3.3 沉淀溶解平衡的应用 教学设计-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学教学设计聚焦沉淀溶解平衡的应用，涵盖沉淀生成、溶解与转化。通过展示水垢和肾结石图片导入，以前节Ksp概念及溶度积规则为基础，借助实验与定量分析搭建支架，衔接理论与实际应用。 资料特色在于情境驱动与实验探究结合，如AgCl→AgI→Ag₂S转化实验培养科学思维，钡餐选择案例渗透科学态度与责任。帮助学生建立平衡观和定量分析能力，为教师提供逻辑清晰、可操作性强的教学方案。

人教版高中化学选择性必修一第三章第三节 第3课时沉淀溶解平衡的应用 一、教学背景分析 1. 教材分析 本节课内容涉及的是沉淀溶解平衡单元的第二节，主要任务是把前一节建立的Ksp概念和溶度积规则，真正用到实际问题的分析中去。教材中这节课的重点不再是对平衡常数本身的计算，而是通过沉淀的生成、溶解和转化这几个典型实验情景，让学生体会平衡移动原理在除杂、分离和物质回收等方面的应用价值。本节课也是锻炼学生用平衡观分析真实问题、建立模型推理能力的一个很好的素材，从而实现学科核心素养的培养和强化。 2. 学情分析 上一节课结束时，学生已经基本掌握了Ksp的含义，会算Ksp与溶解度之间的换算，也学了用Q与Ksp比较来判断沉淀能否生成或溶解。从课堂练习和提问的情况来看，这些基础运算和概念判断问题不大。但到了应用层面，学生的短板就暴露出来了。对沉淀转化，不少学生只记住了“Ksp大的转化为Ksp小的”这个口诀，但转化到什么程度算“完全”、能不能逆向转，他们往往没有量化概念，只是凭感觉判断。所以，这节课的设计需靠实验现象先引发他们的认知冲突，再紧跟着用Ksp的计算，以定量分析让学生对沉淀转化“能走到哪一步”心里有个数，而不是只关注结论，不能达到真正的掌握和运用。 二、教学目标 1. 具体目标 （1）能从化学平衡理论角度解释沉淀的生成、溶解和转化，能用沉淀溶解平衡原理分析解释相关现象。 （2）从定量的角度分析沉淀的溶解、生成和转化，理解溶度积规则在沉淀转化中的应用。 （3）学会运用沉淀溶解平衡原理解决实际问题，如除水垢、“钡餐”的选择等。 2. 教学重难点 教学重点：沉淀溶解平衡原理在沉淀生成、溶解和转化中的应用。 教学难点：沉淀转化的方向判断与定量分析。 三、教学过程设计 【情境导入】从生活现象出发 【视频/图片展示】 展示热水壶何锅炉内壁水垢的图片。 【师】 同学们，大家在生活中是否注意过家里的热水壶用久了内壁会结一层白色的硬壳？这就是我们常说的“水垢”。医院里，有些患者因为肾结石而痛苦不堪。水垢和肾结石的主要成分是什么？它们是如何形成的？又该如何除去？今天我们就运用沉淀溶解平衡的原理来探究这些问题。 【板书】 第四节 沉淀溶解平衡 第1课时 沉淀溶解平衡的应用 设计意图： 从学生熟悉的生活现象入手，创设问题情境，激发学习兴趣和探究欲望，明确本节课的学习任务。 【任务一】水垢是如何形成的？ 【师】 根据资料，水垢的主要成分有Mg(OH)₂、CaCO₃、CaSO₄等。请大家思考：这些难溶物为什么会从水中析出并沉积在水壶内壁？ 【学生讨论】提示：从沉淀溶解平衡角度思考。 【师】 很好。我们从沉淀溶解平衡的角度来定量分析这个问题。 【投影展示】 三种难溶物的沉淀溶解平衡： Mg(OH)₂(s) ⇌ Mg²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) CaCO₃(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + CO₃²⁻(aq) CaSO₄(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) 【师】 当溶液中各离子浓度的乘积——离子积Q大于该物质的溶度积Ksp时，平衡向生成沉淀的方向移动，就会有沉淀析出。烧水时，水的温度升高，Ca(HCO₃)₂分解产生CaCO₃沉淀；同时水分蒸发，离子浓度增大，使Q > Ksp，因此水垢就形成了。 【追问】 为什么水垢中会有Mg(OH)₂而不是MgCO₃？