内容正文:
第二节 海水“晒盐”(第二课时)教学设计
鲁教版(五四学制)初中化学九年级全一册 第八单元 海水中的化学
一、教材分析
本课时是在学生已学习饱和溶液、不饱和溶液及海水晒盐过程的基础上,定量研究物质溶解性的延续。教材以食盐在水中溶解有一定限度为出发点,引出固体溶解度概念,再通过硝酸钾、氯化钠溶解度数据表引导学生绘制溶解度曲线,归纳固体溶解度随温度变化的规律,进而认识蒸发结晶与降温结晶两种方法,为后续粗盐提纯及化学计算奠定基础。
二、四维核心素养
化学观念:建立物质溶解性的定量认识,理解溶解度概念与四要素,形成“一定温度下溶解有限度”的平衡观与微粒观。
科学思维:通过绘制与对比溶解度曲线,归纳固体溶解度随温度变化的规律,发展定量分析、证据推理与模型认知能力。
科学探究与实践:经历数据对比、曲线绘制、结晶方案设计等任务,提升控制变量意识与实验探究能力。
科学态度与责任:结合海水晒盐与物质提纯的生产实际,体会化学在海洋资源利用中的价值,增强节约资源、保护环境的意识。
三、教学重难点
教学重点:溶解度概念的理解;溶解度曲线的意义与应用;结晶的两种方法。
教学难点:溶解度概念四要素的准确把握;溶解度曲线的绘制与信息提取;依据溶解度随温度变化的趋势选择合适的结晶方法。
四、新课导入
教师播放海边盐田晒盐的实景图片,引导学生观察盐田、蒸发池与结晶池。教师提问:海水引入盐田后,为什么经过风吹日晒就能析出雪白的食盐晶体?上节课我们知道食盐在水中的溶解是有限度的,那么这个“限度”究竟有多大?又该如何定量地比较不同物质溶解能力的强弱呢?由此制造认知冲突,引出本节课的核心课题——溶解度。
五、设计意图
以真实的盐田晒盐情境激活学生已有经验,借助“溶解限度如何定量”的疑问制造认知冲突,激发探究欲望,自然过渡到溶解度概念的学习。
六、上课过程设计意图
本课时以“怎样定量描述物质的溶解能力”为主线,采用任务驱动式教学,设计四个层层递进的学习任务。任务一通过多组实验数据的对比,让学生在“温度不同、溶剂量不同、溶液是否饱和”的矛盾冲突中自主建构溶解度的四个要素,避免机械记忆;任务二以硝酸钾、氯化钠的溶解度数据表为素材,让学生动手绘制溶解度曲线,经历从数据到图像的建模过程,培养数据处理能力;任务三围绕曲线的交点与升降趋势展开,引导学生归纳固体溶解度随温度变化的三类规律,为结晶方法的选择提供依据;任务四回归海水晒盐与硝酸钾提纯的真实问题,让学生设计结晶方案,实现知识的迁移应用。整个过程以学生活动为主体,教师通过关键设问搭脚手架,落实从定性到定量、从数据到模型、从理论到应用的认知进阶,让学生在解决真实问题的过程中发展化学核心素养。
七、教学过程
任务一:对比数据,建构溶解度概念
【任务情境】教师出示三组实验记录。第一组:在相同温度下,向两个盛有不同质量水的烧杯中分别加入食盐,均达到不再溶解为止;第二组:在相同质量的水中,分别在不同温度下加入食盐至不再溶解;第三组:在相同温度、相同质量的水中,分别加入食盐至刚好饱和与尚未饱和。
【教师活动】教师引导学生观察三组数据,并依次追问:第一组中,溶水质量不同时,溶解的食盐质量能直接比较吗?为什么?第二组中,温度不同时,溶解的食盐质量能直接比较吗?为什么?第三组中,溶液未达到饱和时,溶解的食盐质量能代表这种物质最多能溶解多少吗?
