2017年全国化学课程与教学论年会《基于化学学科核心素养的难溶电解质的沉淀溶解平衡教学设计》

教学设计

罗明月 李远蓉*

（西南大学化学化工学院 重庆 400715）

摘要：文章基于化学学科核心素养，对高中化学《选修四》“难溶电解质的溶解平衡”第二课时进行教学设计。在分析该课时内容的基础上，寻找出与化学学科核心素养的契合点，以先行组织者策略为指导，遵循“易溶电解质的溶解平衡-难溶电解质的溶解平衡-沉淀的转变”的设计思路进行教学设计。整个教学设计以实验探究层层深入，将“变化观念与平衡思想”渗透于整个教学过程中，揭示溶解平衡的内部联系与外在表现之间的相互联系。学生则通过观察宏观实验现象对微观物质的运动进行推理、论证，培养其“科学探究”与“证据推理”的能力，从而促进其化学学科核心素养的形成。

关键词：化学核心素养 教学设计 难溶电解质的溶解平衡

1 问题的提出

2015年1月，我国普通高中学科课程标准开始重新修订，标志着我国基础教育课程改革进入新的发展阶段。面对信息时代对学校教育提出的挑战，我国借鉴国际课程改革的先进经验，将“核心素养”作为课程改革的出发点和归宿[1]。而学科核心素养是学生在该学科（或特定学习领域）学习过程中取得的能体现学科本质特征的关键成就[2]。在核心素养的框架下，化学学科提出将“宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学精神与社会变化”作为化学核心素养。旨在以化学学科为载体，培养学生的核心素养。 “基于核心素养的课程发展意味着，无论是课程开发者抑或一线教师都需要在‘核心素养—课程标准( 学科素养/跨学科素养) —单元设计—学习评价’这一连串环环相扣的链环中聚焦核心素养展开运作”[3]。教学设计是教学实施的蓝图，因此，基于学科核心素养的教学设计无疑是落实学科核心素养重要而不可缺或的环节。

2 教学素材的教育价值及功能分析

2.1 课标要求

课标作为化学教学的纲领性文件，对于课程目标、课程内容、教学方法、教学评价等具有指导作用。在高中化学课程标准中，《化学反应原理》模块分为3个主题。即主题1-化学反应与能量，主题2-化学反应速率与化学平衡，主题3-溶液中的离子平衡。“难溶电解质的溶解平衡”是主题3中的内容。梳理初高中《标准》[4]不难看到，在义务教育和高中选修阶段都涉及到了部分的相关内容，具体要求如下：

表1 《标准》对“难溶电解质的溶解平衡”的要求

Table 1 The requirements of curriculum standard for \"dissolution of the undissolved electrolyte balance\" 阶段 义务教育 模块或主题 水与常见的溶液 内容标准 了解饱和溶液和溶解度的含义 活动与探究建议 利用溶解性表或溶解度曲线，查阅有关物质的溶解性或溶解度；依据给定的数据绘制溶解度曲线。 高中选修阶段 溶液中的离子平衡 能描述沉淀溶解平衡，知道沉淀转化的本质 查阅资料并交流：含氟牙膏预防龋齿的化学原理，提出加氟预防龋齿需要注意的问题。 从《标准》中可以看出，在义务教育阶段，学生就已经从定性和定量的角度认识了物质的溶解性，但对沉淀-溶解的认识是单向的、静态的。在高中选修阶段则要求从平衡、动态、变化的角度理解沉淀的溶解，转化过程。从《标准》对本节内容的活动探究建议可以发现， *通信联系人，E-mail：**************.cn

我们可以利用生活中的相关素材来培养学生发现问题，解决问题的能力并且要求学生能够利用所学知识来解释生活中的一些现象或是解决问题。

教材是教师在授课时的直接参考资料，教材中的教学素材对于课堂教学的实施起着至关重要的作用。对人教版、鲁科版、苏教版中所涉及到的教学素材及其功能分析统计如表2 所示：

