沉淀溶解平衡原理的应用教学设计韩雅娟

《沉淀溶解平衡原理的应用》教学设计漳州市第五中学韩雅娟一、教学背景分析1.教材分析《沉淀溶解平衡原理的应用》是苏教版选修4《化学反应原理》专题3第四单元第二课时的内容。从溶液中离子平衡知识系统来看，学生曾学过了弱电解质的电离平衡、盐类水解平衡知识，难溶电解质的沉淀溶解平衡的学习使电解质理论这部分知识系统更加完整。此外，难溶电解质的溶解平衡也是化学平衡理论应用的延续，是对化学平衡知识进一步概括和整合以及综合应用。教材把这部分内容安排在本专题的最后一个单元，化学平衡和电离平衡之后，目是使沉淀溶解平衡知识的学习能在化学平衡和电离平衡理论的指导下进行，让学生运用已有知识，在深化对化学平衡理论理解的同时，进一步领会沉淀溶解平衡的本质。2.学情分析：学生此前深入地学过物质的溶解和化学平衡，也经历过将化学平衡知识迁移运用于弱电解质的电离和盐类的水解，这为学生学习沉淀溶解平衡奠定了知识和方法层面的基础。通过第一课时对沉淀溶解平衡建立过程的学习，学生在实验探究中，能够类比化学平衡，建立起沉淀和溶解两个过程的动态平衡。学生基本能够写出沉淀溶解平衡表达式，知道溶度积常数反映了物质在水中的溶解能力的大小，且Ksp只与难溶电解质的性质和温度有关，与沉淀的量和溶液中的离子浓度无关。由于初学，学生还难以熟练运用溶度积规则，即Qc与Ksp的大小关系，判断沉淀生成与否，无法灵活运用Ksp解决离子浓度问题。二、基于STEM理念的教学目标与评价目标（一）教学目标1、科学：理解难溶电解质的溶解平衡及影响难溶电解质的溶解平衡移动的因素，能运用平衡移动的观点对沉淀的生成、溶解与转化过程进行分析，知道沉淀转化的本质，并能够对相关实验的现象以及生活、生产中的一些相关问题进行解释，培养学生的绿色化学理念。2、技术：通过真实问题情境——江西德兴铜矿含铜酸性废水的处理及锅炉水垢的去除，理解Ksp的含义，熟练运用Qc与Ksp的大小关系，掌握含铜废水的处理（硫化技术）、水垢的溶解及转化等。3、问题：让学生从原理上学会分析讨论沉淀溶解平衡原理在生产生活、科研和环保领域的应用，构建化学观念（微粒观、转化观、定量观）和研究化学问题的方法。4、数学：运用溶度积规则判断沉淀的生成，能用具体的数值来判断沉淀的生成、溶解与转化，培养学生定量观。（二）评价目标1、通过对含铜酸性废水处理方案的讨论和评价，诊断并发展学生利用化学知识解决问题的水平。2、通过实验探究硫化铜的生成及氢氧化铜与硫化铜的转化，诊断并发展学生的实验探究水平（定性水平）。3、通过计算中性溶液中铜离子的浓度及铜离子达标排放时所需硫离子的浓度，诊断并发展学生的计算水平。4、通过含铜酸性废水处理、锅炉水垢处理等，诊断并发展学生解决问题的模型构建水平。三、教学重难点教学重点：沉淀的生成、溶解、转化的方法及本质，对多学科之间融合的知识点渗透。教学难点：用数据分析沉淀的生成、转化的方法及本质过程教学设计思路STEM教育是指科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的缩写。STEM教育体系中的各领域相互交融，如图1所示。STEM教育STEM教育注重学科知识运用的科学型注重项目开发设计的工程型注重分析推理的数学型注重改造创新的技术型图1STEM教育体系图这是一种多学科的整合教育。本节课的设计理念主要是基于STEM教育理念。通过创设真实问题情境——江西德兴铜矿含铜酸性废水处理、锅炉水垢处理，学生通过交流讨论、理论计算、实验探究、拓展应用等环节，改变学习方式，掌握解决问题的方法，了解和掌握沉淀溶解平衡原理在生产生活中的重要应用，培养学生的基本化学观念（转化观、平衡观、定量观），树立绿色化学理念，从而实现“教-学-评”一体化，达到培养学生化学学科核心素养。具体教学设计思路如下：锅炉水垢中碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钙的去除。工业上利用重晶石制备可溶性钡盐。工程应用江西德兴铜矿采用硫化技术处理废水，变废为宝锅炉水垢中碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钙的去除。工业上利用重晶石制备可溶性钡盐。工程应用江西德兴铜矿采用硫化技术处理废水，变废为宝。交流讨论2：锅炉水垢中碳酸钙和氢氧化镁去除方法、原理思考及解释。归纳小结：沉淀溶解原理及方法，初步构建思考思路：“想到”平衡→“找到”微粒→“想到”平衡。思考讨论3：如何除去微溶于水、难溶于酸的硫酸钙沉淀？学生实验2：向CuSO4溶液中加入NaOH溶液，再滴加Na2S溶液。中心思想沉淀的生成、溶解、转化实质是沉淀溶解平衡建立和移动的过程。培养学生转化观、平衡观、定量观，多学科融合观点。《沉淀溶解平衡原理的应用》教学设计思路创设真实问题情境情境1德兴铜矿如何处理酸性含铜废水？情境2锅炉水垢中碳酸钙和氢氧化镁的去除。情境3锅炉水垢中硫酸钙的去除。