在项目式教学中落实化学学科核心素养——以“沉淀溶解平衡原理的应用”为例

福建省莆田第八中学 郑碧芬

一、教材内容分析

在苏教版高中化学“化学反应原理”模块中，“沉淀溶解平衡原理的应用”是重要的教学内容，隶属于“水溶液中的离子反应”中的“沉淀溶解平衡”，在整个高中化学教学中具有三重功能：一是化学平衡理论应用的延续；二是从溶液中离子平衡系统角度来看，难溶电解质的溶解平衡与弱电解质的电离平衡以及盐类的水解平衡让该部分知识体系更为完善；三是有助于学生深入透彻地理解和掌握离子反应的本质。在本节课中，从沉淀的生成、溶解与转化等不同的角度入手，对物质溶解度的绝对性进行反复论证；同时，论证物质溶解度大小的相对性，让学生从“溶”和“不溶”的过程中，了解微观粒子的相对作用，理解沉淀的生成、溶解和转化的本质，即沉淀溶解平衡的建立与移动。

二、核心素养落实

教师可围绕具体教材内容与目标，设计贴近学生实际情况的项目，组织他们以小组为单位进行项目式学习，使其在合作探究中学会与会学，真正成为课堂的“主人”。本节课化学学科核心素养的落实具体如下。

宏观辨识和微观探析：让学生从微观视角中深入理解沉淀溶解平衡原理，能够利用微粒观、动态观、定量观，以及宏观与微观相结合的视角，对沉淀溶解平衡问题进行分析，解决原理应用中出现的问题。

变化观念和平衡思想：对于物质的运动和变化，学生是了解的。化学变化需要一定的条件，通过平衡移动对沉淀的溶解、生成和转化进行分析，了解沉淀转化的本质，能够对沉淀溶解平衡原理进行动态化和多角度分析。

证据推理和模型认知：学生结合理论知识的学习、实验操作及问题讨论，主动搜集证据来推理沉淀溶解平衡原理，通过分析、推理和论证，构建观点、结论和证据之间的关系，并且对研究对象构建相应的模型，借助模型理解沉淀溶解平衡原理，深入剖析现象的本质和规律。

科学探究和创新意识：通过实验方案设计，开展实验探究活动，引导学生掌握科学探究和实验方法，了解科学探究过程，让他们在科学探究中提升观察、实验和思维能力，以及提升分析与解决问题的能力。

科学精神和社会责任：通过实验探究活动，加强学生合作与交流。通过学生对溶解绝对性和相对性进行讨论，加强学生科学态度的培养，树立学生求知探索的意识，帮助学生构建辩证的唯物主义世界观，理解沉淀溶解平衡的实验现象，使其能够解释和处理生活中的沉淀溶解平衡的问题，体会到化学对提高人类生活质量和促进社会发展的作用。

三、教学设计流程

（一）新课导入

教师设计导语：大家已经预习过难溶电解质的沉淀溶解平衡，以AgCl沉淀为例，让一名学生对整个体系进行描述，构建沉淀溶解平衡的过程。

学生结合已有知识展开讨论与交流，汇总结果：从微观的层面来说，在AgCl沉淀中对应离子状态并不是不变的，而是存在着溶解和沉淀两个过程。其中，离子的溶解使得AgCl沉淀的量减小。同时，由于AgCl表面阴阳离子的吸引，银离子和氯离子在AgCl表面析出，是沉淀生成过程。

之后，教师做出讲解：难溶物沉淀并非完全不溶于水，而是其溶解的量相对于易溶物非常小。实际上人们看到的沉淀是溶解与沉淀生成共同作用的结果，即这个过程达到了动态平衡。利用平衡表示方式，对沉淀溶液平衡进行表示，即AgCl⇌Ag++Cl-，加以解释：沉淀溶解平衡是动态平衡的一种，由于影响因素发生变化而移动，pH值、离子浓度和温度等是影响沉淀溶解平衡的重要因素，结合勒夏特列原理，便可对沉淀溶解平衡做出针对性分析。增加氯离子的浓度，平衡向氯化银沉淀生成的方向移动；减少氯离子的浓度，平衡则会向氯化银沉淀溶解方向移动。利用平衡移动原理，通过改变条件使平衡向需要的方向移动，以满足人们生产生活需要，体现的正是沉淀平衡原理的利用。