表2 三版教材中涉及的《难溶电解质的沉淀溶解平衡》教学素材

Table2 The teaching material of“dissolution of the undissolved electrolyte balance ” of textbooks 教学素材 教材版本 章节名称 沉淀溶解平衡原理 从动态平衡的角度通过描述解释AgCl的溶解沉淀的过程；从难溶电解质的溶解人教版 平衡 平衡移动的角度解释CaCO3的溶解，并通过Mg(OH)2的溶解实验进行思考交流；给出几种难溶电解质的Ksp 水垢中的Mg(OH)2沉淀的形成；误食可溶通过向PbI2饱和溶液上清液中滴加KI的实验证明溶液中存在鲁科版 沉淀溶解平衡 Pb2+；给出几种难溶电解质的Ksp ZnS-CuS的沉淀的转化实验 石灰石外壳的形成；工厂废水处理时可FeS除去重金属离子 石灰岩溶洞的形成；误食可溶性钡盐洗胃通过向PbI2饱和溶液上清液中难溶电解质的沉淀苏教版 溶解平衡 滴加AgNO3的实验证明溶液中存在Pb2+；给出几种难溶电解质的Ksp AgCl-AgI-Ag2S的沉淀转化实验 的原理；氟化物防龋齿资料；交流讨论怎样除去锅炉水垢；除去硫酸铜溶液中混有少量铁离子的原理及流程 性钡盐洗胃的原理；石灰岩溶洞和珊瑚虫AgCl-AgI-Ag2S的沉淀转化实验；Mg(OH)2-Fe(OH)3沉淀的转化实验 氟化物防龋齿资料卡片；利用化学沉淀法除杂的工艺 沉淀的转化 沉淀溶解平衡的应用 对比人教版、鲁科版、苏教版三个版本的教材，都给出了沉淀溶解平衡原理、沉淀平衡的应用、沉淀的转化三大板块的教学内容，以期能实现课标中“能描述沉淀溶解平衡，知道沉淀转化的本质”的内容标准。由此可知，沉淀溶解平衡与沉淀的转化是本节内容的核心知识，而沉淀平衡的应用则是对本节内容的综合应用。对于沉淀-溶解平衡原理，鲁科版与苏教版教材均通过实验证明了难溶电解质溶液在一定的条件下存在沉淀-溶解平衡。因此，从教学素材的功能看，鲁科版与苏教版的素材旨在激发学生的学习兴趣，培养学生的科学探究能力。而人教版则是开门见山，通过列举几种物质的溶解性，以数据引发学生的思考。再以AgCl为例，深入讲解了沉淀溶解平衡。对于沉淀的转化，3个版本的教材都将其隶属于沉淀溶解平衡的应用中，均给出了不同的活动探究实验来说明沉淀转化的原理和条件，且列出沉淀平衡的实际应用并且解释其应用原理。

根据以上的教学素材分析可知，虽然3个版本教材的编排方式和设计活动有所不同，但其教学素材都体现出了沉淀溶解平衡的原理、变化、应用。且主要蕴含了“变化观念与平衡思想”的学科核心素养，教材中的活动探究又可以培养学生的“实验探究与证据推理”的能力，这些都体现了化学学科特有的思想和方法。

3 学情分析

表3 学情分析

Table 3 Student level analysis 已知 化学平衡的观点与平学情 衡移动原理；电离平衡、水解平衡理论； 未知 对不溶、难溶、微溶的概念模糊不清；衡；通过培养学生“变化观念与平衡思想”对沉淀溶解平衡原理理解不清晰；不的化学学科素养，从而建立其对立统一的知道沉淀的转化相关知识。 哲学思想与平衡观。 目标 能够用化学平衡的观点研究沉淀溶解平4 教学设计思路 根据先行组织者策略[5]可知，难溶电解质的溶解平衡相对于化学平衡是属于下位组织者，

而相对于易溶电解质的溶解平衡属于并列组织者，学生在本章第一节已学习过易溶电解质的结晶-溶解平衡。因此，本文先通过易溶电解质的溶解平衡类比引入，并以化学平衡概念进行总结、归纳。最后，学生便自然的将难溶电解质的溶解平衡这一内容整合到已学过的化学平衡这一上位概念中。

易溶电解质的难溶电解质沉淀的转化

溶解平衡 的溶解平衡 创设 问题 情境 学生 活动 拓展 应用 中心 思想 情境3 实验2的方式可以情境1 如何使饱和的NaCl溶液析出晶体？ 情境2可溶电解质存在溶液平衡，那难溶电解质呢？ 生成沉淀，如若减小溶液中电离出的离子浓度呢？ 思考交流1：可从哪些角度分析问题（降温、蒸发、化学平衡） 思考交流2：阅读人教版教材P61，并思考问题。 思考讨论3：怎样可以减小Mg(OH)2溶液中OH-的浓度？ 学生实验2：向AgNO3加入等量学生实验1：向饱和NaCl溶液中加入CaCl2固体、浓盐酸HCl，从而猜想。 的KSCN、再滴加少量FeCl3、AgNO3，证明难溶电解质存在沉淀溶解平衡，并从化学平衡移动的角度说明沉淀的生成。 学生实验3：提供MgCl2 NaOH、NH4Cl、FeCl3，引导学生进行Mg(OH)2的溶解与转化实验 工业处理含氟废水时，经常加入CaCl2降低CaF2的浓度。 运用沉淀平衡原理解释钡餐的选择原理；化学沉淀法废水处理工艺示意图 思考：水垢中的Mg(OH)2是怎样生成的？ 易溶、难溶电解质存在溶解平衡，并且遵循化学平衡移动的原理。 从沉淀的生成、溶解，也可以转化为另一种沉淀，树立事物是相对的，处于动态的、变化的思想。 5 教学过程 5.1 由旧引新，建立易溶电解质的溶解平衡

