苏教版高中化学选择性必修第一册专题3水溶液中的离子反应
第一单元“弱电解质的电离平衡”单元整体教学设计方案
第一部分:单元整体设计板块
一、 单元教材分析
本单元隶属于苏教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》的“专题3:水溶液中的离子反应”,是学生在学习完“化学反应与能量变化”、“化学反应速率与化学平衡”两大专题后,将化学平衡原理应用于水溶液体系的重要实践与深化。教材内容遵循“从现象到本质、从宏观到微观、从定性到定量”的逻辑主线展开:
1. 逻辑结构:以“强、弱电解质概念辨析”为起点(P86-P88),引出“弱电解质的电离平衡”这一核心概念(P88-P92),进而探讨“水的电离平衡”这一特殊且基础的实例(P94-P95),最终将平衡思想应用于分析“盐类的水解”(P107-P115)和“沉淀溶解平衡”(P116-P124)。各部分内容环环相扣,前一内容是后一内容的基础,后一内容是前一内容的延伸和应用,共同构建了水溶液中离子反应的平衡体系。
2. 育人价值:
知识价值:帮助学生建立“强、弱电解质—电离平衡—水的电离—溶液酸碱性—盐类水解—沉淀溶解”的完整知识链条,理解水溶液中复杂离子行为的统一理论框架——化学平衡原理。
素养价值:重点培养学生的“变化观念与平衡思想”,引导学生从动态、限度的视角认识水溶液中的离子反应;强化“宏观辨识与微观探析”,通过实验现象(pH变化、导电性、沉淀生成等)推测微观粒子(分子、离子)的行为及相互作用;发展“证据推理与模型认知”,运用电离平衡常数(Ka、Kb)、水的离子积(Kw)、溶度积(Ksp)等定量模型分析和解决实际问题。
教材核心图片育人功能:
P87图3-1 镁条与盐酸、醋酸溶液的反应示意图:创设真实对比情境,引导学生从宏观反应速率差异(气球鼓起快慢)推理微观氢离子浓度不同,进而引出强弱电解质概念,体现了从宏观现象到微观本质的认知引导。
P89图3-4 醋酸分子与水分子作用并发生电离的过程示意图:直观展示弱电解质电离的微观动态过程,帮助学生建立“可逆”、“平衡”的微观图景,是理解电离平衡概念的关键支架。
P94图3-8 水分子相互作用并发生电离的过程示意图:形象化展示水的自偶电离,突破“水是极弱电解质”的认知难点,为理解Kw的普适性奠定基础。
P117图3-24 溶洞景观图:联系自然奇观,将抽象的沉淀溶解平衡(CaCO 与CO 、H O的平衡)置于真实、宏大的情境中,激发学习兴趣,体现化学与自然的联系,培养“科学态度与社会责任”。
二、 单元学情分析
1. 知识基础:学生已掌握化学平衡状态的特征、平衡常数(K)的含义、化学平衡移动原理(勒夏特列原理)。具备电解质、非电解质、离子反应、溶液pH的初步概念(来自必修课程)。但将平衡理论迁移到电离、水解等新情境中存在困难,对“弱电解质的部分电离”、“水的微弱电离”等微观过程缺乏直观认识。
2. 认知特点:高中生抽象逻辑思维占主导,能进行假设-演绎推理,但对微观粒子间的相互作用和动态平衡过程仍需借助直观模型和实验现象来构建认知。乐于探究,但设计对比实验、控制变量的能力有待提高。
3. 素养水平:基于上一单元评价,学生运用平衡常数进行定量计算的能力普遍较弱,“变化观念与平衡思想”多停留在识记层面,在复杂情境中综合应用平衡原理分析问题的能力不足。
4. 学习习惯与探究能力:部分学生习惯于被动接受结论,主动设计实验方案、分析异常数据的意识不强。小组合作中,分工与协作效率有待提升。
三、 单元学习目标
依据《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》,结合本单元内容,确定以下单元学习目标,重点培养“变化观念与平衡思想”素养。
1. 【重点培养素养:变化观念与平衡思想】 通过对醋酸、氨水、水等弱电解质电离过程的分析,能辨识其电离平衡状态,能用化学平衡原理解释浓度、温度等外界条件对电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡移动的影响,并运用勒夏特列原理进行预测。(覆盖本单元所有核心内容,占比超40%)
2. 【宏观辨识与微观探析】 能通过实验(如导电性实验、pH测定、沉淀生成与转化)获得的宏观现象,推测溶液中微观粒子(如H 、OH 、CH COO 、NH 等)的种类、浓度变化及相互作用,建立宏观现象与微观本质的联系。
3. 【证据推理与模型认知】 能理解电离平衡常数(Ka、Kb)、水的离子积(Kw)、溶度积(Ksp)的含义,并运用这些常数进行简单的计算(如计算pH、c(H )、判断沉淀生成与溶解等),体会定量模型在解决水溶液问题中的价值。