【学生活动】学生以小组为单位展开讨论,对比三组数据的相同条件与不同条件。第一组讨论中,有学生提出水多的烧杯溶解的食盐自然就多,不能据此说食盐在这种水中溶解能力更强;第二组讨论中,学生联系生活经验,想到冲糖水时热水比冷水更容易溶解更多糖,意识到温度不同会影响溶解的多少;第三组讨论中,学生认识到溶液还没饱和时,继续加入食盐还能继续溶解,这时称量的溶解量并不是这个条件下的最大值。学生逐步发现:要公平比较不同物质的溶解能力,必须统一温度、统一溶剂的质量,并且溶液必须达到饱和状态。学生代表汇报本组观点,其他小组补充完善。
【教师点拨】教师在学生交流的基础上,顺势归纳:化学上为了统一比较标准,规定在一定温度下,某固体物质在100克溶剂里达到饱和状态时所能溶解的质量,叫做这种物质在这种溶剂里的溶解度。教师特别强调,溶解度的概念必须同时满足四个要素——一定温度、100克溶剂、达到饱和状态、溶解的质量以克为单位,缺一不可。教师结合食盐在不同温度下溶解度的数据,引导学生用规范的语言描述:例如某温度下食盐在100克水中达到饱和时所能溶解的质量是多少克。
【追问深化】教师继续追问:如果溶剂质量不是100克,或者温度发生了变化,还能直接称它为溶解度吗?如果溶液没有达到饱和,所溶解的质量能代表溶解度吗?学生通过辨析进一步明确四个要素的限定作用,教师强调描述溶解度时必须指明温度,因为温度变化,溶解能力也会随之改变。教师还引导学生思考:为什么要把溶剂的质量统一规定为100克?学生讨论后认识到,统一溶剂质量是为了方便比较和记忆,是一种人为约定的科学标准,正如测量长度要统一单位一样。
【设计意图】让学生在数据对比的矛盾冲突中自己“发现”比较标准,而不是由教师直接给出定义,使概念的建构水到渠成;通过追问辨析,强化对四要素的准确理解,体会化学概念中条件与标准的严谨性。
任务二:动手绘图,绘制溶解度曲线
【任务情境】教师出示硝酸钾与氯化钠在不同温度下的溶解度数据表,表中列出了从低温到高温若干个温度点对应的溶解度数据。教师提出任务:请同学们根据表格中的数据,在坐标纸上绘制硝酸钾与氯化钠的溶解度曲线,横坐标表示温度,纵坐标表示溶解度。
【教师活动】教师先示范坐标的建立方法,强调横坐标温度与纵坐标溶解度的刻度要均匀、合理,描点时要找准每一组数据对应的位置,连线时要用平滑的曲线依次连接各点,而不是画成折线。教师巡视各组绘图情况,提醒学生注意两个物质的曲线要用不同颜色或线型加以区分,并标注清楚物质名称。
【学生活动】学生分组进行绘图,先根据数据表逐一描点,再用平滑曲线连接。绘图过程中,学生互相检查描点位置是否准确、曲线是否平滑、坐标标注是否完整。有学生在描点时发现,硝酸钾的溶解度随温度上升得越来越快,曲线呈现向上弯曲的走势;而氯化钠的数据点几乎连成一条平缓上升的直线。完成绘图后,相邻小组互相展示作品,对比两条曲线的走势差异。
【交流展示】教师选取几份具有代表性的作品在全班展示,请学生点评:哪一份描点准确、连线规范?哪一份两条曲线区分清楚?学生在互评中进一步明确绘图要领。教师引导学生观察自己绘制的两条曲线,说一说从图上能直观看出硝酸钾与氯化钠的溶解度随温度升高分别呈现怎样的变化趋势。有学生发现,在低温时两条曲线相距较近,而在高温时相距越来越远,这说明温度对两种物质溶解能力的影响程度并不相同。
【教师小结】教师总结:用曲线的方式把溶解度随温度变化的趋势表示出来,就得到了溶解度曲线。溶解度曲线不仅能直观反映某一物质在不同温度下的溶解度,还能方便地比较同一温度下不同物质溶解度的大小,是化学研究中表达数据的重要工具。教师提醒学生,今后查阅溶解度时,要养成先看横轴温度、再看纵轴数值、最后对照曲线的读图习惯。
