资源简介

探究沉淀溶解平衡及其移动教学设计
一、教学内容与教学现状分析
本单元教学内容选自人教版《选择性必修1》第三章第四节。化学原理知识是学生化学学习的主要内容，承载着对物质性质、转化及相关现象深度解析的功能价值。当前多数课堂采取的是课时教学，将系统知识割裂开碎片化，使学生缺乏对知识的整体理解，不利于学生化学思想方法的形成，较慢促进学生的学科核心素养。据此，根据新课标的课程理念，基于超声报告这一真实生活情境开展大单元项目式教学。项目式教学以“结石的形成、治疗、预防”为项目，以学生为主体，从真实情境中提炼项目驱动问题，引导学生发现问题的感知力，分析问题洞察力，解决问题的执行力。通过对结石的发现、形成探究、调查成因、设计实验探究治疗预防肾结石的方法等富有价值学习活动的挑战与实践，发展了学生全局观，提高了辩证看待问题的综合能力，提升了学生学科核心素养。
二、学情分析
在之前的学习过程中，学生已经学习了电解质电离平衡、水解平衡，学生对核心观念化学平衡观已经有一定认识，定性推理分析影响平衡移动的因素已能高质量完成。学生存在过于重视某一部分的知识点，缺乏将知识点进行串联，对知识的整体掌控能力不足。还存在难溶可以转化难溶，更难溶转化难溶不可以的错误认知。定量分析沉淀溶解平衡存在分析不足，缺乏通过实验探究对所学知识分析并解决实际问题的角度和路径。
三、项目教学目标及重难点
1.素养目标
《普通高中化学课程标准(2020年版)》指出：“认识难溶电解质在水溶液中存在离子平衡，了解沉淀的生成、溶解与转化”。分析单元教学内容内在逻辑关系，深研学情，确定本单元教学的核心观念、大概念、必备知识间的关系及发展学生学科核心素养即为本单元教学目标。
结合《普通高中化学课程标准》相关要求确定单元素养目标。
(1)通过体检报告辨析结石原因推理存在难溶电解质溶解平衡，形成和发展微粒观、平衡观。
(2)能从定性和定量角度收集证据，从定性分析和定量计算深入认识沉淀溶解平衡。
(3)根据观察和实验获得的现象和数据分析影响沉淀溶解平衡的因素，发展变化观念与平衡思想。
(4)通过沉淀应用实验方案的设计，运用数字化设备进行实验探究，提升科学探究与创新意识。
(5)通过沉淀生成、溶解、转化的学习，形成和发展以动态平衡视角认识物质转化的过程。
(6)通过设计结石处理与预防的活动，感受沉淀溶解平衡在生活中的价值，感受学科对生产生活的贡献。
2.教学重难点
教学重点：难溶电解质溶解平衡的建立及应用。
教学难点：定量分析难溶电解质的溶解与生成，利用宏微符图四重表征分析溶解平衡曲线。
3.实验设计与创新点
本节实验课需完成实验包含(1)向CaC2O4浊液中滴入水，观察CaC2O4溶解；(2)向CaC2O4浊液中加入CaCl2、FeSO4固体，观察沉淀溶解平衡移动；(3)对CaC2O4浊液进行加热，观察沉淀溶解平衡移动；(4)利用电导率传感器测CaC2O4浊液电导率，向CaC2O4浊液中滴水，观察电导率数值变化，绘制电导率变化曲线；(5)利用pH传感器测CaC2O4浊液pH，向CaC2O4浊液中加入CaCl2固体，观察pH数值变化，绘制pH变化曲线；(6)利用电导率传感器测CaC2O4浊液电导率，加入热水浴中，观察电导率数值变化，绘制电导率变化曲线。
探究影响平衡移动的外因是本节实验课的重点，加入硫酸亚铁固体生成黄色沉淀草酸亚铁现象明显，而加水、氯化钙及加热无明显现象。基于此，选择利用手持技术进行实验，既解释了各种化学现象，揭示现象的本质和规律，又将宏、微、符、曲四重表征在化学学科核心素养中得以重要呈现。
四、单元项目式教学思路
总项目 项目拆解 情境线 问题线 知识线
肾结石的治疗与预防 结石及生成条件 体检报告显示存在左肾结石 结石的成分是什么？ 结石是如何形成的？ 草酸钙溶解平衡建立 溶度积常数计算
影响结石与消石的因素 饮食习惯调查：喝水少，爱吃菠菜、海鲜类 影响溶解平衡的因素有哪些？ 探究影响草酸钙溶解平衡的因素，绘制pH、电导率曲线
结石的治疗与预防 分析结石治疗药物成分 如何使沉淀生成、溶解、转化？ 沉淀溶解平衡的应用
五、实验教学流程
【引入】同学们，老师的一位同事最近感觉腰腹疼痛，昨天抽空去医院做超声，检查报告显示左肾结石。同事问我这名化学老师，什么是肾结石，怎么形成的，如何治疗。同学们，你们对肾结石了解的多么？
【学生】不多。
【教师】好，同学们，本节课我们共同学习实验课《探究沉淀溶解平衡及其移动》。我们可以根据同事老师遇到的问题确定本节课我们的学习总项目，即肾结石治疗与预防，子项目包含结石及生成条件、影响结石与消石的因素、结石的治疗与预防。