4. 【科学探究与创新意识】 能基于强弱电解质、盐类水解等原理,设计简单的实验方案(如探究影响电离平衡的因素、证明盐溶液酸碱性、实现沉淀转化),并能合作完成实验,记录现象,基于证据得出结论,初步形成实验探究能力。
5. 【科学态度与社会责任】 通过了解溶洞形成、泡沫灭火器原理、含氟牙膏防龋齿、钡餐等生活实例,认识水溶液中的离子平衡在自然界、生产生活中的广泛应用,形成合理运用化学知识解释现象、解决实际问题的意识。
四、 单元教学重难点
教学重点:
1. 弱电解质电离平衡的概念建立及特征理解。
2. 水的电离平衡及Kw的含义和应用。
3. 盐类水解的实质和规律。
4. 沉淀溶解平衡的概念及溶度积(Ksp)的应用。
教学难点:
1. 难点1:从化学平衡的角度动态、定量地理解弱电解质的“部分电离”和水的“极弱电离”。(突破策略:借助P89图3-4微观过程示意图和导电率传感器实验曲线(P92图3-6),结合类比、动画演示,将抽象过程具体化。)
2. 难点2:盐类水解平衡的建立及多重平衡(水的电离平衡、弱酸/弱碱的电离平衡)的综合分析。(突破策略:利用P108图3-22三种盐溶于水后的变化示意图,引导学生分步分析微粒间的相互作用;通过小组辩论、绘制微粒浓度关系图等活动,厘清平衡体系。)
3. 难点3:运用溶度积规则(Qc与Ksp比较)判断沉淀的生成、溶解和转化。(突破策略:设计“沉淀转化竞赛”探究活动,结合P120图3-25/26的宏观现象与微观示意图,从平衡移动和溶解度差异双重角度进行解释,并通过阶梯式练习巩固。)
五、 单元教学准备
类别 具体内容 备注
教具/仪器 pH计(或pH传感器)、电导率传感器、数据采集器、投影仪、计算机 用于定量实验和动态数据呈现
试管、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、导电性实验装置(电源、灯泡、电极) 常规实验仪器
磁性白板及磁贴(用于模拟微粒变化)或交互式白板软件 可视化呈现动态平衡过程
药品/试剂 盐酸、醋酸、氨水、NaOH溶液、NaCl、CH COONa、NH Cl、AlCl 、Na CO 、NaHCO 、Mg条、酚酞、石蕊、甲基橙指示剂 教材P87、P107等实验所需
AgNO 、NaCl、KI、Na S溶液;CaCl 、Na C O 溶液;Fe(NO ) 溶液、稀HNO 教材P119沉淀转化实验所需
技术/资源 弱电解质电离、水的电离、盐类水解、沉淀溶解的微观模拟动画 辅助理解微观动态过程
教材核心图片(P87 图3-1, P89 图3-4, P94 图3-8, P108 图3-22, P117 图3-24等)的高清数字化版本 用于课件重点呈现和分析
学具 学生实验报告单、小组讨论记录单、概念图绘制纸 记录学习过程与成果
六、 单元课时计划
课时 课时名称 (与教材一致) 核心内容 教材范围 核心图片/说明
1 第一单元 弱电解质的电离平衡 1. 强、弱电解质概念辨析
2. 弱电解质电离平衡的建立与特征
3. 电离平衡常数(Ka、Kb) P86-P92 P87图3-1:宏观反应对比
P89图3-4:微观电离过程
P92图3-6:电导率变化曲线
2 第二单元 溶液的酸碱性 1. 水的电离平衡与Kw
2. 溶液的酸碱性与c(H )、c(OH )、pH的关系
3. 溶液pH的简单计算 P94-P99 P94图3-8:水的电离示意图
P98图3-10:pH与c(H )关系图
3 第三单元 盐类的水解 1. 盐类水解的实质与规律
2. 影响盐类水解的因素
3. 盐类水解的应用 P107-P115 P108图3-22:三种盐溶液酸碱性成因图解
P113图3-23:泡沫灭火器原理图
4 第四单元 沉淀溶解平衡 1. 沉淀溶解平衡的建立与特征
2. 溶度积常数(Ksp)及其应用
3. 沉淀的生成、溶解与转化 P116-P124 P117图3-24:溶洞景观(情境)
P120图3-25/26:沉淀转化实验与原理图
5 单元复习专题:水溶液中的离子平衡体系建构与应用 1. 单元核心概念(四类平衡)的网络化建构
2. 平衡常数(Ka/Kb、Kw、Kh、Ksp)的综合辨析与应用
3. 真实情境下的综合问题解决 整合P86-P124 P108图3-22(整合用)、单元内各数据表、习题
第二部分:课时教学设计板块
课时1:第一单元 弱电解质的电离平衡
(教材P86-P92)
一、本课时教材分析