（二）借助实验深化沉淀溶解平衡原理理解

教师设置“初步体会沉淀溶解平衡原理”的学习项目，将班内学生划分成若干个小组，通过实验的方式进行项目式学习，操作实验：向盛有NaCl溶液的试管中滴入AgNO3溶液，过一段时间后向试管中滴加KI溶液，一段时间后将Na2S溶液滴加到试管中。要求学生认真观察实验现象，思考应当如何解释实验现象。通过多媒体课件同时展示出难溶物质颜色的资料，并且让学生思考问题：在上述实验中，不同颜色的沉淀物是什么？有着怎样的变化？运用多媒体技术演示AgCl、AgI、Ag2S的颜色，引领学生结合已学知识与提供的资料讨论和小结，归纳如下：AgCl、AgI以及Ag2S均是沉淀，且对应的颜色分别为白色、黄色、黑色。实验过程中试管中的沉淀颜色先后经过了白色、黄色、黑色的变化，证实了沉淀之间可以发生化学反应，实现转化。

接着，教师设疑：上述沉淀发生转化的原因是什么？沉淀转化有着什么样的一般规律？指引学生结合刚才提供的沉淀的溶解度数据在小组内与同伴一起讨论，讨论完后各个小组派遣代表汇总与回答本组的结果。同时，教师应当参与其中，给予学生点拨，帮助学生获得准确的结论。各小组学生通过观察给出的资料，不难发现AgCl、AgI、Ag2S溶解度不同，呈现逐渐变小的规律。那么沉淀之间的转化过程究竟是怎么发生的呢？课堂上从化学平衡视角，宏观展示AgI、Ag2S沉淀的形成过程给学生带来直观认识，使学生认识到随着I-、S2-的加入，原有沉淀的溶解平衡被打破，平衡因生成更难溶解的沉淀，离子不断被消耗，平衡不断正向移动，直到达到新的平衡。

如此进行教学，可帮助学生理解整个过程，即新的沉淀溶解平衡代替原来的沉淀溶解平衡，结合化学反应中的化学方程式以及离子方程式，而后出示化学方程式是AgCl+KI=AgI+KCl，离 子 方 程 式 是AgCl+I-=AgI+Cl-。教师顺势提出问题：通过上述分析，沉淀转化中有着什么样的规律？让学生回答和总结：通过分析可以得知，无论是AgCl向AgI转化，还是AgI向Ag2S转化，前一种物质的溶解度均大于生成物质的溶解度，换言之，溶解能力强的物质可以通过反应生成溶解能力较弱的物质。这是沉淀溶解遵循的一般规律。基于这个规律便可利用沉淀制备其他所需的沉淀。之后，让各小组选出一名学生结合上述规律，写出对应的化学反应方程式以及离子反应方程式。

（三）沉淀溶解平衡原理的实际应用

教师设置“沉淀溶解平衡原理在实际生活中的应用”学习项目，在多媒体课件中出示实例：在锅炉水垢中含有CaSO4，可以利用Na2CO3溶液进行处理，使其转化为疏松、易溶于酸的CaCO3，再使用酸进行去除。要求学生用平衡移动原理分析CaSO4是如何转化成CaCO3的，写出除去CaSO4的化学方程式和离子方程式，并在小组内进行合作学习，分析该项目内容。学生积极提出各自的看法，相互评价、讨论后达成共识，即在该反应中CaSO4极少数溶解于水中，有Ca2＋与SO42-生成，加入Na2CO3以后溶解成Na+与CO32-，CO32-与Ca2+生成更加难以溶解的CaCO3沉淀，同时Ca2+的减少使得CaSO4的溶解平衡向溶解方向移动，CaSO4慢慢溶解转化成CaCO3沉淀；化学方程式是CaSO4+Na2CO3=CaCO3↓+Na2SO4，离子方程式是CaSO4+CO32-＝CaCO3↓+SO42-。

教师借机设疑：已知在室温下BaSO4的溶解度小于BaCO3的溶解度，按照上述所学理论，可使用BaCO3制取BaSO4，但是实际上却可以使用BaSO4制取BaCO3。请你思考，该使用怎样的试剂以及怎样进行操作才能完成BaSO4向BaCO3的转化？你从中获得哪些启发？

学生通过讨论发现，要想让BaSO4沉淀转化成BaCO3沉淀，需要添加试剂Na2CO3。他们将会产生疑惑，内心思考：这种方法和之前学习的知识矛盾，是否真的可以实现？当学生百思不得其解时，教师在课堂上给予学生针对性的引导，使其从溶解平衡以及溶解度知识入手，寻找可行的办法。

