初中化學“一定溶質質量分數溶液的配制”項目式教學

摘要 以“用高錳酸鉀溶液為金魚治病”為主題，開展初中化學項目式教學。通過完成“為小魚診斷病情”“配制消毒液為魚缸進行全面消毒”“為病魚進行藥浴治療”任務，經歷完整的問題解決過程，學會從宏觀和微觀相結合的角度理解溶液的形成過程，從定性與定量相結合角度理解溶液濃度概念，能配制與稀釋一定溶質質量分數的溶液，初步形成實驗操作能力，發展科學探究與實踐能力。

關鍵詞 初中化學 項目式教學 溶質質量分數 溶液的配制 高錳酸鉀

一、項目主題內容分析

本節課內容由《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱課程標準）中的學生必做實驗活動“一定溶質質量分數的氯化鈉溶液的配制”改編而成。課程標準提出的要求是，“知道溶質質量分數可以表示濃度，認識溶質質量分數的含義，學習計算溶質質量分數和配制一定溶質質量分數的溶液的基本方法，初步感受定量研究的意義；體會溶液在生產生活中的應用價值”[1]。這部分內容有三方面價值，一是讓學生掌握溶質質量分數的含義及計算方法；掌握天平和量筒等實驗器材的使用方法；學會溶液配制的實驗操作技能[2]。二是引導學生形成解決溶液配制與稀釋問題的一般思路和方法；建立和應用“溶質質量守恒”觀念和“定量”意識；三是培養學生科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任等核心素養[3]。

在先前學習中，學生初步了解了化學藥品的取用規則和方法，學習了天平、燒杯、量筒、玻璃棒等實驗器材的使用方法，認識了溶解現象，知道溶液、溶劑和溶質概念，掌握了溶質質量分數的簡單計算，這為本節課中溶液配制的固體稱量、液體量取、精確計算與配制奠定了理論和實踐基礎。同時，本案例涉及溶質溶解時的微粒變化，為酸、堿、鹽的學習打下基礎[4]。而高中階段“一定物質的量濃度溶液的配制”，以及電解質溶液理論與電離平衡、離子反應與沉淀溶解平衡、氧化還原理論與化學電池等也都以溶液為基礎開展學習[5]。

關于溶液配制的教學，目前多數教學是以生理鹽水導入，再按照“先配制6%的氯化鈉溶液，后稀釋成3%的溶液”的固定思路進行[6]，亟待開發更有吸引力的新情境[7]，將真實任務與驅動性問題貫穿始終。在真實生活情境中提升認知，增強情感和實踐體驗[8]。

從項目主題來看，高錳酸鉀具有消毒殺菌作用，在不同的使用環境中有不同的用量要求。涉及溶質質量分數的計算、溶液的配制、溶液的稀釋等問題，與本項目內容的關聯十分緊密。用配制的高錳酸鉀溶液為金魚治病，既承載豐富的知識內涵，又突出定量研究思想，還體現了化學學科在生活中的應用價值，適合作為項目主題[9]。

二、項目教學目標

1.通過配制一定溶質質量分數的溶液，進一步認識溶解現象，從宏觀和微觀相結合視角認識溶液的形成過程，知道溶液的特征，能定量地理解和表示溶液的濃度。掌握溶液配制和稀釋的實驗操作技能。（必備知識基礎）

2.掌握溶液配制與稀釋的一般思路和方法。通過解決溶液稀釋問題，發展“溶質守恒觀”，學會溶液稀釋的計算方法，初步形成自主閱讀和分析資料的能力。（化學觀念、科學思維）

3.通過探索患病金魚的治療過程，深度體驗項目學習方式。制作、展示和評價“患病金魚治療方案”項目作品，促進思維的邏輯性、嚴謹性與整體性提升。同時，體會溶液在生產生活中的重要應用價值，樹立愛護動物、尊重生命的責任意識。（科學探究與實踐、科學態度與責任）