本课时是专题3的起始课,也是将化学平衡思想引入水溶液体系的奠基课。教材通过P87“交流讨论”比较盐酸与醋酸的性质差异,引出强、弱电解质概念;进而以醋酸为例,在P89图3-4的微观示意图支撑下,系统阐述弱电解质电离平衡的建立、特征及表示方法(电离平衡常数Ka)。P92“批判性思维”栏目提供的电导率变化曲线是对“稀释促进电离”这一平衡移动规律的定量化、图像化印证,极具教学价值。本课时内容承上(化学平衡)启下(水的电离、盐类水解),是培养学生“变化观念与平衡思想”和“宏观辨识与微观探析”素养的关键节点。
二、素养目标
1. 【宏观辨识与微观探析】 通过对比1 mol·L 盐酸与醋酸溶液和镁条反应的宏观现象差异(P87图3-1),能推测并解释两者溶液中H 浓度的大小关系,初步建立宏观现象与微观粒子行为的联系。
2. 【变化观念与平衡思想】 能结合P89图3-4示意图和化学平衡知识,描述醋酸在水溶液中电离成离子的过程是可逆的、动态的,最终会达到电离平衡状态,并能用v-t图定性表示该过程。
3. 【证据推理与模型认知】 能说出电离平衡常数(Ka、Kb)的含义,知道其是衡量弱电解质相对强弱的定量标尺,并能根据表中数据(P92表3-4)比较常见弱酸、弱碱的强弱。
4. 【科学探究与创新意识】 能在教师引导下,基于P92图3-6电导率变化曲线的异常点(先升后降),提出合理猜想,并通过小组讨论尝试解释“稀释初期电导率为何上升”,体验基于证据进行分析推理的探究过程。
三、教学重难点
重点:弱电解质电离平衡的概念建立及特征。
难点:从化学平衡角度理解弱电解质的“部分电离”及电离平衡的移动。
突破策略:利用P89图3-4示意图制作动态微课;设计“模拟电离平衡”的磁贴活动(学生用磁贴代表CH COOH分子、H 、CH COO ,在黑板上模拟溶解、电离、结合过程);引导学生分析P92图3-6电导率曲线,将抽象的“稀释促进电离”规律可视化。
四、教学准备
教师准备:课件(含P87图3-1, P89图3-4动图, P92图3-6, P92表3-4);0.1 mol·L HCl与CH COOH溶液、镁条、气球、试管、导电性实验装置;电导率传感器演示实验(或相关视频);磁性白板及代表微粒的磁贴。
学生准备:预习教材P86-P90,思考“为什么醋酸和盐酸浓度相同,性质却有差异?”;复习化学平衡的相关知识。
五、教学过程(45分钟)
教学环节 学习任务与学生活动 预设师生对话与引导策略 设计意图与素养关联
任务一:初探差异,引出概念 (8分钟)
活动1:宏观现象对比 活动1:实验观察与讨论
观察教师演示(或观看视频):取等体积、等浓度的HCl和CH COOH溶液,分别与打磨好的镁条反应(装置参考P87图3-1)。小组讨论:①气球鼓起快慢有何不同?②这说明两种溶液中什么微粒的浓度有差异?③从物质分类看,HCl和CH COOH都属于酸,为何性质有别? 师:请大家仔细观察两个气球的变化,并记录时间。
生:盐酸那边的气球鼓得快得多!
师:很好。气球鼓起是因为产生了氢气,反应的本质是Mg与H 反应。鼓得快慢不同,直接反映了什么?
生:盐酸中H 浓度更大!
师:浓度相同的两种酸,H 浓度却不同。这暗示它们在水中发生了什么不同的过程?请阅读教材P87-88寻找答案。
(引导学生阅读,归纳强、弱电解质定义) 意图:创设认知冲突,从真实、直观的宏观实验现象切入,激发探究欲望。
素养:落实“宏观辨识与微观探析”,引导学生从现象(反应速率)推理本质(离子浓度),并初步关联物质结构(电离程度不同)。
任务二:聚焦醋酸,建立模型 (15分钟)
活动2:微观过程模拟
活动3:构建电离平衡概念 活动2:微观过程模拟
利用教师提供的磁贴(代表CH COOH、H 、CH COO 、H O),小组合作在黑板上分步模拟:①醋酸分子溶解;②部分分子电离;③离子结合成分了。感受过程的“双向性”和“动态性”。
活动3:概念构建与表征
1. 结合P89图3-4示意图和模拟活动,用自己的语言描述醋酸在水中的电离过程。
2. 尝试模仿化学平衡的v-t图,在学案上画出醋酸电离过程中,分子电离成离子的速率(v电离)和离子结合成分了的速率(v结合)随时间的变化趋势图。 师:我们把微观过程“演”出来。请一个小组上台,用磁贴展示醋酸刚加入水中的瞬间。
生:(贴满CH COOH分子磁贴)
师:现在,请模拟水分子的作用和电离的发生。(引导学生移动磁贴)
生:有些CH COOH分开了,变成了H 和CH COO 。
师:同时,有没有可能发生相反的过程?
生:哦,这些离子也可能撞到一起重新变成分子。
师:非常好!这是一个可逆过程。随着时间推移,两个速率会怎样变化?最终呢?