这和我们后续要学习的沉淀转化有关。 【板书】 一、沉淀的生成 　　　　条件：Q > Ksp时，平衡向生成沉淀的方向移动 设计意图：引导学生从平衡移动和定量判断（Q与Ksp比较）两个角度分析沉淀的生成，强化溶度积规则的应用意识。 【任务二】如何除去水垢？ 活动1：沉淀的溶解——Mg(OH)₂与酸的反应 【师】 水垢既然形成了，我们就要想办法除去它。请同学们观察实验。 【演示实验】 向两支装有少量Mg(OH)₂固体的试管中分别滴加适量的蒸馏水和稀盐酸，振荡并观察记录现象。 【师】 请大家从平衡移动的角度分析：为什么加蒸馏水时沉淀几乎不溶解，而加稀盐酸时沉淀溶解了？ 【学生分析】 Mg(OH)₂(s) ⇌ Mg²⁺(aq) + 2OH⁻(aq)。加稀盐酸时，H⁺与OH⁻反应生成H₂O，降低了c(OH⁻)，使Q < Ksp，平衡正向移动，沉淀溶解。 【师】 非常准确，这就是沉淀溶解的基本原理——通过降低溶液中某离子的浓度，使Q < Ksp，促使沉淀溶解平衡正向移动。只需调控Q与Ksp之间的大小关系，就可以实现沉淀的溶解和生成。 【板书】 二、沉淀的溶解 　　　　　原理：降低离子浓度，使Q < Ksp，平衡正向移动 设计意图： 通过简单的对比实验，让学生直观感受沉淀溶解的条件，并从平衡移动角度进行解释，培养证据推理能力。 活动2：CaCO₃与不同酸的反应——认识沉淀转化 【师】 水垢中除了Mg(OH)₂，还有CaCO₃和CaSO₄。其中CaCO₃可以用酸来溶解，但用哪种酸更好呢？请观察实验。 【演示实验】 向四支装有少量CaCO₃固体（粉末、块状）的试管中分别滴加稀硫酸和稀盐酸，观察记录现象。 【师】为什么稀盐酸能溶解CaCO₃，而稀硫酸不能？请从沉淀溶解平衡移动的角度分析。 【学生讨论后回答】加稀盐酸时：CaCO₃(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + CO₃²⁻(aq)，CO₃²⁻ + 2H⁺ ⇌ CO₂↑ + H₂O，降低了c(CO₃²⁻)，使Q < Ksp(CaCO₃)，平衡正向移动，CaCO₃溶解。 加稀硫酸时：虽然H⁺也能消耗CO₃²⁻，但溶液中同时存在Ca²⁺和SO₄²⁻，c(Ca²⁺)×c(SO₄²⁻) > Ksp(CaSO₄)，会生成CaSO₄沉淀覆盖在CaCO₃表面，阻止了反应继续进行。 【师】分析得非常到位！这个过程中实际上发生了沉淀的转化：CaCO₃转化为了CaSO₄。 CaCO₃(s) + H₂SO₄(aq) ⇌ CaSO₄(s) + H₂CO₃(aq) 由于生成的CaSO₄是微溶物，覆盖在CaCO₃表面，阻碍了反应继续进行。 设计意图：通过对比实验，让学生认识沉淀转化现象，并初步认识沉淀的转化。 活动3：CaSO₄水垢的除去——沉淀转化的应用 【师】 既然稀硫酸不能除去CaCO₃水垢，那对于水垢中的CaSO₄，我们该如何处理呢？CaSO₄更难溶于酸，直接加酸无法除去。 【学生分组讨论】提出方案。 【方案展示】 除去水垢中的CaSO₄，先用Na₂CO₃饱和溶液浸泡一段时间，再以盐酸浸泡。 【师】这个方案的原理是什么？我们来进行定量分析。 【板书/投影】 CaSO₄(s) + CO₃²⁻(aq) ⇌ CaCO₃(s) + SO₄²⁻(aq) 【师】 这个反应的平衡常数如何计算？ 师生一同计算K值 【师】 K值很大，说明这个反应进行得比较完全。用Na₂CO₃溶液浸泡后，CaSO₄转化为CaCO₃，再用盐酸即可将CaCO₃溶解除去。 【追问】 为什么Na₂CO₃溶液能使CaSO₄转化为CaCO₃？请用溶度积规则解释。 【学生回答】 在Na₂CO₃溶液中，c(CO₃²⁻)很大，使得c(Ca²⁺)×c(CO₃²⁻) > Ksp(CaCO₃)，Ca²⁺与CO₃²⁻结合生成CaCO₃沉淀，降低了c(Ca²⁺)，使c(Ca²⁺)×c(SO₄²⁻) < Ksp(CaSO₄)，CaSO₄不断溶解，最终转化为CaCO₃。 【师】回答正确，沉淀转化的方向是：一般由溶解度大的转化为溶解度小的（即Ksp小的），两者的溶解度差别越大，转化越容易。 