3）=1×10-13.1，即其數(shù)量級(jí)為10-13.1；就碳酸鈣濃度而言，p點(diǎn)大于q點(diǎn)，因此可知p對(duì)應(yīng)PbCO3的飽和溶液；認(rèn)真觀察圖中信息可得Ksp（PbI2）=1×10-8，將Pb（NO3）2溶液滴加到濃度相同的Na2CO3和NaI溶液中首先生成更難溶的物質(zhì)，即先生成PbCO3沉淀。

課堂上提問學(xué)生代表了解其分析上述項(xiàng)目的具體思路，了解其分析問題的正確性以及分析問題時(shí)存在的不足，提出表揚(yáng)的同時(shí)指出其應(yīng)注意的問題，即不僅需要靈活應(yīng)用沉淀溶解平衡原理，而且需要認(rèn)真讀圖，充分挖掘隱含條件，尤其注重運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)，分析相關(guān)離子濃度之間的關(guān)系。

總而言之，在高中化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，要想有效落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)，教師應(yīng)當(dāng)意識(shí)到項(xiàng)目式教學(xué)的作用，關(guān)注每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”的基本原則；要極力發(fā)揮出項(xiàng)目式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中有效培養(yǎng)其核心素養(yǎng)，提高其學(xué)習(xí)能力、思維能力與認(rèn)知水平，繼而提升他們的綜合素質(zhì)。