基于真实情境的溶解平衡学习进阶

北京市日坛中学 奚梅梅 李丽萍 张建强

一、教学背景分析

（一）学习内容分析

“平衡”是化学教学中一个重要的基础概念，“溶解平衡”是继“化学平衡”“电离平衡”“水解平衡”后高中阶段学习的最后一个平衡，是对水溶液中离子行为的补充，也起到了完善和发展“微粒观”的构建与应用的作用。

（二）学生情况分析

学生在初中阶段学习了溶解度的概念，了解了物质的溶解性；在人教版必修1 中讨论了电解质和离子反应的相关知识；在化学反应原理学习过程中掌握了有关的平衡知识，所以学生学习是有理论基础的。选取的素材基于生产生活实际，体会化学与生活和生产的密切关系，强化了“化学使生活更美好”的学科思想和意识。

二、教学目标设计

（一）教学目标

1.通过对易溶电解质NaCl 过饱和体系的分析，能用化学用语表达溶解平衡。

2.通过向Mg(OH)2悬浊液体系滴加酚酞认识其溶解性，能应用平衡理论分析溶解平衡的影响因素，并结合实验设计来验证分析结果。

3.通过对锅炉水垢的生成、溶解和转化过程的分析，应用难溶电解质的溶解平衡知识解决生活中的问题。

（二）评价目标

1.通过对NaCl 过饱和体系的分析，诊断学生对物质溶解性的认识水平，发展从平衡角度分析溶解平衡体系的能力（孤立水平、系统水平）。

2.通过对Mg(OH)2悬浊液体系的分析，实验方案的设计和评价交流，诊断并发展学生的实验探究能力（定性水平、定量水平）。

3.通过锅炉水垢形成的分析、处理方案的设计和点评，诊断并发展学生解决相对复杂实际问题的能力水平（孤立水平、系统水平）及其对化学价值的认识水平（学科价值水平、社会价值水平、学科和社会价值水平）。

三、教学过程设计

在“难溶电解质的溶解平衡”的教学中，我对问题设计进行多次思考和改进，促进了学生主动构建“难溶电解质的溶解平衡”。详细教学实践过程如下。

环节1：建立易溶电解质的溶解平衡

问题1：在课前两周，我们进行了NaCl 过饱和溶液中NaCl 晶体形状的观察实验（图1），请大家思考：该体系的组成是什么？晶体形状的改变是如何实现的？

图1

实验1：NaCl 晶体形状改变实验

问题2：你能用化学用语表达NaCl 过饱和溶液的溶解平衡过程吗？

问题3：如何设计实验证明体系中存在上述平衡？

实验2：向饱和NaCl 溶液中滴加浓盐酸，产生白色沉淀。

【设计意图】NaCl 是食盐的主要成分，选择学生熟悉的素材，使抽象的知识感性化。对于NaCl，学生很容易理解其溶解性和溶解过程，其结晶过程是学生理解上的难点。问题1 驱动学生从微粒角度认识NaCl 过饱和溶液，并通过分析晶体形状的改变将溶解过程和结晶过程结合起来，建立NaCl 的溶解平衡。问题2 和3 引导学生从影响平衡移动的因素角度出发证明平衡的存在并能够用化学符号来表征，“宏观—微观—符号”的三重表征加深对NaCl 溶解平衡的理解。

环节2：探究难溶电解质的溶解平衡

问题4：难溶电解质是否也像易溶电解质一样存在溶解平衡呢？以Mg(OH)2为例，通过设计实验探究难溶电解质的溶解平衡。

实验3：Mg(OH)2的溶解性探究（图2）

图2

将少量Mg(OH)2溶解在40mL 蒸馏水中，肉眼无法观测其溶解性。取少量Mg(OH)2悬浊液于试管中，滴加几滴酚酞溶液，悬浊液变红，证明有Mg(OH)2溶解在水中并电离出了OH-。

实验4：Mg(OH)2沉淀溶解平衡影响因素的探究

实验4-1：探究c(Mg2+)对Mg(OH)2溶解平衡的影响（图3）

图3

取少量等量实验3 中红色悬浊液于两支试管中，其中一支试管中加入几滴饱和MgCl2溶液，另一支试管中加入等量的水，加饱和MgCl2溶液的试管颜色变浅程度更大。

实验4-2：探究c(OH-)对Mg(OH)2溶解平衡的影响

分别取等量Mg(OH)2悬浊液于两支试管中，其中一支试管中2mL 饱和NaOH 溶液，混浊度明显加深；向另一支试管中加入等量的水，混浊度减小。

问题5：使c（Mg2+）、c（OH-）增加相同的倍数，平衡正向移动的程度相同吗？

问题6：学习了沉淀溶解平衡知识后，你对Mg(OH)2溶于酸的反应有了哪些新的认识？

【设计意图】Mg(OH)2是锅炉水垢成分之一，学生难理解的是其溶解过程。在NaCl 体系中已经建立了易溶电解质溶解平衡，将其思路迁移应用至难溶电解质的溶解平衡。问题4驱动学生对实验3 和4 的设计和探究过程，在实验中答疑解惑，在实验探究中深入理解难溶电解质的溶解性，溶与不溶是相对的，没有绝对不溶的物质，形成辩证思维。问题5 促进思考，强化用Q与K的关系解决平衡问题，使学生对平衡移动的认识由定性上升到定量水平。Mg(OH)2溶于酸的反应，初中即知道酸碱中和，在高中阶段，我们又从离子反应的角度重新认识该反应，学习了化学平衡之后，实现知识认知水平的螺旋上升。

环节3：应用沉淀溶解平衡知识解决工业锅炉除水垢问题

问题7：锅炉水垢初期主要成分为MgCO3和CaSO4，为什么长期使用后水垢主要成分变为Mg(OH)2和CaSO4？

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

实验5：实验室模拟工业除水垢的过程

取少量CaSO4固体于100mL 小烧杯中（固体量能覆盖烧杯底即可），加入30mL 饱和Na2CO3溶液浸泡24小时后过滤，用蒸馏水多次洗涤固体，直至检测洗涤液中无CO2-3为止。取烘干后的少量固体，加入足量稀盐酸，固体未完全溶解，表面产生气泡，说明CaSO4部分转化为CaCO3， 而CaCO3可用酸洗法除去。

【设计意图】通过锅炉除水垢的实际应用，将沉淀生成、沉淀溶解和沉淀转化结合在一起，增强化学与生活的联系，提升应用化学知识解决生产生活实际问题的能力。问题7 的设计，意在学生结合溶解度数据及双水解的知识，分析水垢的成分及锅炉在长期使用过程各种沉淀成分的变化。模拟锅炉水垢这个实验时间较长，部分学生参与并录制了实验视频，对于学生理解沉淀转化有积极意义，落实科学精神与社会责任的核心素养。

总之，本次课程的教学设计具有一定的特色，如在引入环节，学生通过课前观察NaCl 晶体的形成过程实验，思考了海水晒盐的相关问题并查阅了文献，这有效激发了对本节课学习的积极期待；在应用难溶电解质解决工业锅炉水垢问题时，学生联想到用醋浸泡家用电水壶除垢问题。这些生活中的实例让学生切身体会到化学的实用性，因此，素材的选取越贴近生活，越易激发学生的学习兴趣。并且，在课后访谈中，学生几乎一致认为对本节课的印象最为深刻，是由于实验和问题的匹配性使学生对知识的掌握更加牢固。