三、項目實施過程

該項目有4個核心任務，任務1是分析病魚生病原因和治病方法，了解高錳酸鉀消毒殺菌原理；任務2是配制100 g溶質質量分數為5%的高錳酸鉀溶液，為魚缸進行全面消毒；任務3是調制為金魚進行藥浴治療的高錳酸鉀溶液，為病魚進行高錳酸鉀藥浴治療；任務4是完成項目作品，整理出治療病魚的詳細方案。該項目共需3課時，第一、第二課時完成任務1至3，第三課時完成任務4。本文主要展示第一、第二課時的內容。

（一）介紹項目背景，提出項目問題

【展示金魚，導入項目】展示兩條金魚，一條金魚鱗片整齊美觀，活潑好動，而另一條金魚的鱗片大面積炸開，游動緩慢、無力。對比說明第二條金魚生病了。

【提出項目問題】如何為患病金魚診斷病情，并制定科學、合理的方案為它治療呢？

（二）分析資料，了解高錳酸鉀消毒殺菌原理，初步制定金魚治療方案

【布置任務1】閱讀資料1、資料2，如表1所示，分析金魚患病原因，了解高錳酸鉀消毒殺菌原理，制定初步的治療方案。

【提出驅動性問題】通過閱讀材料，小組討論、分析金魚為什么患病，可以選擇什么試劑為金魚治病？設計什么樣的治療方案？

【小組匯報】根據資料1可知，魚體受傷、細菌侵入使金魚體表感染細菌是金魚患病的主要原因。根據資料2可知，高錳酸鉀具有強氧化性，可以作為消毒劑、殺菌劑為金魚治病。患有立鱗病的金魚具有一定的傳染性，會使生活環境攜帶細菌或傳染其他金魚。因此，治療方案主要分為兩個步驟：一是要把患病金魚進行隔離，單獨藥浴治療；二是要對金魚的生活環境進行全面消毒殺菌。

【布置練習】對金魚的生活環境進行消毒及對病魚進行藥浴治療，都涉及一定溶質質量分數溶液的配制，首先練習配制50 g質量分數為6%的氯化鈉溶液。已知：（1）溶質的質量分數=溶質質量/溶液質量×100%；（2）溶劑質量=溶液質量-溶質質量。

【學生實驗】（1）計算：配制50 g質量分數為6%的氯化鈉溶液，所需氯化鈉和水的質量分別為：氯化鈉3.0 g，水47.0 g。（2）稱量。（3）量取：用量筒量取所需的水（水的密度可近似看作1 g/cm3），倒入盛有氯化鈉的燒杯中。（4）溶解：用玻璃棒攪拌，使氯化鈉完全溶解。

【布置實驗】取適量（約3.0 g）的高錳酸鉀固體，并將其溶解，觀察、記錄高錳酸鉀在水中的溶解現象，分析溶液的形成過程。

【小組匯報】開始時，高錳酸鉀少量溶解；用玻璃棒不斷攪拌，高錳酸鉀固體明顯減少，燒杯中的液體變成紫色；充分攪拌后，固體全部溶解，變成了均一穩定、紫色透明的溶液。

（三）配制高錳酸鉀溶液，為魚缸進行全面消毒，并去除顏色殘留

【驅動性問題】用高錳酸鉀溶液來消毒殺菌，需要明確溶液的準確濃度。如何配制一定溶質質量分數的高錳酸鉀溶液，實現魚缸的全面消毒呢？

【布置任務2】閱讀資料卡片，如表2所示。配制100 g溶質質量分數為5%的高錳酸鉀溶液，為魚缸進行全面消毒。

【小組匯報實驗方案】（1）計算：配制100 g質量分數為5%的高錳酸鉀溶液，所需高錳酸鉀和水的質量分別為：高錳酸鉀5.0 g，水95.0 g。（2）稱量高錳酸鉀。（3）量取：用量筒量取所需的水95 mL（水的密度可近似看作1 g/cm3），倒入盛有高錳酸鉀的燒杯中。（4）溶解。