【板书】 三、沉淀的转化 　　　　　方向：溶解度大的 → 溶解度小的（Ksp大的 → Ksp小的） 　　　　　条件：Q(新沉淀) > Ksp(新沉淀)，Q(原沉淀) < Ksp(原沉淀) 【设计意图】 通过CaSO₄水垢的除去方案，让学生理解沉淀转化在实际问题中的应用，并通过平衡常数计算建立定量认识。 【任务三】沉淀转化的规律——实验探究与定量验证 活动1：AgCl → AgI → Ag₂S的转化实验 【师】 沉淀转化是一种普遍现象。我们通过一组实验来探究验证沉淀转化的规律。 【学生实验】 小组合作完成，分组汇报结果 一 向盛有2 mL 0.1 mol/L NaCl溶液的试管中滴加2滴0.1 mol/L AgNO₃溶液生成白色沉淀 二 振荡后滴加4滴0.1 mol/L KI溶液 白色沉淀转化为黄色沉淀 三 振荡后滴加8滴0.1 mol/L Na₂S溶液 黄色沉淀转化为黑色沉淀 【师】 这个实验中发生了哪些转化？ AgCl(s) + I⁻(aq) ⇌ AgI(s) + Cl⁻(aq) 2AgI(s) + S²⁻(aq) ⇌ Ag₂S(s) + 2I⁻(aq) 【师】 这三种沉淀的Ksp分别为： Ksp(AgCl) = 1.8×10⁻¹⁰、Ksp(AgI) = 8.5×10⁻¹⁷、Ksp(Ag₂S) = 6.3×10⁻⁵⁰ 【师】 请同学们观察Ksp的大小顺序与沉淀转化的方向有什么关系？ 【学生】 Ksp(AgCl) > Ksp(AgI) > Ksp(Ag₂S)，转化的方向是AgCl→AgI→Ag₂S，即从Ksp大的转化为Ksp小的。 【师】 非常正确！一般来说，溶解度小的沉淀转化为溶解度更小的沉淀容易实现。两者的溶解度差别越大，转化越容易。 【补充说明】 需要注意的是，沉淀之间可以相互转化。在特定条件下，溶解度小的也可以转化为溶解度大的（如BaSO₄转化为BaCO₃），但这需要满足一定的浓度条件[c(Ba2+)▪c(CO32-)>Ksp(BaCO3)]。 【板书】 规律：溶解度小的沉淀容易转化为溶解度更小的沉淀（Ksp小的方向） 设计意图:通过学生实验，让学生亲身体验沉淀转化过程，从感性认识上升到理性认识，并结合Ksp数据进行定量验证。 活动2：自然界中的沉淀转化——科学探秘 【师】 沉淀转化不仅在实验室中发生，在自然界中也普遍存在。 【投影展示】 各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后可变成CuSO₄溶液，并向深部渗透，遇到深层的闪锌矿（ZnS）和方铅矿（PbS），便慢慢地使它们转化为铜蓝（CuS）。 ZnS(s) + Cu²⁺(aq) ⇌ CuS(s) + Zn²⁺(aq) PbS(s) + Cu²⁺(aq) ⇌ CuS(s) + Pb²⁺(aq) Ksp(ZnS) = 1.6×10⁻²⁴，Ksp(PbS) = 8.0×10⁻²⁸，Ksp(CuS) = 6.3×10⁻³⁶ 【师】 从Ksp数据可以看出，CuS的溶解度更小，因此闪锌矿和方铅矿会慢慢转化为铜蓝。 设计意图:将课堂知识延伸到自然界，让学生体会化学原理的普适性，激发探究自然奥秘的兴趣。 活动3：科学探秘——“钡餐”的选择 【师】:学习了沉淀溶解平衡和沉淀转化的知识，我们来解决一个医学上的实际问题——钡餐的选择。 【情境创设】 医院在做消化系统X射线检查时，需要让患者口服一种不能被X射线透过的物质，俗称“钡餐”。 【师】可用于钡餐的钡盐需要满足什么条件？ 【学生讨论】不溶于水、不溶于酸、不能被X射线透过、对人体无毒。 【师】BaSO₄不溶于水和酸，且不容易被X射线透过，因此在医疗上可被用作消化系统X射线检查的内服药剂。 【追问】 BaCO₃也是不溶于水的，而且Ksp(BaCO₃) = 5.1×10⁻⁹，为什么不用BaCO₃？ 【学生分析】 BaCO₃虽然不溶于水，但能与胃酸（盐酸）反应：BaCO₃(s) + 2H⁺ ⇌ Ba²⁺(aq) + CO₂↑ + H₂O， 【师】BaSO₄不溶于酸，不会与胃酸反应产生Ba²⁺，因此安全，BaCO3与胃酸反应生成的Ba²⁺是重金属离子，有毒。 【深度追问】 那么，BaSO₄在胃酸中真的完全不溶解吗？