【教师】鉴于我们对结石了解不多，老师求助了医院李医生，我们听听她怎么说。
【播放视频】李医生介绍常见肾结石为草酸钙类。
【教师】草酸钙化学式为CaC2O4，白色结晶性粉末，难溶于水，可溶于盐酸和硝酸。用于陶瓷上釉等。很显然，结石的相关问题与沉淀溶解平衡有很大关系，请同学们用2分钟时间核对学案第一部分内容，沉淀溶解平衡概念及特征，进而总结肾结石生成条件。
【学生】核对学案第一部分内容并讨论存在的障碍点。
一、沉淀溶解平衡
1.概念：在一定温度下，当沉淀与溶解速率相等时的状态。
2.建立
3.生成难溶电解质的离子反应的限度：
(1)25℃时，溶解性与溶解度的关系：
(2)反应完全的标志：一般情况下，当溶液中剩余离子的浓度小于_______。
4.溶度积与离子积
AmBn(s)mAn+(aq)+nBm-(aq)
基本物理量 溶度积 离子积
概念 沉淀溶解的______ 溶液中有关离子浓度幂之积
符号 Ksp Q
表达式
应用 判断沉淀的生成和溶解 ①Q___Ksp：溶液过饱和，有______析出； ②Q___Ksp：溶液饱和，处于______状态； ③Q___Ksp：溶液未饱和，无______析出。
【教师】同学们，根据溶度积与离子积的关系，我们知道结石生成要满足钙离子浓度与草酸根浓度乘积大于Ksp。请同学们总结产生草酸钙结石的原因。
【学生】总结产生草酸钙类结石的可能原因。
【实验探究一】结石大小与很多因素有关，接下来我们进行实验探究一，以小组为单位，合作进行实验，探究影响沉淀溶解平衡的外因。小组研讨实验报告设计方案，进行实验，分析结果。
CaC2O4(s)Ca2+(aq)+ c(C2O42-) △H>0
改变条件 移动方向 CaC2O4溶解度 c(Ca2+) c(C2O42-) Ksp变化
加H2O
加入CaCl2固体
加入FeSO4固体
加枸橼酸钾粉末
升温
【学生】设计探究实验方案，进行实验，代表分享实验现象，通过现象总结改变条件及草酸钙量的变化。指出实验存在可改进之处。
【实验探究二】设计并进行传感器实验。通过pH传感器和电导率传感器验证影响沉淀溶解平衡的外因。
【学生】进行实验，体会传感器对现象不明显实验的重要作用。
【总结】沉淀溶解平衡的应用
1.沉淀的生成
(1)生成沉淀的目的。
(2)沉淀生成的方法。
(3)判断沉淀是否完全的方法。
(4)洗涤沉淀方法。
(5)如何判断沉淀是否洗涤干净。
2.沉淀的溶解：总结常见溶解沉淀的方法
3.沉淀的转化
【教师】同学们，本节课，根据病理报告，我们选择了相应的学习项目。我们通过实验，学习了难溶电解质相关概念以及沉淀生成、溶解、转化。下面，请同学们结合我们本节课所学，思考如何给予我的同事，那位轻症肾结石患者。
【学生】总结肾结石的治疗与预防方法。
【教师】同学们总结的真好，看来本节课我们收获很大。
课后请同学们完成能力再提升。
在这里预祝我的同事早日康复，也祝福咱们同学健康成长，每天收获满满，本节课就到这里。
六、教学反思
教学过程中体现以下特点：(1)以情境活动为载体，以模型建构为驱动，以项目式任务为统领，学习过程是深度学习的进阶过程，经历了“实验-反思-问题生成-探究批判-解决问题”这一学习者思维发生过程，为高阶思维能力的研究奠定了基础。(2)对难溶电解质转化的深入分析，发展学生审辨性思维，认识到物质的变化的，变化是双向的哲学思想。(3)在教学过程中，实施“宏-微-符-图”四重表征融入教学，既能够增进学生对溶解平衡图像知识的认知，又能够提高学生分析解决问题能力，建构化学核心观念。(4)在教学过程中，注重“教、学、评”一体化整体设计。根据真实情境提炼有价值的学科问题，教学活动中通过教师、学生共同研究互相评价学科问题，让学习过程成为发现与寻找的过程，让学习状态向深度进发，让思维模式向高阶转变。评价内容紧扣必备知识，评价任务发展学生高阶思维，评价方式人文而多元，达到教学任务与评价任务、教学方式与评价方式的一致性。
七、实践作业
【能力再提升】
1.建构沉淀溶解平衡必备知识概念图。
2.小组讨论牙齿表面组成及被腐蚀原因。
3.分析侯氏制碱法的原理，体会溶解度的相对性。
4.总结屠呦呦的主要贡献，从沉淀溶解平衡角度分析青蒿素分离实验。
5.阅读治疗肾结石药物说明书或相关文献，从沉淀溶解平衡角度解析治疗肾结石原理。
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