生:v电离慢慢变小,v结合慢慢变大,最后相等了。
师:这就是电离平衡状态。请大家画出v-t图。
(巡视指导,选取典型图像展示评析) 意图:通过具身参与的模拟活动和图像化表征,将抽象的、微观的电离平衡过程具体化、可视化,帮助学生自主构建核心概念。
素养:重点落实“变化观念与平衡思想”,使学生深刻理解电离过程的动态性、可逆性和限度;同时培养“模型认知”能力,学会用图像描述化学过程。
任务三:定量刻画,深化理解 (12分钟)
活动4:认识电离平衡常数
活动5:探究稀释的影响(批判性思维) 活动4:数据分析
阅读教材P90“学科提炼”和P92表3-4,回答:①电离平衡常数Ka的表达式是什么?②它反映了弱电解质的什么性质?③根据表3-4数据,比较HF、CH COOH、HClO的酸性强弱。
活动5:探究式讨论
观察P92图3-6电导率变化曲线。小组合作探究:①曲线整体趋势是上升还是下降?这符合你的直觉吗?(稀释后离子浓度变小,导电性应减弱)②曲线中段为何出现一个“隆起”(先升后降)?这说明了什么深刻道理? 师:平衡状态时各微粒浓度保持不变,其比值是常数,这就是电离平衡常数Ka。它和化学平衡常数K有何异同?
生:本质一样,都是平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比。Ka专指电离平衡。
师:Ka值大小有何意义?看表3-4。
生:Ka越大,电离程度越大,酸性(或碱性)越强。
师:现在我们面对一个“反常”曲线(展示P92图3-6)。稀释醋酸,离子总数减少,电导率应该一直下降才对,为什么先升?
(学生讨论激烈,可能提出“电离出更多离子”)
师:追问:稀释瞬间,离子浓度是增大还是减小?是什么过程让离子浓度得以“暂时回升”?
生:稀释瞬间,所有微粒浓度都减小。但平衡被破坏了!根据勒夏特列原理,平衡要向减弱这种改变的方向移动,也就是向电离方向移动,产生新的离子,所以离子浓度有一个“反弹”。
师:精彩!这就是“稀释促进电离”的平衡移动规律。但最终离子浓度还是比原来低,所以曲线后又下降。 意图:引入Ka实现从定性到定量的跨越;通过分析异常实验曲线,引发深度思维冲突,引导学生运用平衡移动原理解决复杂问题,培养批判性思维。
素养:落实“证据推理与模型认知”(运用Ka比较物质性质,分析数据曲线)和“变化观念与平衡思想”(理解稀释对平衡的影响)。
任务四:归纳应用,评价反馈 (10分钟) 活动6:归纳总结
以醋酸为例,梳理弱电解质电离平衡的“状态特征”、“表示方法(Ka)”、“影响因素(浓度、温度)”。
评价任务:完成学案上的概念辨析题和简单计算题(如:已知某温度下醋酸Ka,求0.1 mol/L溶液中c(H )近似值)。小组互评,教师点评典型错误。 师:请同学们用思维导图或关键词梳理本节课的核心。
生:(分享梳理成果,核心:可逆、动态、限度、常数Ka、稀释促进电离……)
师:现在我们完成一个小挑战(出示评价任务)。完成后相邻同学交换,依据评分标准互评。
(评分标准:概念表述准确1分;Ka表达式正确1分;计算思路正确1分;结果准确1分) 意图:梳理知识,形成结构;通过及时的评价反馈,检测目标达成度,并为后续学习提供诊断信息。
素养:综合巩固本课时所涉核心素养,特别是“模型认知”的应用能力。
六、板书设计
弱电解质的电离平衡
一、强电解质 vs 弱电解质
完全电离 ———— 部分电离 (可逆)
二、醋酸的电离平衡
1. 过程:CH COOH H + CH COO
2. 特征:逆、等、动、定、变
v电离
| / \
| / \ (平衡状态)
| / \
| / \
| / \ v结合
——————————————> t
3. 常数:Ka = c(H )·c(CH COO )/c(CH COOH)
意义:衡量弱电解质相对强弱
三、影响平衡移动:稀释 → 促进电离 (P92图3-6)
(板书左侧可预留区域,贴放P89图3-4的关键帧图示或学生绘制的优秀v-t图)
七、课时小结
引导学生回顾:今天我们如何从镁条反应的不同现象出发,一步步深入到醋酸微观的电离过程,最终建立起“弱电解质电离平衡”这一动态模型,并用Ka进行定量描述。强调“变化与平衡”是认识水溶液行为的核心观念。
八、课堂练习
基础层:
1. 判断:强电解质溶液的导电能力一定比弱电解质溶液强。( )
2. 写出NH ·H O的电离方程式和Kb的表达式。
3. (教材P95第4题改编)解释1 mol/L CH COOH和1 mol/L NH ·H O导电性弱,但混合后导电性增强的原因。
提升层:
4. 根据P92表3-4,比较等浓度的HF溶液和HCN溶液的pH大小,并说明理由。
5. 用平衡移动原理解释,为什么向CH COOH溶液中加入少量CH COONa固体,溶液的pH会增大?