会不会有少量Ba²⁺进入人体？ 【学生计算】 在纯水中：Ksp(BaSO₄) = 1.1×10⁻¹⁰，c(Ba²⁺) ≈ 1.05×10⁻⁵ mol/L。 在胃酸中，SO₄²⁻会部分转化为HSO₄⁻，使c(SO₄²⁻)降低，促使BaSO₄溶解平衡正向移动，c(Ba²⁺)会略有增大。但这个浓度远低于中毒剂量，因此是安全的。 【师】这个分析非常严谨，这就是化学定量分析的价值——不仅要定性判断“是否溶解”，还要定量计算“溶解多少”。 【设计意图】通过钡餐选择这一真实医学案例，让学生体会沉淀溶解平衡知识在保障人类健康中的重要作用，培养科学态度与社会责任。 【师】 本节课我们学习了沉淀溶解平衡原理在三个方面的应用： 1. 沉淀的生成：当Q > Ksp时，平衡向生成沉淀的方向移动。 2. 沉淀的溶解：通过降低离子浓度，使Q < Ksp，平衡向溶解方向移动。 3. 沉淀的转化：一般由溶解度大的（Ksp大的）转化为溶解度小的（Ksp小的）。沉淀之间可以相互转化。 【板书设计】 第四节 沉淀溶解平衡 第1课时 沉淀溶解平衡的应用 一、沉淀的生成 条件：Q > Ksp，平衡向生成沉淀方向移动 应用：水垢的形成（CaCO₃、Mg(OH)₂、CaSO₄） 二、沉淀的溶解 原理：降低离子浓度，使Q < Ksp，平衡正向移动 应用：盐酸除水垢（Mg(OH)₂ + 盐酸；CaCO₃ + 盐酸） 三、沉淀的转化 方向：一般由Ksp大的转化为Ksp小的 条件：Q(新沉淀) > Ksp(新沉淀)，Q(原沉淀) < Ksp(原沉淀) 应用：CaSO₄ 转化为 CaCO₃（Na₂CO₃浸泡后再用盐酸除去） AgCl 转化为 AgI 转化为 Ag₂S 规律：溶解度小的沉淀容易转化为溶解度更小的沉淀 四、沉淀溶解平衡的应用实例 钡餐选择：BaSO₄不溶于酸，安全；BaCO₃溶于酸，有毒 【课堂练习与巩固】 【练习1】 在AgCl悬浊液中存在沉淀溶解平衡：AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq)。已知常温下，Ksp(AgCl) = 1.8×10⁻¹⁰。下列叙述中正确的是（　） A. 常温下，AgCl悬浊液中c(Cl⁻) ≈ 1.34×10⁻⁵ mol·L⁻¹ B. 温度不变，向AgCl悬浊液中加入少量NaCl粉末，平衡向左移动，Ksp(AgCl)减小 C. 向AgCl悬浊液中加入少量NaBr溶液，白色沉淀转化为淡黄色沉淀，说明Ksp(AgCl) < Ksp(AgBr) D. 常温下，将0.001 mol·L⁻¹ AgNO₃溶液与0.001 mol·L⁻¹ KCl溶液等体积混合，无沉淀析出 【练习2】 已知：25 ℃时，Ksp[Mg(OH)₂] = 5.61×10⁻¹²，Ksp(MgF₂) = 7.42×10⁻¹¹。下列说法正确的是（　） A. 25 ℃时，饱和Mg(OH)₂溶液与饱和MgF₂溶液相比，前者的c(Mg²⁺)大 B. 25 ℃时，Mg(OH)₂的悬浊液加入少量的NH₄Cl固体，c(Mg²⁺)增大 C. 25 ℃时，Mg(OH)₂固体在20 mL 0.01 mol·L⁻¹氨水中的Ksp比在20 mL 0.01 mol·L⁻¹ NH₄Cl溶液中的Ksp小 D. 25 ℃时，在Mg(OH)₂的悬浊液中加入NaF溶液后，Mg(OH)₂不可能转化为MgF₂ 四、教学反思 本节课基本达成了预设的教学目标。第一，以水垢的形成—水垢的除去—沉淀转化的规律—钡餐的选择为主线，将零散的知识点串联成一个有机整体，逻辑清晰，层层递进。 第二，通过多个实验（Mg(OH)₂与酸的反应、CaCO₃与不同酸的反应、AgCl→AgI→Ag₂S的转化）让学生直观感受沉淀溶解和转化的过程，从感性认识上升到理性认识。 第三，注重定量分析，通过Ksp数据和平衡常数计算，帮助学生建立从定性到定量的完整分析框架。 第四，紧密联系生活实际（水垢、钡餐），让学生体会化学知识的实用价值，培养了科学态度与社会责任。不足之处:实验部分耗时多，计算部分有一部分学生存在困难，应该在课间做好本节课的计算专题训练。 学科网（北京）股份有限公司 $