由“黄金雨”实验设计“沉淀溶解平衡”的主题式复习

GXF360 2019-11-28

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“主题式复习”的基本模式是围绕一个主题，教师将涉及到的知识以教学情境为载体逐渐呈现。学生从情境中提取知识、发现问题，通过探究实验、交流讨论、归纳总结等多样化活动，建构完整的知识网络，提升学习能力［1］。受江苏高考模式影响，高三化学课时较少，“主题式复习”在复习课中具有应用优势。本文以“沉淀溶解平衡”为例，通过教学设计与实施对高三化学主题式复习课进行探索。

第四，实行绿色生产：推广生物肥料，施用农家肥；使用治标又治本的植物农药；秸秆还田，改良土壤，减轻对化肥的依赖，减少环境污染。

一、实验素材背景

“沉淀溶解平衡”是“溶液中的离子反应”的重要组成部分，是“化学平衡”的延续和发展，其教学价值重在帮助学生从微观的角度认识物质在水溶液中的行为，发展微粒观、平衡观、定量观。选择“黄金雨”趣味实验为背景，该实验融合“沉淀溶解平衡”，宏观可见、微观可探，是高三化学复习的好素材。

“黄金雨”实验的主角是碘化铅（PbI2），在含有可溶性铅盐溶液里滴入KI溶液，产生鲜艳的黄色沉淀PbI2，由此引出课题——“沉淀溶解平衡”。PbI2除了本身的明黄色以外，还有一个显著的特点，就是它在水中的溶解度在不同温度下的变化比较明显，20℃时溶解度仅0.069g，而80℃时可达0.294g，这是一个物质溶解度随温度变化的十分好的素材。再有，温度影响溶解平衡的事实，可以与后面复习平衡移动相呼应。冷却加热所得淡黄色清液，金色小晶体从各个角落均匀析出，闪闪发光、十分夺目。另外“黄金雨”实验存在重金属离子污染问题，以此演绎平衡移动，聚焦Pb2+处理，根据平衡移动原理指导实践，讨论实验方案，体会化学学科价值。

二、教学设计思路

近年来，“沉淀溶解平衡”是高考的固定考点，题型稳定。考试说明要求：“理解难溶电解质的溶解平衡、能运用溶度积常数（Ksp）进行简单计算”，主要考查学生对基本概念的理解和对Ksp的认识和应用，并能在此基础上评价不同实验方案。中学阶段对这部分内容已十分控制难度，但“沉淀溶解平衡”作为教材内容的最后一个平衡体系，理论性强、概念抽象，许多学生存在较明显的认知缺陷，知识片段式、零碎化。

本节复习课以“黄金雨”实验为情境载体，结合考纲展开教学设计，首先欣赏“黄金雨”，激发学生的研究热情；随即制备PbI2，唤醒记忆、回归概念，讨论试管中的离子反应及平衡体系，深度辨析概念、通过数型结合强化Ksp的应用；之后呼应主题，学生制作“黄金雨”，体会美丽化学；紧接着抛出Pb2+污染问题，引导学生利用沉淀转化解决问题。通过复习唤醒、整合、内化、提升。在深度辨析概念的基础上，引导学生进行定性分析、定量计算，辅以生动的实验，夯实基本概念和基础知识的同时，培养信息加工和解决实际问题的能力，发展化学服务于社会和谐发展的学科价值观。相关教学流程见图1。

三、教学过程设计

1.课题引入制备PbI2

课前在讲台上放置一台磁力搅拌器，瓶内物质在搅拌下缓慢旋转，在灯光照射下金光闪闪，并利用投影仪在屏幕播放。为加强体验，每小组的实验盒中也放置一小瓶黄金雨，让学生振荡后用电筒照射，近距离欣赏。

图1“沉淀溶解平衡”复习课教学流程

图2“黄金雨”实物展示

［学生实验1］取5mL 0.2mol·L-1KI溶液于试管中，往其中加入2mL 0.1mol·L-1（CH3COO）2Pb溶液，充分振荡后静置。提醒：注意I-过量！

［思考］这个体系中主要存在着怎样的化学平衡？

［反馈］大量Pb2+与I-结合产生了黄色PbI2沉淀： pagenumber_ebook=47,pagenumber_book=45 。此体系中主要存在沉淀溶解平衡：