拓展层:
6. 【联系生活】食醋中含有醋酸。炖鱼时加醋可以去腥增鲜,有时还会加入少量白糖。从电离平衡角度,猜想加糖可能会对醋酸的“酸味”(H 浓度)产生什么影响?为什么?(开放性问题)
九、教学反思(预留)
本节课实验导入成功激发了兴趣,磁贴模拟活动有效突破了微观理解难点。P92图3-6的探究讨论是亮点,学生思维活跃。需关注部分学生在Ka计算和平衡移动综合判断上的困难,下节课可通过针对性例题强化。部分小组讨论时间可稍作延长,让更多学生充分表达。
课时2:第二单元 溶液的酸碱性
(教材P94-P99)
一、本课时教材分析
本课时承接“弱电解质的电离平衡”,将平衡思想应用于水这一最普遍、最重要的溶剂。教材通过分析水是一种“极弱电解质”(P94),引入“水的电离平衡”这一核心概念,并推导出“水的离子积常数(Kw)”。Kw是贯穿整个水溶液体系的核心定量标尺,是理解溶液酸碱性本质(c(H )与c(OH )的相对大小)、进行pH计算、以及后续学习盐类水解和沉淀溶解平衡的基础。P94图3-8水的电离过程示意图是建立微观认知的关键。教材从Kw出发,逻辑清晰地推导出溶液酸碱性的判断依据,并引入pH标度(P98图3-10)。本课时实现了从定性到定量的深化,是培养学生“变化观念与平衡思想”和“证据推理与模型认知”素养的重要节点。
二、素养目标
1. 【变化观念与平衡思想】 通过分析P94图3-8示意图及实验事实,能认识到水分子之间存在微弱的自偶电离作用,并建立水的电离平衡概念,理解其动态特征。
2. 【证据推理与模型认知】 能基于水的电离平衡常数表达式,推导出水的离子积常数Kw = c(H )·c(OH ),理解Kw在稀溶液中为常数的意义,并能运用Kw进行溶液酸碱性判断及c(H )、c(OH )、pH之间的简单换算。
3. 【科学探究与创新意识】 能使用pH计或pH传感器(P99图3-12/13)测量不同溶液的pH,通过对比理论计算值与实测值,验证Kw模型的普适性,并探究温度对Kw的影响,体验科学探究的过程。
4. 【宏观辨识与微观探析】 能根据溶液的pH或c(H )、c(OH )数据,宏观判断溶液的酸碱性,并能从微观角度解释其本质是溶液中H 和OH 浓度相对大小的体现。
三、教学重难点
重点:水的电离平衡与水的离子积常数(Kw)的理解;溶液酸碱性的本质及pH的简单计算。
难点:理解并接受“任何稀的酸、碱、盐溶液中,水的离子积Kw = c(H )·c(OH )保持不变”这一结论。
突破策略:利用“温度是Kw的唯一影响因素”作为切入点,设计探究活动:用pH传感器测量纯水在不同温度下的pH,引导学生发现Kw随温度升高而增大。强调在稀溶液中,c(H O)变化可忽略,因此Kw仍是常数。通过计算练习,让学生体验在酸性或碱性溶液中,c(H )和c(OH )虽不等,但其乘积恒为Kw。
四、教学准备
教师准备:课件(含P94图3-8动图, P98图3-10, P99图3-12/13图片);pH计或pH传感器与数据采集器、温度传感器、恒温水浴装置;蒸馏水、0.1 mol·L HCl、0.1 mol·L NaOH、0.1 mol·L NaCl溶液;不同温度(如25℃、40℃、60℃)下的纯水样品。
学生准备:复习化学平衡常数表达式;预习教材P94-P98;准备计算器。
五、教学过程(45分钟)
教学环节 学习任务与学生活动 预设师生对话与引导策略 设计意图与素养关联
任务一:情境设疑,聚焦核心 (5分钟)
活动1:导电性实验与思考 活动1:观察与思考
观察教师演示(或观看视频):用灵敏导电装置测试蒸馏水的导电性。看到灯泡不亮或微亮。思考:① 纯水是否导电?② 如果能导电,说明了什么?这与我们通常认为的“水不是电解质”矛盾吗? 师:大家看,灯泡几乎不亮,说明纯水导电能力极弱。但“极弱”不等于“没有”。这个现象提示我们什么?
生:说明水中有极少量的自由移动的离子!
师:对!那么这些离子从何而来?难道是水自身产生的?请大家观察P94图3-8,描述这个过程。
生:一个水分子把H 给了另一个水分子,形成了H O 和OH !
师:非常准确!这个过程称为水的自偶电离。它是一个可逆过程,因此也存在平衡。请大家写出水的电离方程式和平衡常数表达式。 意图:从看似矛盾的实验现象出发,引发认知冲突,激发探究欲望,自然引出“水的电离”这一核心。
素养:落实“宏观辨识与微观探析”,引导学生从宏观导电性推测微观离子的存在及来源。
任务二:模型推导,建立定量标尺 (15分钟)
活动2:推导水的离子积Kw
活动3:探究温度对Kw的影响 活动2:模型推导与讨论
1. 写出水的电离平衡常数表达式 K = c(H )·c(OH )/c(H O)。
2. 讨论:在纯水或稀溶液中,c(H O)可以看作常数。那么c(H )·c(OH )是否也为常数?这个常数被称为什么?
