教育专题：难溶电解质的溶解平衡教案-陈锐彬

难溶电解质的溶解平衡教学设计化学PIC教学模式的实践应用汕头市东厦中学 高二级化学 陈锐彬本课系2015年汕头市化学公开课，此文已在化学教与学发表一、教学指导思想水溶液中的离子平衡是重要的化学原理。这些原理需要由特殊到一般、由具体到抽象、由现象到本质的教学过程，才能使学生正确认识、掌握并灵活运用；需要在感性认识和理性认识的不断循环中进行归纳和演绎等逻辑推理。二、教学内容分析第三章从知识层面看包括：电离平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡。而纵观整章渗透的是学生从微粒观的角度认识和分析溶液的变化。溶质溶于水，依据电离的程度分为强弱电解质；水的电离平衡使得分析溶液的视角从原来的只关注溶质转向兼顾溶剂；酸碱溶于水及盐类水解导致溶液酸碱性的体现恰好是溶质与溶剂电离出的微粒相互影响和相互作用的结果；难溶电解质的溶解平衡则进一步丰富了学生对溶液体系的认知。“难溶电解质的溶解平衡”在工业生产、科研与环境保护领域应用广泛。在无机物的制备和提纯、废水处理等方面，常利用生成沉淀而达到分离或除去某些离子的目的。所以，本节关于沉淀的应用要与生产、生活实际相联系，凸显化学平衡和沉淀溶解平衡原理的实用价值。三、学生情况分析1、学生已有的经验和知识学生们对固体溶质和溶液中的溶质在水中存在溶解和结晶的两个互逆过程，也就是对“溶解平衡”有初步的了解，但对于“沉淀溶解平衡”是如何建立的以及沉淀溶解平衡深层次的理解和应用还没有认识。2、学生的认知障碍点分析学生容易误会只有难溶电解质才存在溶解平衡，且不能从微观角度（离子浓度）理解饱和溶液中存在溶解和结晶两个互逆过程。 学生对于沉淀的转化存在认识障碍，因为在学生原有的认识中是“盐和盐反应必须都可溶”。且对“溶”与“不溶”的相对性不理解。 对溶解平衡表达式：Mg(OH)2(s) Mg2(aq) + 2OH(aq) 学生容易与物质的电离方程式混淆。 对于向Mg(OH)2溶液中加入NH4Cl溶液，沉淀溶解的原理学生容易混淆用盐类水解理论解释。四、教学目标目标维度教学目标知识与技能认识溶解平衡；了解难溶电解质的溶解平衡；能应用难溶电解质的溶解平衡原理解释生活中的常见现象。过程与方法由溶解平衡入手，在问题的驱动下，通过实验探究，认识难溶电解质的溶解平衡，逐步形成观察实验现象，研究实验本质，并进行类比归纳的能力。情感态度与价值观 通过教师引导学习，激发学生学习兴趣，培养学生学习能力，形成学生自主思考、主动提出问题的素养和品质。五、教学重难点通过理论探究及实验探究，理解难溶电解质的溶解平衡；并学会从平衡角度判断溶解平衡的移动。六、教学设计1、设计思路以难溶电解质溶解平衡概念建构为主线，问题（任务）驱动为方法，学生活动为主体，实验教学、类比教学为手段，构建以化学概念为目标的一种教学思路。2、教学方法PIC教学模式的应用：“问题探究建构（Problem-Inquiry-Construct）”教学模式是一种化学探究式教学模式，以问题为中心，强调引导学生自主建构知识网络体系。在本节课中笔者运用这种教学模式设计教学过程，以各个问题情景为明线，以知识建构为暗线。3、教学流程七、教学环节情景引入：展示图片，设置问题【引入】同学们，我们以化学平衡理论为基础，已经学习了电离平衡、水解平衡，今天要学习的是溶解平衡。【提问】课本向我们提的第一个问题是：1、Ag+ 和Cl 结合生成AgCl的反应能进行到底吗？【展示】在日常生活生产中，像这样的问题还有很多。展示溶洞、龋齿的图片。【提问】2、吃糖过多为何会产生龋齿？3、“钡餐”为何不选择BaCO3？4、溶洞是如何形成的？【板书】第四节 难溶电解质的溶解平衡【设计意图】连续设问，创造问题情景，引导学生产生疑问，并带着疑问进入课堂。