【设计意图】让学生亲历从数据表到曲线图的建模过程,在动手操作中体会数形结合的方法,同时为下一环节解读曲线积累直观素材,培养严谨的绘图习惯。
任务三:解读曲线,归纳变化规律
【任务情境】教师组织学生以绘制好的溶解度曲线为载体,完成三个递进的探究问题:第一,找出硝酸钾与氯化钠两条曲线的交点,说一说交点表示什么含义;第二,观察三条典型物质曲线(硝酸钾、氯化钠、氢氧化钙),归纳固体物质溶解度随温度变化可以分为哪几类情况;第三,查一查某一指定温度下硝酸钾与氯化钠的溶解度分别是多少。
【教师活动】教师引导学生先独立思考,再小组交流。在学生汇报交点含义时,教师追问:交点处两种物质的溶解度相等,那它们的溶液一定都是饱和溶液吗?为什么?帮助学生厘清“溶解度相等”与“溶液状态”之间的关系。在归纳变化规律时,教师提示学生注意曲线的升降方向与倾斜程度,并引导学生联想生活中配制热糖水、冷却后杯底出现糖晶体的经验,把曲线趋势与生活现象对应起来。
【学生活动】学生在曲线上找到交点位置,读出交点对应的温度与溶解度数值,讨论后得出结论:交点表示在该温度下,两种物质的溶解度相等。学生继续观察硝酸钾曲线——随温度升高明显上升,且上升幅度较大;氯化钠曲线——随温度升高缓慢上升,变化幅度很小;氢氧化钙曲线——随温度升高反而呈下降趋势。由此归纳出三类典型情况:多数固体物质溶解度随温度升高而增大,如硝酸钾;少数物质溶解度受温度影响变化不大,如氯化钠;极少数物质溶解度随温度升高而减小,如氢氧化钙。学生还尝试在曲线上查找:在某一指定温度下,硝酸钾与氯化钠的溶解度分别位于纵坐标的哪个位置,哪一个更大;当温度升高到另一温度时,两者溶解度大小关系是否发生了颠倒。
【追问深化】教师提问:为什么海水晒盐要用蒸发水分的方法,而不用降温的方法从海水中获得食盐?学生结合氯化钠溶解度受温度影响变化不大这一规律,解释降温并不能使大量氯化钠析出,因此工业上采用蒸发溶剂的方法使食盐结晶。教师顺势引出结晶的两种途径,为任务四做铺垫。
【设计意图】通过交点、趋势、查值三个层次的读图活动,训练学生从曲线中提取信息的能力;用“为什么海水晒盐不用降温法”这一真实问题,把曲线规律引向结晶方法的选择,实现规律到应用的自然衔接。
任务四:联系实际,选择结晶方法
【任务情境】教师出示两个真实生产情境:情境一,沿海盐场利用海水晒盐获得粗盐;情境二,实验室从含有少量氯化钠的硝酸钾混合物中提纯硝酸钾。请同学们结合溶解度曲线,分别为这两个情境设计合理的结晶方案,并说明理由。
【教师活动】教师引导学生回顾溶解度曲线反映的规律,提示学生从“目标物质溶解度受温度影响大小”的角度思考:如果目标物质溶解度受温度影响变化不大,改变温度对它的析出帮助大不大?如果目标物质溶解度随温度升高明显增大,降低温度又会发生什么?教师巡视各小组方案设计情况,对思路有困难的小组进行点拨。
【学生活动】小组讨论后形成方案。对于海水晒盐,学生指出氯化钠的溶解度受温度影响变化不大,靠降温难以使其大量析出,因此应采用把海水引入蒸发池,借助风吹日晒使水分不断蒸发,当溶液达到饱和后继续蒸发,食盐晶体就会析出,这种方法叫做蒸发结晶。学生还结合上节课所学,说明海水先进入蒸发池使水分蒸发浓缩,再导入结晶池继续蒸发,食盐晶体逐渐析出,分离出粗盐后剩余的液体就是母液。对于硝酸钾中混有少量氯化钠的提纯,学生指出硝酸钾的溶解度随温度升高显著增大,而氯化钠溶解度受温度影响较小,因此可以先把混合物在较高温度下配制成浓溶液,再降低温度,硝酸钾的溶解度急剧减小就会大量结晶析出,而氯化钠量少且受温度影响小,仍留在溶液中,从而实现提纯,这种方法叫做降温结晶,也叫冷却热饱和溶液。