3. 阅读教材P94,明确Kw的概念和表达式。
活动3:探究实验(教师演示或学生分组)
使用pH传感器和温度传感器,实时测量纯水从室温加热到约60℃过程中的pH和温度变化。观察数据曲线,小组讨论:① 温度升高,纯水的pH如何变化?② 这说明了Kw如何变化?③ 为什么Kw会随温度变化? 师:K = c(H )·c(OH )/c(H O)。在稀溶液中,水的浓度几乎不变,所以c(H )·c(OH )也是一个常数,我们称之为水的离子积常数,记作Kw。所以,Kw = K · c(H O) = c(H )·c(OH )。
师:Kw是常数,但这个常数永远不变吗?我们来做一个探究实验。
(教师演示或指导学生操作,投影实时曲线)
生:温度升高,纯水的pH在减小!从7降到6点几了。
师:pH减小意味着c(H )在增大。纯水中c(H )=c(OH ),所以两者都增大了。这说明Kw变大了还是变小了?
生:变大了!因为乘积变大了。
师:是的。水的电离是吸热过程,升温平衡右移,Kw增大。所以,Kw只与温度有关。我们通常说的1.0×10 是25℃时的值。 意图:通过数学推导建立Kw模型,再通过数字化探究实验,让学生直观、定量地验证Kw受温度影响,深刻理解其作为“常数”的条件,破除Kw恒为10 的刻板印象。
素养:重点落实“证据推理与模型认知”(推导Kw)和“科学探究与创新意识”(数字化实验探究),深化“变化观念与平衡思想”(理解温度对平衡的影响)。
任务三:应用模型,揭秘酸碱本质 (15分钟)
活动4:基于Kw判断溶液酸碱性
活动5:引入pH标度并进行计算 活动4:推理与判断
已知25℃时,Kw=1.0×10 。
1. 计算纯水中的c(H )和c(OH )。
2. 若向纯水中加酸,c(H )增大,根据Kw,c(OH )将如何变化?此时溶液呈什么性?
3. 若向纯水中加碱,c(OH )增大,c(H )将如何变化?溶液呈什么性?
4. 总结溶液呈酸性、中性、碱性的根本判据。
活动5:计算与引入
1. 计算0.01 mol/L HCl溶液中的c(H )、c(OH )和pH。
2. 计算0.01 mol/L NaOH溶液中的c(OH )、c(H )和pH。
3. 观察P98图3-10,总结pH与c(H )的关系及pH的实用意义。 师:现在,我们手握Kw这个强大的工具。请完成活动4的推理。
生:纯水中c(H )=c(OH )=1×10 mol/L。加酸,c(H )↑,为保证Kw不变,c(OH )必须↓,所以溶液显酸性。反之显碱性。
师:完美!所以溶液酸碱性取决于c(H )和c(OH )的相对大小。但c(H )经常是10的负几次方,使用不便,怎么办?
生:引入pH,pH=-lgc(H )。
师:对。请大家完成活动5的计算,感受一下pH的便利性。
(学生计算,教师巡视。强调碱性溶液先求c(OH ),再通过Kw求c(H ),最后算pH)
师:看P98图3-10,pH每减小1个单位,c(H )扩大到原来的10倍。这是一个对数关系。 意图:引导学生运用Kw模型进行逻辑推理,自主建构溶液酸碱性的本质判据。通过具体计算,掌握pH的计算方法,并体会引入pH的必要性。
素养:强化“证据推理与模型认知”(应用Kw进行推理和计算)和“模型认知”(接受并使用pH新模型)。
任务四:测量验证,评价反馈 (10分钟)
活动6:实验测量与反思
评价任务 活动6:测量实践
分组使用pH计(或教师指导使用pH传感器),测量0.1 mol/L HCl、NaOH、NaCl溶液的pH。将测量值与理论计算值进行比较,分析可能产生微小差异的原因。
评价任务:
1. 判断正误:100℃时,纯水的pH=6,呈弱酸性。( )
2. 计算:已知100℃时,Kw=5.5×10 。求该温度下纯水的pH。
3. 计算:25℃时,某溶液的c(OH )=1×10 mol/L,求该溶液的pH,并判断酸碱性。 师:理论是否经得起实践检验?请各组测量并记录。
(学生操作,教师指导pH计校准和使用)
生:测量值和计算值很接近!NaCl溶液pH≈7。
师:很好。微小差异可能来自仪器误差、溶液配制或温度波动。现在请大家独立完成评价任务。
(学生完成,教师当堂反馈。重点讲解第1题:100℃纯水pH=6,但c(H )=c(OH ),仍为中性,强调中性根本在于c(H )=c(OH ),而非pH=7) 意图:通过动手测量,将理论联系实际,培养实验技能和严谨的科学态度。通过评价任务,特别是辨析“pH=7与中性”的关系,巩固和深化对Kw和酸碱本质的理解。
素养:综合落实“科学探究与创新意识”(测量实践)、“证据推理与模型认知”(计算与判断)和“变化观念与平衡思想”(理解温度对中性点的影响)。
六、板书设计
第二单元 溶液的酸碱性
一、水的电离平衡
1. 方程式:H O H + OH (极弱电解质,吸热)
2. 离子积常数:Kw = c(H )·c(OH )
特点:① 温度的函数(T↑,Kw↑) ② 稀溶液中为常数
25℃:Kw = 1.0×10
二、溶液的酸碱性(本质)
Kw = c(H )·c(OH ) (定温下恒定)
* 酸性:c(H ) > c(OH )
* 中性:c(H ) = c(OH ) (不一定是10 !)
