3.3沉淀溶解平衡教学中的创新实验方案 教学设计 2023-2024学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

沉淀溶解平衡教学中的创新实验 【实验背景分析】 2017 年版课程标准要求学生具备“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、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任”共五项化学学科核心素养［1］。教师对于学生学科核心素养的发展应当进行整体设计，使之在不同的教学主题下既可以对某一素养进行不同水平的发展，也要考虑不同的素养在某一教学主题下进行均衡的发展。因此教师在进行教学设计的时候应当进行整体的单元设计，使之在不同的教学主题下对素养的发展各有侧重。沉淀溶解平衡是化学平衡内容的重要载体，是化学平衡、电离平衡、水解平衡之后的又一平衡理论，是对平衡体系的拓展延伸和丰富完善，可以提高学生知识结构化水平。在进行该内容的教学时，通过设置合理的教学环节，可以提升学生在更高水平上收集证据、分析证据、基于证据进行推理的能力。沉淀溶解平衡是对平衡理论的完善，但难溶电解质的溶解平衡又不同于其他水溶液中的平衡问题，需要学生在运用已有的认知模型的基础上，进一步在定量水平上收集证据、分析证据，并构建难溶电解质沉淀溶解平衡的概念，发展证据推理与模型认知的学科核心素养。 证据推理与模型认知必须建立在完整的收集证据———证据推理———建立模型——— 完善模型———应用模型———新证据……情境基础上［2］，而对真实情境的分析，需要学生通过情境发 现并提出问题。教师通过设置合理的教学环节，将问题分解为不同的活动任务，这些活动任务之间 彼此关联，环环相扣［3］。学生在解决问题的过程中，通过对相关证据的收集、对所得证据的逻辑推 理、对已有模型的完善，从而完成沉淀溶解平衡的符号表征和实验证实，最终实现相关概念的建构在教学情境设置上，通过观察和分析 pH 计手持技术所生成的图像，运用已有的化学平衡的模型，探究氢氧化镁可以处理酸性废水的原因; 通过宏观联系微观，初步建构难溶电解质沉淀溶解平衡的概念; 通过分组实验和分析手持 pH 计的演示实验所得数据，从定量角度进行合理的证据推理，探究难溶的氢氧化镁能够调节印染废水 pH 的原因，并进一步完善难溶电解质沉淀溶解平衡移动的认知模型; 通过探究氢氧化镁能除去酸性废水中的重金属离子的原理，进一步运用沉淀溶解和生成的认知模型，理解沉淀转化的基本过程。其相关教学思路分析如图 1 所示。 图 1“沉淀溶解平衡”单元主要教学任务及活动 在本单元教学设计中，借助氢氧化镁可以处理废水中的氢离子和重金属铜离子的真实情景，呈现沉淀溶解平衡的发现、平衡移动规律的探究、溶解平衡的模型的再应用等相关知识。教学中多次利用传统实验和数字化实验验证猜想，引导学生从定性和定量相结合的角度进行分析推理，促进学生基于证据进行深度学习，突破学生对于难点的认识，这里仅以探究氢氧化镁处理酸性废水为何可以保持废水 pH 在 10 左右的实验为例展开说明。 【实验功能与价值】 探究沉淀溶解平衡的移动是鲁科版教材选择性必修一第三章第三节《沉淀溶解平衡》的重要内容，通过探究平衡的移动学生能够认识到难溶电解质沉淀溶解平衡是化学平衡的一个具体实例，其内在规律依然可以用平衡移动原理解释，可以帮助学生巩固和强化平衡观念。 在本课例中，通过探究酸性废水经氢氧化镁处理后，其 pH 能否进一步保持在 10 左右，进一步建立沉淀溶解平衡移动的认知模型。通过猜想预测、理论分析、实验验证、分析解释并得出结论等环节，培养了学生观察、描述、分析、归纳总结实验的能力，发展了学生科学探究与创新意识、证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想等核心素养。学生初步学会从宏观现象→化学符号→微观探析→曲线表征的“四重表征”思维方式，又感性认识上升到理性认识。通过手持技术的介入，进一步在定量水平上发展沉淀溶解平衡的认知模型。 【实验原理及操作】 实验药品：Mg(OH)2 固体、蒸馏水、酚酞试剂、Mg(OH)2 悬浊液的上层清液、稀硫酸。 实验仪器：pH 传感器、数据采集器、磁力搅拌器、磁粒子、计算机、烧杯、试管、一次性塑料滴管、药匙。 图 2 数字化实验装置示意图 实验步骤：（1）向盛有蒸馏水的试管中加入 1 药匙氢氧化镁粉末充分振荡溶解，滴加 4 滴酚酞 溶液。滴加 5 滴稀硫酸，振荡，静置。观察记录现象（2）按图组装实验仪器，固定 pH 传感器并于数据采集器、计算机相连。向盛有蒸馏水的烧杯中加入 1 药匙氢氧化镁粉末充分搅拌，滴加 5 滴稀硫酸，点击数据采集按钮，待数据稳定后，再滴加 5 滴稀硫酸，观察现象，实验结束后，点击“停止”按钮。 实验现象与解释：（1）现象是滴加酚酞后溶液变为红色，加酸后红色变浅，振荡后溶液恢复红色，但颜色比没有加如酸之前颜色浅。说明氢氧化镁存在溶解平衡，加入酸平衡向着溶解的方向移动，颜色比刚才浅说明碱性比起始弱，原因是体系温度不变，Ksp[Mg(OH)2]不变，溶解产