［动画］PbI2固体在水中，一方面，在水分子的作用下，少量Pb2+和I-脱离PbI2固体表面进入水中；同时，进入水中的Pb2+和I-又受正负离子的吸引，回到固体表面析出。当沉淀溶解速率和生成速率相等时，得到PbI2饱和溶液，建立沉淀溶解平衡。

将物质的质量、体积等转变为物质的量,再以滴定或化工流程中客观存在的反应的化学方程式、离子方程式、电离方程式或关系式等为载体,由已知物质的物质的量计算出目标物质的物质的量,最后确定目标物质的质量、浓度、纯度等。

比如在学习“三角形的稳定性”的时候，有的教师只是强制学生记住三角形的这个特点，既不讲为什么，也不结合生活进行讲解。针对有的学生提出的问题：“三角形只有三条边，四边形有四条边，为什么四条边的四边形的稳定性反倒不如只有三条边的三角形？”，教师视而不见，让学生自己去思考。这种不负责任的教学态度既打消了学生的探索兴趣和欲望，同时也是不尊重学生发展的行为，必须要改变。

［辨析］ pagenumber_ebook=47,pagenumber_book=45 的含义。大部分像PbI2这样的难溶性盐，又如BaSO4、AgCl等，都是强电解质。电离过程和溶解平衡过程各自存在、但各不相同，不能混为一谈，我们要用规范的化学用语表示。这个表达式还可以标明状态： pagenumber_ebook=47,pagenumber_book=45 区分电离过程。

［归纳］这里的宏观现象、微观探析、符号世界是物质的三重表征。微观结构决定宏观性质，符号作为中介，增强对物质的认识、概念的思辨，这是化学学科最具特色的思维方式。复习中同学们可以多加尝试，定会事倍功半。

［设计意图］苏教版教材利用检验PbI2上层清液中I-的实验引出课题“沉淀溶解平衡”，其中PbI2试剂是直接呈现的，且高中教材中PbI2仅在此出现过一次，学生比较陌生。本节复习课利用复分解反应再现PbI2，唤醒记忆，KI和（CH3COO）2Pb溶液混合制备PbI2，且实验时强调I-过量，为后续探究铺路。从宏观现象入手引出体系中的离子反应及主要存在的化学平衡，辨析离子反应、沉淀溶解平衡、电离方程式，在思辨中加深对“沉淀溶解平衡”的理解，强调“宏观—微观—符号”三重表征。

2.数型结合感知平衡

［活动］已知25oC，Ksp（PbI2）＝8.0×10-9，PbI2饱和溶液中c（Pb2+）与c（I-）的关系如下表所示。完成表格，并根据表中数据在坐标系中画出PbI2在水中的沉淀溶解平衡曲线图［2］。

表1 PbI2饱和溶液中c（Pb2+）与c（I-）的关系

［讨论］根据PbI2的沉淀溶解平衡曲线图，回答下列问题：

图3 PbI2的沉淀溶解平衡曲线图

①a点的含义是什么？

②d点有无沉淀？如何改变条件使之析出沉淀？

晴雯因为是一个丫鬟，所以她无法达到黛玉的咏絮诗才，但晴雯在自己的领域同样是佼佼者，晴雯带病为宝玉补雀金裘，这是一般人所无法做到的，而且晴雯嫉恶如仇，在王善保家的检抄大观园的时候，她不惜得罪她，黛玉的性格也像晴雯这样疾风骤雨。

③通过蒸发能否将d点变到c点？

④加入（CH3COO）2Pb固体，能否使溶液由a点变到b点？

⑤b点是否有固体析出？

［反馈］一定温度下，某难溶电解质的饱和溶液，依据溶度积表达式根据一种离子浓度求另一种离子浓度。学生板演PbI2溶度积表达式：Ksp（PbI2）＝c（Pb2+）·c2（I-）。

［归纳］高考题中常有关于平衡曲线的考查，抓住平衡状态，结合溶度积规则，很容易解决相关问题。小结溶度积规则：Qsp＜Ksp：溶液不饱和，无沉淀析出或沉淀溶解；Qsp＝Ksp：溶液饱和，处于平衡状态；Qsp＞Ksp：溶液过饱和，有沉淀析出。

对照组为阿奇霉素,每天口服一次阿奇霉素药物,剂量控制为10mg/kg,连续治疗5d,停药3d为一个疗程,治疗两个疗程。

［设计意图］以PbI2饱和溶液为例，依据Ksp计算、描点、作图，感知沉淀溶解平衡状态。不仅培养识图能力，而且体会作图的过程。知其然，更知其所以然。并根据图像，设计系列追问，加深对Ksp的理解，归纳小结Ksp的应用，建构“沉淀溶解平衡”的认知模型。