* 碱性:c(H ) < c(OH )
三、溶液酸碱度的表示——pH
定义:pH = -lg c(H )
范围:0~14 (通常)
计算:酸性溶液→直接求;碱性溶液→先求c(OH )→Kw→c(H )→pH
七、课时小结
引导学生总结:本节课我们从水的微弱导电性出发,认识了水的电离平衡,建立了水的离子积(Kw)这一核心定量模型。利用Kw,我们揭示了溶液酸碱性的微观本质,并学会了用pH方便地表示酸碱度。特别要记住,Kw随温度变化,中性溶液的pH不一定等于7。
八、课堂练习
基础层:
1. 25℃时,某溶液中c(H )=1×10 mol/L,则该溶液呈 _______________ 性,c(OH )= _______________ mol/L。
2. 计算0.001 mol/L HNO 溶液的pH。
3. 判断:酸性溶液中没有OH ,碱性溶液中没有H 。( )
提升层:
4. 90℃时,水的离子积Kw=3.8×10 ,该温度下纯水的pH约为多少?此时溶液呈中性吗?
5. 将pH=2的盐酸与pH=12的氢氧化钠溶液等体积混合,假设混合后体积变化忽略不计,计算混合溶液的pH。(提示:先判断何者过量)
拓展层:
6. 【联系实际】人体血液的pH需维持在7.35-7.45的狭小范围内,这主要依靠血液中的H CO /HCO 缓冲体系。当少量酸(H )进入血液时,该体系如何发挥作用维持pH相对稳定?请用平衡移动原理解释。(提示:CO + H O H CO H + HCO )
九、教学反思(预留)
数字化实验(温度对Kw影响)效果显著,学生印象深刻。pH计使用的教学需预留足够时间进行规范指导。学生在进行碱性溶液pH计算时,第二步(通过Kw求c(H ))容易遗忘,需加强练习。拓展题6为后续学习缓冲溶液埋下伏笔,学有余力的学生讨论热烈。
课时3:第三单元 盐类的水解
(教材P107-P115)
一、本课时教材分析
本课时是“平衡思想”在水溶液体系中一次极具挑战性且精彩的应用。教材从生活实例(明矾净水、纯碱去油污)出发,提出“盐溶液为何有酸碱性?”这一核心问题。P108“交流讨论”引导学生通过实验测定多种盐溶液的pH,自主发现“强酸强碱盐中性,强酸弱碱盐酸性,强碱弱酸盐碱性”的宏观规律。随后,教材通过P108图3-22这一关键示意图,从微观层面揭示了盐类水解的实质:盐电离出的离子与水电离出的H 或OH 结合生成弱电解质,破坏了水的电离平衡。本课时内容深刻体现了“宏观-微观-符号-曲线”多重表征的化学学习特点,是培养学生“宏观辨识与微观探析”和“变化观念与平衡思想”素养的典范。
二、素养目标
1. 【宏观辨识与微观探析】 能通过实验测定常见盐溶液(如NaCl、CH COONa、NH Cl、AlCl 等)的pH,辨识其酸碱性,并能根据盐的组成(强酸强碱盐、强酸弱碱盐、强碱弱酸盐)对测定结果进行分类和预测。
2. 【变化观念与平衡思想】 能结合P108图3-22示意图,以CH COONa或NH Cl为例,分步分析盐溶于水后引发的微粒间相互作用,推导出盐类水解平衡的建立过程,理解其是水的电离平衡和弱酸/弱碱电离平衡共同作用的动态结果。
3. 【证据推理与模型认知】 能正确书写盐类水解的离子方程式(尤其是多元弱酸盐的分步水解),知道水解平衡常数Kh与Kw、Ka/Kb的关系,并能运用平衡移动原理分析温度、浓度、外加酸碱对水解平衡的影响。
4. 【科学探究与创新意识】 能设计简单实验(如测定不同浓度、温度下FeCl 溶液的pH或观察其颜色变化),探究影响盐类水解程度的因素,并能基于证据得出结论。
5. 【科学态度与社会责任】 通过分析泡沫灭火器(P113图3-23)、明矾净水、纯碱去污等原理,认识盐类水解在生产、生活中的重要应用,形成运用化学知识解释和解决实际问题的意识。
三、教学重难点
重点:盐类水解的实质和规律;水解离子方程式的书写。
难点:理解盐类水解的微观过程是多重平衡(水的电离、弱酸/弱碱的电离)综合作用的结果;正确书写多元弱酸酸根或多元弱碱阳离子的水解方程式。
突破策略:
1. 利用P108图3-22搭建思维脚手架:引导学生像“侦探”一样,分三步分析图中每种盐溶液:① 盐电离出什么离子?② 水电离出什么离子?③ 哪些离子能“结合”(生成弱电解质)?结果如何?通过小组合作讲解,厘清思路。