【分組實驗】使用所給藥品和儀器完成操作，配制100 g溶質質量分數為5%的高錳酸鉀溶液。

【驅動性問題】將魚缸中的高錳酸鉀溶液倒出，用自來水反復清洗幾次后，發現在魚缸內壁和膠縫處仍有高錳酸鉀溶液殘留。怎樣去除高錳酸鉀溶液造成的顏色殘留呢？

【小組匯報】高錳酸鉀具有強氧化性，可以向膠縫處噴灑具有還原性的溶液，將殘留的顏色除去。

【實物展示】展示水族維C，請大家配制水族維C溶液，看能否去除顏色殘留，并思考原理。

【學生實驗】配制水族維C溶液，噴灑在魚缸內高錳酸鉀殘留處。一段時間后，觀察到顏色褪去。

【教師講解】水族維C具有還原性，高錳酸鉀溶液與水族維C溶液發生氧化還原反應，使錳元素由+7價變為+2價，+2價的錳無色。得出結論：水族維C可以與高錳酸鉀溶液發生化學反應，使高錳酸鉀溶液顏色褪去。因此，水族維C可以去除魚缸內高錳酸鉀溶液造成的顏色殘留。

【教師提問】錳元素在高錳酸鉀中為+7價，在K2MnO4中為+6價，在MnO2中為+4價，高錳酸鉀與水族維C反應后，錳元素的化合價由+7價變為+2價。由此，你得到什么啟示？

【小組匯報】同一元素在不同化合物中化合價可能不同。如錳元素在不同物質中有+7、+6、+4、+2等不同價態；在一定條件下，通過化學反應可以實現物質間相互轉化。

（四）制取高錳酸鉀稀溶液，從守恒角度理解溶質質量不變，為病魚進行藥浴治療

【驅動性問題】為病魚進行藥浴治療時，調制高錳酸鉀溶液的濃度非常重要。倘若配制的溶液濃度過高，病魚身上被消毒的局部黏膜便會發生氧化，還會因溶液中的鉀離子濃度過高而導致局部黏膜脫水，影響其抗病能力，使病菌乘虛而入；如果配制濃度過低，則達不到殺菌消毒目的。將配制好的5%高錳酸鉀溶液稀釋成為病魚進行藥浴治療的稀溶液，如何進行計算？怎樣稀釋溶液？

【布置任務3】閱讀資料卡片，如表3所示，調制為金魚進行藥浴治療的高錳酸鉀溶液。

【匯報實驗方案】根據資料卡片中信息可知，需將溶質質量分數為5%的消毒液稀釋成溶質質量分數為0.003％的溶液。根據魚缸的長、寬和病魚的體積判斷，需配制用于藥浴的高錳酸鉀稀溶液500g。溶液稀釋的計算公式：m（濃）+m（水）=m（稀）；m（濃）=m（溶質）+m（溶劑）；稀釋前后溶質質量保持不變。（1）計算：配制500 g質量分數為0.003%的高錳酸鉀溶液，設需量取濃溶液的質量為x，則500g×0.003％＝x×5％，解得：x＝0.3 g。需要加水的質量：500 g－0.3g=499.7 g，由于水的密度為1g/m L，因此加入水的體積為499.7m L。（2）量取。（3）混勻。

【教師講解】從守恒觀點出發，溶質質量在稀釋前后保持不變，這就是溶液稀釋過程中的重要規律。

【學生實驗】稀釋溶液，調制金魚藥浴治療的高錳酸鉀溶液。

【組織觀察】將病魚放入盛有配制好的高錳酸鉀溶液的魚缸中，并規劃一周至兩周時間，分別對病魚的情況進行觀察，發現病情有所好轉。

四、教學反思

本項目基于學生生活中的真實情境確立主題，以“用高錳酸鉀溶液為金魚治病”為線索，設計一系列真實任務和問題情境。學生置身于任務情境之中，進行沉浸式的學習與探究活動。設計一系列具有針對性的問題，將總任務拆解成邏輯關系上緊密相連的、問題解決思路上層層遞進的子任務，最終形成項目作品“患病金魚的治療方案”。不僅習得溶液配制的基本知識和操作技能，還進一步學會了遷移應用，解決新情境中的真問題。

在此過程中，引領學生積極主動地將所學知識運用到實際問題的解決中，建立從宏觀到微觀、從定性到定量的認識和表征事物的視角和思路。同時，基于給定信息完成分析推理，開展實驗操作，提升處理信息資料的能力，促進學生有意識地增強實驗操作規范性，形成嚴謹求實的科學態度，促進思維的邏輯性、嚴謹性與整體性提升。

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（責任編輯：姜顯光）