从教材中Ag+ 和Cl 反应的限度问题开始，连续提出了龋齿的产生、医学上的“钡餐”、溶洞的形成等问题。把疑问从化学平衡的理论一步一步地带到生活中，引导学生学习理论去解决生活问题。任务1：建立饱和NaCl溶液的溶解平衡【过渡】为了找到问题的答案，我们需要研究难溶电解质的溶解平衡。而在此之前，我们先从建立可溶电解质的溶解平衡入手，由易到难，水到渠成。【展示】室温下NaCl的饱和溶液，并明确NaCl的溶解是在水分子的作用下实现的。【提问】欲使该溶液中的NaCl析出的方法有哪些？【回答】加热浓缩（蒸发结晶）。【提问】在该溶液中滴加几滴浓盐酸，有何现象出现？【演示实验】取1 mL NaCl饱和溶液于试管中，滴加几滴浓盐酸，即可观察到大量白色固体产生。【讨论】你认为发生上述变化现象的原因是什么？【分析】根据溶液中离子的组成，析出的只能是NaCl晶体。由于浓盐酸的加入，使c(Cl)明显增大，进而使溶液中Na 和Cl 结晶速率加快，所以有NaCl晶体析出。【板书】建立平衡：NaCl(s) Na(aq) + Cl(aq)改变条件：溶液中c(Cl)增大平衡移动：平衡左移造成结果：NaCl晶体析出【设计意图】通过演示实验，观察实验现象，在问题的驱动下，结合化学平衡解决问题，初步认识NaCl饱和溶液中也存在着平衡现象，建构可溶性电解质的溶解平衡，为难溶性电解质的溶解平衡的建立做铺垫。任务2：建立Mg(OH)2沉淀的溶解平衡【过渡】可溶性电解质溶液存在溶解平衡，难溶（不溶）电解质溶液是否也存在溶解平衡？【讲解】我们知道，溶液中有难溶于水的沉淀生成是离子发生的条件之一。例如，MgCl2溶液和NaOH溶液混合，生成白色沉淀Mg(OH)2（Mg2 + 2OH = Mg(OH)2）。【引导】查阅Mg(OH)2的溶解性不溶。为了验证Mg(OH)2的溶解性，我们将进行实验探究。【分组实验】取少量Mg(OH)2于试管中，加入约2 mL蒸馏水，振荡，再滴入23滴酚酞溶液。观察到：试管中仍有白色固体，加入酚酞后溶液变红。【提问】你认为出现上述现象的原因是什么？【分析】溶液变红溶液呈碱性溶液中有足量OH有少量Mg(OH)2溶解。【板书】Mg(OH)2(s) Mg2(aq) + 2OH(aq)【设问】溶解性表错了吗？【分组讨论】查阅溶解度表与溶解性表，谈谈你对“溶”与“不溶”的理解。【总结】习惯上，将溶解度小于0.01g的电解质称为难溶电解质。难溶电解质的溶解度尽管很小，但不会等于0。溶与不溶是相对的，没有绝对不溶的物质。【过渡】既然Mg(OH)2沉淀在溶液中存在少量溶解现象，那么它应该存在溶解平衡。【展示】Mg(OH)2固体在水分子的作用下溶解变成离子及离子通过碰撞重新结合为Mg(OH)2沉淀的微观过程。【讲解】从固体溶解的角度理解Mg(OH)2在溶液中存在两个过程：一方面，少量 Mg(OH)2沉淀溶解在水中形成Mg2 和OH ；另一方面，溶液中的Mg2 和OH 结合成沉淀在Mg(OH)2表面析出。【板书】Mg(OH)2(s) Mg2(aq) + 2OH(aq)【提问】难溶电解质如Mg(OH)2在溶液中什么情况下就算达到溶解平衡？【回答】在一定条件下，当沉淀溶解和生成的速率相等时，得到Mg(OH)2饱和溶液，即建立了动态的溶解平衡。【引导】结合化学平衡的定义，请同学们在学案上填写难溶电解质溶解平衡的定义。【板书】1、难溶电解质溶解平衡的定义【总结】在一定条件下，难溶电解质溶解成离子的速率和离子结合成沉淀的速率相等，溶液中各离子的浓度保持不变的状态，就是难溶电解质的溶解平衡状态。【引导】结合化学平衡的特征，请同学们归纳出难溶电解质溶解平衡的特征。