资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 化学 年级 高二 学期 秋季
课题 水溶液中的离子反应与平衡复习（第二课时）
教科书 书 名：普通高中教科书 化学 选择性必修1 化学反应原理 出版社：人民教育出版社
教学目标
1. 能进行溶液pH的计算，认识溶液pH的调控在工农生产和科学研究中的重要作用。 2. 能综合应用离子反应、化学平衡原理，分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题。
教学重难点
教学重点： 1. 应用水的电离平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡，进行pH以及离子浓度的计算。 2. 应用化学平衡原理，判断反应进行的程度。 教学难点： 1. 依据已经建构的选择合适沉淀剂的思维模型进行迁移应用。
教学过程
引入：在第一课时中，我们聚焦于将LiCoO2转化成CoCO3，并且建构了选择合适沉淀剂的思维模型，今天就让我们来进行迁移应用，完成第二部分——以Li2CO3的形式回收锂，以及第三部分——综合两方面来设计回收流程。 1. 分析锂元素的转化原理 【提问】请同学们按照分析钴元素转化原理的思路来分析锂元素 【学生】由于锂元素的化合价不变，可以先加酸，再加沉淀剂。 【展示】锂元素的转化原理 【提示】我们在上一课时，利用过氧化氢溶液和硫酸溶液将LiCoO2转化为Co2+时，已经同时实现了将LiCoO2转化为Li+。下面我们可以先暂时不考虑的干扰，先聚焦于将LiCoO2转化为Li2CO3。
选择合适的沉淀剂 【展示】常见的三种生成碳酸盐的沉淀剂。 【提问】选择哪一种试剂作为生成Li2CO3的沉淀剂？ 【学生】如果Li+和Co2+类似，那么有可能选择的也是NH4HCO3溶液。 【展示】工业上选择Na2CO3溶液作为沉淀剂。 【提问】为什么不选择NH4HCO3溶液作为沉淀剂？ 【学生思考】 【展示】我们可以通过对比Li2CO3和Li(OH)2的ksp，以及三种沉淀剂饱和溶液的物质的量浓度来进行合理推测。 【学生】LiOH是可溶的，pH较高时不一定会生成LiOH的沉淀。Li2CO3是微溶的，可能需要c(CO32-) 较大时，才能沉淀完全。 3. 探究所选沉淀剂的可行性 【展示】角度1：Li2CO3是否可以生成？ 【学生计算】假设溶液中 c(Li+) = 0.1mol/L，加入0.1mol/L的Na2CO3溶液，是否可以生成Li2CO3？Li+是否可以以Li2CO3的形式沉淀完全？( c(Li+) < 10-5 mol/L视为沉淀完全 ) 【展示】计算过程 【提问】这个计算结果说明了什么？ 【学生】假设溶液中 c(Li+) = 0.1mol/L时，加入0.1mol/L的Na2CO3溶液可以产生沉淀，但是过量的0.1mol/LNa2CO3溶液并不能使得溶液中的Li+完全沉淀。 【展示】观察Li2CO3的溶解度随温度变化的曲线，思考为了使得Li+可以充分沉淀，可以采取哪些措施？ 【学生】增大Na2CO3溶液的浓度，在温度较高时进行沉淀，并且趁热过滤得到Li2CO3。 【展示】角度2：LiOH是否不能生成 【学生计算】假设溶液中 c(Li+) = 0.1mol/L，试计算LiOH的离子积，判断LiOH是否可以生成？ 【展示】计算过程 【展示】角度3：LiOH是否可以转化成Li2CO3 【学生计算】判断LiOH是否可以完全转化成Li2CO3？ 【展示】计算过程 4. Co2+和Li+的分步沉淀 【讲解】工业上回收钴和回收锂一般要求要分别得到相应的难溶物。经过这两节课的分析，我们知道沉淀Co2+所需的合适沉淀剂是NH4HCO3溶液，沉淀Li+所需的合适沉淀剂是饱和Na2CO3溶液，且需要适当升高温度。由于酸溶LiCoO2后，Co2+和Li+同时存在于溶液中，直接向溶液中依此加两种沉淀剂可能造成干扰，无法实现Co2+和Li+的完全分步沉淀。因此综合考虑两方面的结果，我们需要进一步思考如何实现Co2+和Li+的分步沉淀。 【展示】工业上可以采取萃取和反萃取的方式将分离，然后再分别沉淀Co2+和Li+。 【提问】这种方式有什么缺点？ 【学生】可能会消耗大量的萃取剂。 【展示】我们还可以通过换用其他沉淀剂的方式，避免Co2+和Li+都以碳酸盐的形式沉淀。由于Li2C2O4是可溶于水的，而CoC2O4难溶于水，因此我们可以先加可以生成CoC2O4的沉淀剂，从而实现Co2+和Li+的分别沉淀。 【提问】通过这两节课的学习，如果提供给你相同浓度的Na2C2O4溶液、(NH4)2C2O4溶液这两种沉淀剂，你能否判断使用哪一种沉淀剂更有可能得到较纯的CoC2O4沉淀？请解释原因。 【学生】根据表格中的数据我们知道，Ksp(CoC2O4) > Ksp(CoCO3)，因此，pH较大是，沉淀中更有可能含有Co(OH)2杂质。为了避免Co(OH)2生成，需要选择接近中性的沉淀剂。在(NH4)2C2O4溶液中，NH4+水解呈酸性，C2O42-水解呈碱性，使得(NH4)2C2O4溶液比Na2C2O4溶液更接近中性，推测此时不会生成Co(OH)2，只会生成CoC2O4。当然选用(NH4)2C2O4溶液作为沉淀剂的可行性也可以通过我们已经构建的思维模型进行探究。 【提问】如果我们最终需要的仍然是CoCO3，如何将CoC2O4转化为CoCO3呢？ 【学生】可以通过沉淀转化实现 5. 设计完整的回收流程 【学生】设计流程 【展示】 6. 小结

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