【教师点拨】教师总结归纳:蒸发结晶适用于溶解度受温度影响变化不大的物质,如从海水中晒盐;降温结晶适用于溶解度随温度升高明显增大的物质,如从硝酸钾溶液中获得硝酸钾晶体。选择哪种结晶方法,关键要看目标物质的溶解度受温度影响的程度。教师进一步介绍,析出晶体后剩余的溶液称为母液,母液仍然是该温度下的饱和溶液。教师还提醒学生,工业生产中常常根据实际需要把两种方法结合使用,例如先通过蒸发浓缩使溶液达到较高浓度,再通过降温使目标晶体充分析出,从而提高晶体的产量与纯度。
【设计意图】把结晶方法的选择建立在溶解度曲线规律之上,让学生在解决真实提纯问题的过程中理解方法背后的原理,而不是死记两种结晶方法的名称。
迁移应用:解决真实问题
【任务情境】教师出示一组辨析与应用题:第一,判断有关溶解度的几种说法是否正确,例如“20℃时食盐的溶解度是36克”与“食盐的溶解度是36克”两种说法是否都准确;第二,夏天打开汽水瓶盖时会有大量气泡冒出,喝了汽水后常常会打嗝,请结合气体溶解度受压强、温度影响的知识加以解释。
【教师活动】教师引导学生运用本节课所学的概念进行判断与解释。在讨论气体溶解度时,教师简要介绍:气体的溶解度同样与温度、压强有关,压强越大、温度越低,气体溶解得越多;打开瓶盖后压强减小,溶解在水中的二氧化碳就逸出;喝下汽水后体内温度较高,气体溶解度减小,因而会打嗝。
【学生活动】学生独立判断并说明理由:第一种说法指明了温度,且数值与条件相符,是准确的;第二种说法没有指明温度,脱离温度谈溶解度是不严谨的。学生还互相补充:描述溶解度时不仅要指明温度,还必须说明溶剂的种类和质量,否则比较就失去了意义。对于汽水冒泡与打嗝现象,学生尝试用压强、温度对气体溶解度的影响作出解释,其他同学补充完善。有学生联想到夏天鱼塘里的鱼常常浮到水面透气,也是因为水温升高后水中溶解的氧气减少,这说明气体的溶解能力同样受温度影响。
【课堂小结】教师引导学生回顾本节课的学习历程:从比较物质溶解能力的需要出发,建立了溶解度的概念;通过绘制与解读溶解度曲线,归纳了固体溶解度随温度变化的规律;又依据这些规律,解决了海水晒盐与物质提纯中结晶方法的选择问题。教师强调,溶解度是联系饱和溶液与结晶现象的关键桥梁,读图、用图是学习化学的重要基本功。教师进一步引导学生把本节课与上节课联系起来:上节课认识了饱和溶液与不饱和溶液,本节课则用溶解度定量描述了“达到饱和”时溶质溶解的限度,两者共同构成了认识物质溶解现象的完整视角。
【设计意图】通过辨析题巩固溶解度概念的严谨性,通过生活现象拓展气体溶解度,把课堂学习延伸到生活,同时完成知识的梳理与结构化。
八、板书设计
第二节 海水“晒盐”(第二课时)
一、固体溶解度
概念:一定温度下,某固体物质在100g溶剂里达到饱和状态时所溶解的质量
四要素:一定温度、100g溶剂、达到饱和、单位为克
二、溶解度曲线
绘制:横坐标—温度,纵坐标—溶解度,描点连线成平滑曲线
意义:查某温度下溶解度;比较同一温度下不同物质溶解度;交点表示该温度下两物质溶解度相等
规律:多数物质随温度升高而增大(如硝酸钾);少数受温度影响不大(如氯化钠);极少数随温度升高而减小(如氢氧化钙)
三、结晶的方法
蒸发结晶:适用于溶解度受温度影响变化不大的物质(如海水晒盐)
降温结晶:适用于溶解度随温度升高明显增大的物质(如硝酸钾提纯)
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