事实上，根据上述所学，难溶物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-。尽管BaSO4的溶解度非常小，但是溶液中Ba2+和CO32-仍有结合的可能，使得BaSO4的溶解平衡正向移动。但是为防止BaCO3溶解，此时应确保溶液中含有较多的CO32-，抑制其溶解，这就要求加入饱和的Na2CO3溶液。而且实际操作过程中还应注重定期将上层溶液取出，加入饱和Na2CO3溶液，如此才能保证生成更多的BaCO3沉淀。上述过程的化学方程式是BaSO4+Na2CO3⇌BaCO3↓+Na2SO4，离子方程式是BaSO4+CO32-⇌BaCO3↓+SO42-。然后教师加以补充，使学生更加全面地认识与理解沉淀转化之间的规律以及注意事项，即为了实现转化，需要了解两种物质的溶解性能差异，两者的溶解性能差异不能过大；另外，在一定条件下，通过选取合理的试剂以及针对性的操作，可使用溶解度较弱的沉淀制备溶解度较大的沉淀。接着，教师提问：溶解能力差别极大的两种物质，溶解性能较弱的物质难以转化成溶解性能较强的物质，大家有什么方法来检验吗？指导学生继续在小组内合作探讨，表述各自的观点，制定好实验方案以后演示出来：先取2毫升的Na2S溶液，再加入适量的AgNO3溶液，振荡后滴加适量的KI溶液或者NaCl溶液。结果发现溶液颜色并未发生变化，结合三种沉淀的溶解度关系得出：当两种物质的溶解性能差异较大时，并不能使用溶解性能较弱的物质转化成溶解性能较强的沉淀。如此通过教学，既能进一步澄清学生认识，又能使其认识到分析沉淀之间是否能顺利转化时，既需遵循一般规律，又需要具体问题具体分析，注重采取一定的处理措施。

之后，为更好地激发学生的思考热情，锻炼其学以致用的能力，教师联系学生生活经验，设置项目“分析用氟化物防治龋齿的化学原理”。课堂上使用多媒体技术为学生讲解如下知识，要求学生运用所学尝试着进行分析：牙齿表面含有羟基磷灰石[Ca5（PO4）3（OH）]，该种物质存在着如下平衡：Ca5（PO4）3（OH）⇌5Ca2++3PO43-+OH-。残留在牙齿及其缝隙中的食物残渣在口腔环境中会产生酸性物质，破坏羟基磷灰石形成龋齿。但是氟离子却能和Ca2+、PO43-发生反应生成更难溶的Ca5（PO4）3F，如此便可大大提高牙齿对酸的腐蚀程度，起到保护牙齿的作用。要求学生思考以下问题：（1）酸性物质是如何破坏羟基磷灰石的？（2）由羟基磷灰石转化成Ca5（PO4）3F依据什么原理？创设熟悉的生活化情境，要求学生分析，更容易激发学习者的思考兴趣。最终各小组学生经过积极思考、讨论，运用所学顺利地解释了用氟化物防治龋齿的化学原理。在此基础上，为更好地锻炼学生学以致用的能力，提高学生分析问题的灵活性，课堂上展示如下项目：某些难溶性铅盐可用作涂料，其中铅白（PbCO3）和黄色的PbI2应用广泛。室温下两种物质在不同溶液中分别达到溶解平衡时-lgc（Pb2+）和-lgc（CO32-）或-lgc（I-）的关系如图1所示，且PbCO3更难溶。

图1

据此，要求学生思考并回答问题：（1）Ksp（PbCO3）的数量级是什么？（2）p点对应的PbCO3是否为饱和溶液？为什么？（3）将Pb（NO3）2溶液滴加到浓度相同的Na2CO3和NaI溶液中先产生哪一种沉淀？为什么？

该项目要求学生结合图像分析相关问题，能很好地检验学生掌握与理解所学知识的程度。PbCO3更难溶，可知当铅离子浓度相同时，碳酸根离子浓度更小。观察给出的图像易知L1曲线为PbI2的溶解曲线，L2为PbCO3的溶解曲线。其中L2和横坐标的交点可知Ksp（PbCO3）=1×10-13.1，即其数量级为10-13.1；就碳酸钙浓度而言，p点大于q点，因此可知p对应PbCO3的饱和溶液；认真观察图中信息可得Ksp（PbI2）=1×10-8，将Pb（NO3）2溶液滴加到浓度相同的Na2CO3和NaI溶液中首先生成更难溶的物质，即先生成PbCO3沉淀。

课堂上提问学生代表了解其分析上述项目的具体思路，了解其分析问题的正确性以及分析问题时存在的不足，提出表扬的同时指出其应注意的问题，即不仅需要灵活应用沉淀溶解平衡原理，而且需要认真读图，充分挖掘隐含条件，尤其注重运用数学知识，分析相关离子浓度之间的关系。

总而言之，在高中化学教学活动中，要想有效落实化学学科核心素养培养，教师应当意识到项目式教学的作用，关注每一个教学环节，坚持“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”的基本原则；要极力发挥出项目式教学的优势，在学生学习过程中有效培养其核心素养，提高其学习能力、思维能力与认知水平，继而提升他们的综合素质。