【问题情境1】如果想从饱和的NaCl溶液中得到NaCl固体，可以采用什么样的方式？在这个过程中导致NaCl固体形成的实质是什么？请从化学平衡移动的角度思考。 【思考与交流1】从初中所学知识出发，可以通过蒸发，降温的方式。

【问题驱动】从平衡移动的角度思考，蒸发和降温是怎样使得饱和NaCl溶液结晶的？ 【总结提问】从平衡移动的角度思考，蒸发即增大了溶液中Na+、Cl-的浓度，使溶解结晶平衡向离子浓度减小的方向（逆方向）进行。降温亦是使平衡向逆方向进行。如果向饱和NaCl溶液中加入浓HCl，结果会怎样呢？请用实验证明。

【学生实验1】提供给学生饱和的NaCl溶液、浓盐酸HCl、烧杯、滴管等实验仪器。学生通过实验发现，向饱和的NaCl中滴加浓HCl后，溶液中有沉淀生成。 【总结归纳】通过加入与NaCl溶液相同的离子的酸（或碱、盐），从而使NaCl的溶解度降低的现象被称为同离子效应。

【拓展应用】展示同离子效应在工业处理含氟废水时的应用。

设计意图：学生在初中阶段知道蒸发、降温的方式可以使饱和溶液析出晶体，但不知道变化的实质是什么。而实际上，蒸发、降温相当于平衡移动原理中的降低浓度、改变温度。此问题情境由旧知引出新知，从事物的本质出发，将新旧知识重组，优化学生的认知结构。让学生学会用化学平衡原理去分析问题。

5.2 从宏观-微观，揭示平衡内部联系与外在表现之间的相互关系 【问题情境2】通过以上实验证明了在易溶电解质中存在着沉淀-溶解平衡，如果是在难溶电解质中呢？存在沉淀溶解平衡吗？

【思考与交流2】阅读教材P61中的思考与交流，谈谈你对“溶”与“不溶”的理解。

【小结归纳】“溶”与“不溶”只是相对的，没有绝对的不溶的物质。根据物质的溶解度大小可以分为易溶、可溶、微溶、难溶。接下来，我将提供给大家AgNO3、 KSCN、FeCl3，请大家交流思考，并证明难溶电解质中存在溶解平衡吗？已知AgSCN为白色沉淀，Fe(SCN)3为红色络合物。

【学生实验2】向AgNO3加入等量的 KSCN，再取其上清液，向其中加入FeCl3发现有血红色物质生成，极易推测出此红色物质便是Fe(SCN)3，说明在AgSCN沉淀中存在着SCN-。再向血红色溶液中加入AgNO3，红色沉淀又变为无色。此过程即为增大沉淀中某种离子的浓度，平衡即向逆方向进行。说明平衡的变化性、动态性。

【学生活动】阅读教材中的资料，了解化学沉淀法废水处理工艺示意图。

设计意图：通过AgSCN的沉淀、SCN-的检测、AgSCN的再沉淀，溶液的颜色由白色-红色-无色。颜色变化给学生带来的宏观视觉上的冲击，恰到好处的揭示了整个过程中溶液中平衡的变化过程，将平衡的内部变化与外在表现联系起来，给学生留下深刻的印象。 5.3 沉淀的溶解与转化，培养其对立统一的哲学思想

【问题情境3】通过实验2可以得知，向沉淀的饱和溶液中加入其中一种离子可以导致该溶液再沉淀。从化学平衡的角度思考，即增大该溶液中离子的浓度，平衡便会朝着减小该溶液中离子浓度的方向进行。如若减小溶液中电离出的离子浓度呢？会有什么样的现象？以Mg(OH)2的饱和溶液为例。

【思考与交流】学生经分析后，很容易得知减小溶液中某种离子的浓度，平衡将会朝着该离子浓度增大的方向移动，即沉淀的溶解。

【问题驱动】有什么样的方式可以改变Mg(OH)2中某种离子的浓度呢？

【思考与交流】学生思考后得出，可以通过减小Mg2+或OH-的浓度来进行实验探究，可以通过将Mg2+沉淀的方式减小Mg2+的浓度，而减小OH-的浓度既可以形成弱电解质NH3·H2O，也可以形成沉淀的方式。