【板书】2、特征：逆、等、动、定、变【总结】逆可逆过程 等v (溶解) = v (沉淀)，溶液达到饱和 动动态平衡，v (溶解) = v (沉淀) 0 定溶液中各离子浓度保持不变 变条件改变，平衡发生移动【引导】对照NaCl的溶解平衡，如何用方程式表示Mg(OH)2的溶解平衡过程？【板书】3、表达式：Mg(OH)2(s) Mg2(aq) + 2OH(aq)【练习】请书写以下物质溶解平衡的表达式：氯化银、氢氧化铝。【回答】AgCl(s) Ag+(aq)+Cl(aq) Al(OH)3(s) Al3+(aq)+3OH(aq)【学以致用】1、Ag+ 和Cl 的反应能进行到底吗？【分析】Ag+ 和Cl 反应产生的AgCl沉淀存在溶解平衡。生成沉淀的离子反应不能真正进行到底。所谓沉淀完全在化学上通常指残留在溶液中的离子浓度小于110-5 mol/L。【引导】难溶电解质存在溶解平衡，平衡在什么情况下会发生移动呢？结合化学平衡的影响因素，请同学们归纳出难溶电解质溶解平衡的影响因素。【板书】4、影响难溶电解质溶解平衡的因素【汇报】（1）内因：电解质本身的性质（主因） （2）外因：浓度：减小离子浓度（加水），平衡向沉淀溶解方向移动。 温度：升高温度，促进多数沉淀溶解。特例：Ca(OH)2 【设计意图】任务2为本节课的核心内容，通过对实验探究的宏观理解，再结合Mg(OH)2溶解平衡的微观解释，运用“问题探究建构”PIC模式，通过类比对照、归纳总结，引导学生自主得出难溶电解质的溶解平衡的定义、特征、表达式和影响因素，实现了对本节课重点内容的突破。学以致用：重回情景，解释生活生产中具体问题【学以致用】2、人体牙齿主要的无机成分是羟基磷灰石Ca5(PO4)3(OH)，是一种难溶的磷酸钙类沉积物。在口腔中，牙齿表面的羟基磷灰石存在着这样的溶解平衡：Ca5(PO4)3(OH)(s) 5Ca2+(aq) + 3PO43(aq)+OH(aq)如果我们吃过多甜食后没有及时漱口或刷牙，口腔中残留的食物在酶的作用下，会分解产生酸性物质，易导致龋齿的发生。你能从溶解平衡的角度解释产生龋齿的原因吗？【回答】酸性物质含大量H+，能结合OH使c(OH)减小，羟基磷灰石的溶解平衡向溶解方向移动，结果牙齿溶解了，形成龋齿。【引导】从溶解平衡的角度分析问题有三个步骤：条件改变平衡移动造成结果。【学以致用】3、BaSO4(s) Ba2+(aq)+SO42(aq) 溶解度为2.410-4g BaCO3(s) Ba2+(aq)+CO32(aq) 溶解度为2.010-3g 利用X射线对钡的穿透能力较差的特性，医学上在进行消化系统的X射线透视时，常使用BaSO4做内服造影剂，这种透视俗称“钡餐”。由于Ba2+有毒，所以水溶性钡盐不能用作钡餐。BaCO3和BaSO4都是难溶于水的，由它们的溶解度可知，它们在饱和溶液中电离出的Ba2+的浓度相差并不是很大，但是BaCO3不可用作钡餐，而BaSO4则可以，你能从溶解平衡的角度解释这种选择的原因吗？【回答】胃酸（主要成分是盐酸）与CO32 反应，使BaCO3的溶解平衡右移，造成Ba2+ 浓度增大而引起人体中毒。【设计意图】紧扣情景引入，引导学生由难溶电解质溶解平衡的角度解释龋齿的成因，“钡餐”的选择问题，达到学以致用的目的；培养学生从难溶电解质溶解平衡的角度分析问题和文字表达的能力。任务3：验证Mg(OH)2沉淀溶解平衡的移动【拓展延伸】为了更好地理解难溶电解质溶解平衡及平衡的移动，我们将对一些影响因素进行深入分析。【设计实验】Mg(OH)2存在以下平衡：Mg(OH)2(s) Mg2(aq) + 2OH(aq)，请设计实验方案，促进Mg(OH)2沉淀溶解。【回答】1、升高温度；2、加入蒸馏水；3、加入盐酸；4、加入NH4Cl溶液【提问】加入NH4Cl溶液真能促进Mg(OH)2沉淀溶解？【演示实验】取1mL 1mol/L MgCl2溶液于试管中，加入1mL 2mol/L NaOH溶液，振荡。