沉淀的生成沉淀的溶解沉淀的转化学生活动交流讨论1：含铜酸性废水处理方案讨论及评价。理论计算：加碱至溶液呈酸性溶液中铜离子浓度。学生实验1：向CuSO4溶液中加入Na2S溶液。理论计算：当铜离子浓度达标时，硫离子浓度。教学环节教师活动学生活动设计意图环节1导入【导入】图片“绿水青山就是金山银山”【讲述】习近平总书记《绿水青山就是金山银山》重要讲话。中科院院长白春礼：化学是一门发现的科学，创造的科学，也是支撑国家安全和国民经济发展的科学，化学在解决粮食问题、战胜疾病、解决能源问题、改善环境问题、发展国家防御与安全所用的新材料和新技术等方面起着不可或缺的关键作用。学生倾听介绍化学在改善环境问题方面的重要作用，培养学生对化学的热爱。环节2沉淀的生成【问题情境】德兴铜矿是江西铜业集团公司的主干矿山，也是目前国内最大的露天有色金属矿山。大规模的矿山开发会产生大量废水。其中一种是低浓度含铜[c(Cu2+)≈1×10-3mol/L]酸性废水。【问题1】假设你是铜矿工程师，你如何处理含铜酸性废水，使其达标排放？【投影】资料：国家GB8978-1996《污水综合排放标准》：中性水（pH≈7）；c(Cu2+)≤1×10-7mol/L【定量计算】已知25℃，Ksp[Cu(OH)2]=×10-20。请计算，当溶液为中性时，溶液中的铜离子浓度。【问题2】如何选择沉淀剂使废水达标排放？【投影】一些难溶物的溶度积（25℃）【活动与探究】实验1取2mLL硫酸铜溶液于试管中，滴加L硫化钠溶液。【理论验证】已知25℃，Ksp(CuS)=×10-36。请计算，当溶液中Cu2+符合排放要求[c(Cu2+)=1×10-7mol/L]时，溶液中S2-的浓度。【板书】（一）沉淀的生成条件：Qc>Ksp沉淀剂的选择：（1）Ksp越小，沉淀越完全【问题3】工业上采用什么方法既可使废水达标排放又能资源利用？【工程应用】视频——江西德兴铜矿：污水“淘金”模式【知识拓展】分步沉淀某溶液中同时含有铜离子、铁离子，可以用什么方法除去？2、如何分步沉淀铜离子和铁离子？3、为什么选择氢氧化铜或碱式碳酸铜作为沉淀剂？【板书】2、沉淀剂的选择（2）除杂不引入新杂质学生交流讨论，得出方案，评价学生计算，到黑板板演。学生思考、回答学生完成实验，描述实验现象，得出结论。学生计算学生观看视频学生思考，回答问题真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，学生互评、教师及时点评，体现教学评一体化。引导学生树立定性与定量结合的观点。通过实验探究，加深印象。再次通过理论计算，深化定量观。通过实际的工程应用，将STEM理念引入课堂教学，从生活走入化学，让化学走向社会，培养学生绿色化学观。知识的深化理解，巩固环节3沉淀的溶解【情境】锅炉是一种特殊的换热设备。锅炉提供的蒸汽既是直接的动力来源，又是高温热源，为各行业的各种设备服务。德兴铜矿在冶炼矿石的过程中，也需要用到锅炉。但是，锅炉长期使用后会形成水垢。【问题4】锅炉水垢有什么危害？主要成分是什么？【投影】图片：锅炉水垢、锅炉爆炸【问题5】如何去除锅炉水垢？从沉淀溶解平衡角度思考。【投影】一些难溶物的溶度积（25℃）【交流讨论】加酸溶解碳酸钙、氢氧化镁的原理。【交流讨论】加酸、加盐溶解氢氧化镁的原理。【板书】（二）沉淀的溶解1、原理：降低离子浓度，使平衡向沉淀溶解的方向移动2、方法：加酸或加盐学生思考，回答问题学生交流讨论，形成思路，解释原理。真实问题情境，保持学生学习的兴趣。培养学生分析问题、解决问题能力，形成沉淀溶解平衡原理应用的一般思路，规范表述。环节4沉淀的转化【问题6】锅炉水垢中CaSO4微溶于水，难溶于酸。如何去除锅炉水垢中的CaSO4？【活动与探究】实验2取2mL硫酸铜溶液于试管中，滴加氢氧化钠溶液，再继续滴加硫化钠溶液。【投影】一些难溶物的溶度积（25℃）【分析】氢氧化铜转化为硫化铜的原理【问题】溶解度小的沉淀可以转化为溶解度大的沉淀吗？必须满足什么条件？【板书】（二）沉淀的转化1、S小→S更小（易）2、S小→S大（难）沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡建立和移动的过程。【问题解决】硫酸钙水垢的去除原理：硫酸钙先转化为碳酸钙，再加酸溶解。【交流讨论】工业生产中，通过重晶石（主要成分是BaSO4）制备可溶性钡盐。如何制备？请运用沉淀溶解平衡原理分析。学生思考学生完成实验探究，描述实验现象，得出结论并分析原因。学生分析、解释硫酸钙水垢去除原理。学生思考、讨论，解决问题。设置问题冲突，激发学生思考。通过实验探究，深刻理解沉淀转化的实质。培养学生分析解决问题能力。深化巩固沉淀转化原理。环节5课堂小结【课堂小结】我的收获解决问题思路：“找到”平衡→“看到”微粒→“想到”移动。【课堂练习】1．下列应用或现象体现的化学原理，主要是体现沉淀溶解平衡原理的是()①热纯碱溶液洗涤油污的能力强②误将钡