【问题驱动】为便于观察，最佳的实验方案应该是哪一个？

【思考与交流】如果选择沉淀Mg2+，新生成的沉淀与Mg(OH)2的颜色相同，即便是有新生成的沉淀，势必会影响观察，实验现象不明显。为便于观察，学生很容易便会选择形成有颜色Fe(OH)3。或是形成NH3·H2O，可以观察到沉淀的减少。

【学生实验3】提供MgCl2、NaOH、NH4Cl、FeCl3，引导学生进行Mg(OH)2的溶解与转化实验，并完成表3。通过实验，学生发现滴加NH4Cl与FeCl3都减小溶液中OH-的浓度。滴加NH4Cl导致了沉淀的溶解，滴加FeCl3却是导致了沉淀的转化，其实质都是平衡的移动。

表4 Mg(OH)2的溶解和转化实验

Table4 Dissolution and transformation experiments of Mg (OH) 2 现象 反应方程式 Mg(OH)2 NH4Cl Mg(OH)2 FeCl3 【问题驱动】在实验3中，向Mg(OH)2中滴加FeCl3导致了Mg(OH)2沉淀转化为Fe(OH)3，是否是任意一种沉淀都可以转化为其阴阳离子所构成另一种沉淀呢？请大家设计一个最简单实验证明。

【思考与交流】学生通过思考与交流得出，解决此问题最佳方式是通过向Fe(OH)3中滴加MgCl2，观察红色沉淀是否会转化为白色沉淀。

【学生实验】通过实验可以发现，向Fe(OH)3中滴加少量的MgCl2时，沉淀并不会转化，但当MgCl2的浓度较大时，部分Fe(OH)3沉淀也会转化为Mg(OH)2

【拓展应用】加热可使天然水产生MgCO3沉淀，但是镁在水垢中却主要以Mg(OH)2的形式存在，请查阅资料并分析，水垢中的Mg(OH)2是怎样生成的？ 设计意图：从沉淀溶解和沉淀转化的实质出发设计探究实验，学生通过实验从本质上理解了沉淀的溶解和转化都是平衡的移动。进一步理解了沉淀-溶解平衡中蕴含的平衡与变化思想，并且学会了运用化学平衡原理来分析沉淀-溶解平衡。通过设计实验，亦培养学生的探究能力和证据推理能力。而沉淀与沉淀之间的相互转化，亦是培养了学生事物是相对的对立统一的思想。

6 教学设计反思

6.1 研究不足

本教学设计暂时还处于理论设计阶段，未进行教学实践。因此，实际教学效果还有待考察，后期笔者将会对此教学设计进行教学实践，并针对其中的不足进行改进。

6.2 设计特色

本教学设计结合三版教材中的教学素材，将难溶电解质的溶解平衡一节知识与实验进行有机整合。将化学平衡思想贯穿整个教学设计中。学生通过实验设计、将难溶电解质的沉淀、溶解、转化建构到自己的原有的知识体系中。既培养学生的“科学探究”与“证据推理”能力，也加深对变化观念与平衡思想的理解。

参考文献

[1] 张华. 论核心素养的内涵. 全球教育展望.2016(4):10-24.

[2] 钟启泉.核心素养的“核心”在哪里—核心素养研究的构图[N].中国教育报，2015-04-01. [3] 钟启泉. 基于核心素养的课程发展:挑战与课题[J]. 全球教育展望,2016,45(01):3-25. [4] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（实验）. 北京：人民教育出版社，2003. [5] 郭佳. 基于先行组织者的沉淀溶解平衡教学研究[D].山东师范大学,2015.

Teaching Design of \"Dissolution of Insoluble Electrolyte Balance\" Based 0n

Chemistry Core Competence

LUO Ming-Yue LI Yuan-Rong*

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest University, Chongqing；400715)

Abstract Based on the chemistry core competence, this article carries on the teaching design to “dissolution of the undissolved electrolyte balance” in elective four of the high school chemistry. Based on the analysis of the class content, find the core competence in this class. The teaching design is carried out according to the design idea of \"dissolving balance of soluble electrolyte -

dissolution of insoluble electrolyte and change of sedimentation\". The whole teaching design to experimental inquiry deepens, \"concept of change and balance\" permeates the whole teaching process, reveal the relationship between internal links and external performance about equilibrium. The whole teaching design is based on experimental inquiry and penetrates into the whole teaching process, revealing the relationship between dissolution balance, internal connection and external performance. By observing the macro experimental phenomena, the students reasoning and demonstrating the movement of micro material, and train their ability of \"scientific inquiry\" and \"evidential reasoning\" so as to promote the formation of the core competence

Key words chemistry core competence; teaching design; dissolution of the undissolved electrolyte balance