待完全反应生成Mg(OH)2沉淀后，再加23mL NH4Cl溶液，振荡。观察到白色沉淀逐渐溶解。【拓展延伸】思考NH4Cl溶液为什么能促进Mg(OH)2沉淀溶解？【讨论汇报】讨论后有两种预测结论： 部分学生认为NH4Cl在水中完全电离出NH4+，NH4+ 结合OH 使沉淀溶解； 部分学生认为NH4Cl水解显酸性消耗OH使沉淀溶解。【引导】现在的问题是：到底是NH4+ 促进沉淀溶解还是H+ 促进沉淀溶解？【提问】结合所学的知识，请设计实验验证刚才的预测。【引导】我们知道，酸是可以和碱反应使Mg(OH)2沉淀溶解的，也就是说足量H+ 可以促进Mg(OH)2沉淀溶解。那么我们要验证的是足量NH4+ 能否促进Mg(OH)2沉淀溶解。NH4Cl水解显酸性显然不是合适的试剂，若要排除H+ 的干扰，尽量选择中性试剂。【帮助】提供一种试剂：CH3COONH4 溶液，几乎呈中性。【分组实验】取1mL 1mol/L MgCl2溶液于试管中，加入1mL 2mol/L NaOH溶液，振荡。待完全反应生成Mg(OH)2沉淀后，再加23mL CH3COONH4 溶液，振荡。【观察验证】沉淀逐渐溶解，说明是NH4+ 结合OH 使沉淀溶解。【讲解】溶液中离子的行为是复杂的，有多种因素在影响着，我们要确定哪种因素是主要的。NH4Cl在水中完全电离出NH4+ ，只有极少数发生水解，因此NH4+ 结合OH 使沉淀溶解是主要影响因素。但少数NH4+ 水解后产生的H+ 也能结合OH 使沉淀溶解，只是在这个问题上它不是主要因素。像AlCl3使Mg(OH)2沉淀溶解的原理也是一样的。【设计意图】通过促进Mg(OH)2沉淀溶解的实验方案设计，加深对难溶电解质溶解平衡的理解；通过实验探究，解决了溶解平衡移动的认知障碍，并使学生再次亲身体会并感受难溶电解质中存在溶解平衡现象。小结归纳：难溶电解质的溶解平衡【投影】难溶电解质的溶解平衡1、定义：2、特征：逆、等、动、定、变3、表达式：Mg(OH)2(s) Mg2(aq) + 2OH(aq)4、影响因素：内因（物质本身）；外因（c、T）【科学视野】溶洞都分布在石灰岩组成的山地中，石灰岩的主要成分是碳酸钙，当遇到溶有二氧化碳的水时，会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙。CaCO3(s) Ca2+(aq)+CO32(aq) CO32+CO2+H2OHCO3溶有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时，溶解在水里的碳酸氢钙就会分解，重新生成碳酸钙沉积下来，同时放出二氧化碳：Ca(HCO3)2CaCO3 + CO2+H2O洞顶的水在慢慢向下渗透时，水中的碳酸氢钙发生上述反应，有的沉积在洞顶，有的沉积在洞底，洞顶的形成钟乳石，洞底的形成石笋，当钟乳石与石笋相连时就形成石柱。随堂练习：回归练习，巩固提升【练习】1、AgCl 沉淀的溶解平衡：AgCl(s) Ag(aq) + Cl(aq)，判断下列说法正误。达到沉淀溶解平衡时，AgCl沉淀生成和沉淀溶解不断进行，但速率相等（ ）AgCl难溶于水，溶液中没有Ag和Cl（ ）升高温度，AgCl的溶解度增大（ ）向AgCl饱和溶液中加入NaCl固体，会析出AgCl沉淀（ ）2、在一定温度下，Mg(OH)2固体在水溶液中达到下列平衡：Mg(OH)2(s) Mg2(aq)2OH(aq)，若使固体Mg(OH)2的量减少，而c(Mg2)不变，可采取的措施是 【作业】 课时作业+每课一题。【板书】 难溶电解质的溶解平衡1、定义： 2、特征：3、表达式： Mg(OH)2(s) Mg2(aq) + 2OH(aq)4、影响因素：内因（物质本身）；外因（c、T）