解决看病难、看病贵的问题一直是广大农民最迫切的需求之一，新型农村合作医疗的不断实施已取得了明显的效果。作为农村社会保障体系的重要组成部分，完善新型农村合作医疗供给体制，对于农村的经济与社会的发展以及农业现代化的实施具有重要的意义。近年来，新型农村合作医疗供给体制不断完善，受到了广大农民的欢迎，但是，在实施的过程中仍然暴露出了些许问题，需要在今后的实施中进行体制创新，加以完善。本文在总结学术界的探讨以及实地调研的基础上，更加深入的提出建设性的建议。

3.制作“黄金雨” 演绎平衡移动

［学生实验2］将实验1试管充分加热至沉淀基本溶解，冷却、静置后逐渐有金黄色晶体析出。

虚拟模拟技术要做到与交互式教学法的深度结合，弥补传统教学模式的不足，这样才能做到教育“以人为本”，达到教书育人的目的。

［交流］欣赏亲手制作的“黄金雨”，兴奋不已。PbI2黄色浊液随着加热逐渐变澄清，相比于许多白色难溶物的溶解要更加醒目。加热过程中，黄色沉淀逐渐溶解，说明随温度升高，该溶解平衡正向进行，即溶解吸热，ΔH＞0。PbI2晶体呈六棱柱型，拥有八个反光面，冷却时小晶体从各个角落均匀析出。

［过渡］美丽背后存在重金属离子污染的隐患。资料：“PbI2是一种亮黄色重质粉末或六边形鳞片状结晶，熔沸点较高，有毒。Ksp（PbI2）≈8.0×10-9，溶解度S≈0.055g，属于微溶物质。《国家生活饮用水卫生标准》铅含量＜0.01mg·L-1”。由此可见，我们八个实验小组实验产生的铅污染是不容忽视的。如何降低本次实验由于Pb2+造成的水污染？

［复习］以PbI2为例，回顾外界条件对沉淀溶解平衡移动的影响。

表2 外界条件对沉淀溶解平衡移动的影响

［讨论］以上外界条件中哪些变化能够降低c（Pb2+），其中哪种方法最适合处理污染问题？

［分析］结合数据：25oC，Ksp（PbCl2）＝1.6×10-5、Ksp（PbI2）＝8.0×10-9、Ksp（PbS）＝8.0×10-28。向PbI2饱和溶液中加入少量Na2S固体或溶液，Pb2+与S2-结合生成更难溶的PbS，c（Pb2+）减少，促进PbI的溶解，最终转化成PbS，平衡移动实现沉淀的转化。书写离子方程式：PbI2（s）+S2-（aq）PbS（s）+2I-（aq），计算反应平衡常数。

［设计意图］引导学生在真实的实验中挖掘隐含知识，认识到平衡的移动实现沉淀的转化。通过Pb2+污染处理的讨论，演绎平衡移动，并根据平衡移动原理指导实践，聚焦c（Pb2+）减小，讨论实验方案。层层递进，打通沉淀的产生、溶解、转化。培养学生主动应用平衡移动原理解决实际问题的能力，体会化学学科价值、增强社会责任意识。

4.利用沉淀转化，处理Pb2+污染

［学生实验3］①将实验2的悬浊液分为两份，向其中一支试管中滴加0.4mol·L-1Na2S溶液，一支试管的悬浊液留做比较。②用铅离子测试纸分别检测两支试管中的上层清液，并与比色卡对比，记录相应数据范围。

图4 PbI2转化为PbS沉淀

图5 铅离子测试纸检测结果对比

［设计意图］水质问题是一个世界性问题，有效快速的水质检测是当前的刚性需求。为了看见Pb2+减少，提供给学生一种便捷的检测方法，利用Pb2+测试纸半定量检验处理效果。通过以上活动发展了对于沉淀溶解平衡的定量认识，培养了学生基于现象、基于数据的证据推理意识，又增强了学生的环保意识和社会责任。

［拓展1］若实验1改为取5mL 0.2mol·L-1（CH3COO）2Pb溶液，往其中加入2mL 0.1mol·L-1KI溶液，以下步骤不变。通过实验3产生黑色沉淀能否说明溶解能力PbS＜PbI2？

［拓展2］对比PbCl2、PbI2、PbS的Ksp数据，难溶电解质溶度积越小，溶解度一定越小吗？

支气管哮喘(简称哮喘)是一种以慢性气道炎症为特征的异质性疾病，主要特征改变包括气道慢性炎症、气道高反应性(AHR)、可逆性气流受限及气道结构的改变，即气道重构[1-2]。哮喘的病理机制不仅是Thl/Th2免疫失衡，可能是对变应原的免疫耐受异常和免疫缺陷。益气固本胶囊系根据国医大师王烈教授验方制成，用于哮喘病缓解期的治疗，具有益气养阴、补肺脾肾的功效，本方临床运用多年，可有效降低哮喘复发率[3]。因此，本研究从分子、细胞水平观察，益气固本胶囊对卵白蛋白致敏的哮喘小鼠IL-33、TNF-α水平及CD4+CD25+Foxp3+调节性T细胞数量的影响，从体外实验观察益气固本胶囊对哮喘免疫失衡的影响。

小营地区L203-10块钻遇11号主力含油砂组，有效厚度3.6m，已上报探明储量68×104 t，显示出该地区沙二段勘探潜力。经合成地震记录标定，该套砂体在地震剖面上处于强反射轴之下，无法在地震剖面上追踪描述，更难以确定该套砂体的边界。选取目的层为沙二段席状砂油藏，进行小波变换去噪、小波域信号重构拓频处理，处理面积约100 km2。

［小结］Ⅰ.与其他平衡常数一样，一定温度下，溶度积Ksp为一常数。

Li[11]等在传统的三参数固体模型的基础上，推导了一种四参数粘弹性等效模型，如图1。在粘弹性模型中，其K1、K2、Kb和C2构成了一个四参数粘弹性固体模型,主要可用于处理模型的阻尼特性，而Kb表示为一个变量即电流变弹性体在电场的作用影响下的模量。

Ⅱ.一定温度下，相同类型（AmBn）的难溶电解质，Ksp越小，溶解度也越小；不同类型的难溶电解质，需注意Ksp表达式中的指数。

Ⅲ.一般来说，溶解能力相对较强的物质易转化为溶解能力相对较弱的物质。

1.1.2 多系统受损的病：有些疾病可以同时或先后有多个系统受损的表现，会干扰我们破案的思路和突破口。例如曾遇到1例糖尿病患者，还有肝脾肿大、颜面色素沉着多毛和周围神经炎等临床表现。分开考虑就会形成多元论诊断。而综合在一起考虑，高度怀疑POEMS综合征，经过进一步检查得以明确诊断。

［设计意图］苏教版《化学反应原理》教材中的“沉淀的转化”实验是AgCl转化为AgI，AgI转化为Ag2S，实验第一步要求将AgNO3溶液滴入NaCl溶液［3］，以保证Ag+完全沉淀，只有Ag+完全沉淀，才能说明AgI是AgCl转化而来，而不是过量的Ag+与I-结合，这个实验环境许多学生会忽视。此处利用现有情境，引导学生思考实验1中制备PbI2时为何要I-过量，若颠倒试剂用量是否可行？激发认知冲突、评价实验方案，提升对沉淀转化本质的认识。

［结语］沉淀溶解平衡和电离平衡、水解平衡一样都属于水溶液中的化学平衡，可以用勒夏特列原理分析沉淀的生成、溶解、转化。利用Ksp计算未知离子的浓度，判断沉淀的先后等等（图6）。

5.教学反思

高三化学复习课不能离开教材，复习不是简单重复，不是机械做题，要想利用最精华的课堂时间达到最有效的复习效果，教师必须在备课上多下功夫，多研究考纲，多研究考题。本节课设计真实情境融合考点，培养学生在真实情境中获取、分析、加工信息的能力，让学生在分析和解决实际问题中不断深化对核心概念本质的认识，领悟学科思想和方法。

相比于教材中较分散的实验，本节高三化学主题式复习课，开发了“黄金雨”实验中的有效教学资源，将抽象的知识情境化，有利于整合体系、建构模型。活动设计体现了直观性、定量性和综合性的特点，提升了学生的证据推理意识，以及发展化学服务于社会的学科价值观。另外，本节课缺乏学生讨论碰撞交流，计算演练较匆忙，规范化训练不够，有待进一步改进。