2. 多重平衡模拟活动:用不同颜色的磁贴代表H 、OH 、CH COOH、NH ·H O、CH COO 、NH 等,在黑板上动态展示CH COONa溶液中,CH COO “拉走”H ,导致OH 浓度相对升高的过程。
3. 口诀辅助书写:总结“谁弱谁水解,谁强显谁性”;“多元弱酸根分步水解,以第一步为主”;“多元弱碱阳离子一步到位(简化表示)”。
四、教学准备
教师准备:课件(含P108图3-22分步动画, P113图3-23泡沫灭火器原理图);pH试纸或pH计;0.1 mol/L的NaCl、CH COONa、NH Cl、AlCl 、Na CO 、FeCl 溶液;FeCl 晶体、浓盐酸、热水、冰块;磁性白板及多种离子/分子磁贴。
学生准备:预习教材P107-P110;复习强弱电解质和水的电离知识。
五、教学过程(45分钟)
教学环节 学习任务与学生活动 预设师生对话与引导策略 设计意图与素养关联
任务一:实验探秘,发现规律 (8分钟)
活动1:测定盐溶液的pH 活动1:分组实验探究
各小组分工,用pH试纸测定提供的6种盐溶液(NaCl、CH COONa、NH Cl、AlCl 、Na CO 、NaHCO )的pH,记录并判断酸碱性。将盐按“强酸强碱盐”、“强酸弱碱盐”、“强碱弱酸盐”分类,寻找溶液酸碱性与盐组成之间的规律。 师:酸溶液显酸性,碱溶液显碱性。那么盐溶液呢?请大家当一回“检验员”,测一测这些盐溶液的“酸碱身份”。
(学生实验,气氛活跃)
生:报告老师!NaCl中性,CH COONa和Na CO 碱性,NH Cl和AlCl 酸性,NaHCO 也是碱性!
师:很好!请大家根据形成这些盐的酸和碱的强弱,把它们分类,看看碱性的盐有什么共同点?酸性的盐呢?
生:碱性的都是强碱和弱酸组成的盐(强碱弱酸盐)!酸性的是强酸和弱碱组成的盐(强酸弱碱盐)!中性的就是强酸强碱盐。 意图:让学生通过亲身实验获得第一手宏观证据,自主发现规律,产生强烈的认知冲突(盐溶液不都中性),激发探究微观本质的欲望。
素养:落实“宏观辨识与微观探析”和“科学探究与创新意识”。
任务二:微观探析,揭示本质 (20分钟)
活动2:解密P108“钥匙图”
活动3:模拟水解过程
活动4:学习表达(方程式) 活动2:小组合作解密
聚焦P108图3-22。以小组为单位,选择一种盐(如NH Cl),详细分析图中展示的微观过程:①盐电离;②水电离;③哪些离子间发生相互作用?④导致溶液中c(H )和c(OH )如何变化?⑤最终结果是什么?派代表向全班讲解。
活动3:动态模拟
邀请一个小组利用磁性白板和磁贴,动态模拟CH COONa溶于水后引发水解平衡建立的过程。重点展示CH COO 与H 结合,导致OH 浓度相对升高。
活动4:符号表征
1. 在教师引导下,写出CH COONa和NH Cl水解的化学方程式和离子方程式。强调“可逆号”。
2. 讨论并尝试写出Na CO 水解的离子方程式(分步),解释为什么Na CO 碱性比NaHCO 强。 师:规律找到了,但为什么会有这样的规律?奥秘就在这幅图(P108图3-22)里。请各小组选择一个“案例”,深入剖析。
(小组讨论热烈,教师巡回指导)
生(代表1,分析NH Cl):NH Cl电离出NH 和Cl 。水微弱电离出H 和OH 。NH 和OH 能结合成弱电解质NH ·H O!结果OH 被消耗了,c(H ) > c(OH ),所以显酸性。
师:精彩!抓住了关键——“弱离子”与水电离出的异种离子结合,破坏了水的电离平衡。请另一组用磁贴把这个过程演出来。
(学生模拟,全班观察)
师:现在我们用化学语言把它记录下来。注意,这是一个平衡过程。对于Na CO ,CO 会分两步“抓”H ,主要进行哪一步?
生:第一步!CO + H O HCO + OH ,因为第一步水解程度远大于第二步。 意图:这是突破难点的核心环节。通过“读图分析”、“动态模拟”、“符号书写”层层递进的活动,引导学生将宏观现象、微观过程和化学符号三者紧密结合,自主建构“盐类水解”的概念,深刻理解其本质。
素养:重点落实“宏观辨识与微观探析”和“变化观念与平衡思想”,培养“模型认知”的多重表征能力。
任务三:探究影响,深化理解 (12分钟)
活动5:探究影响FeCl 水解的因素 活动5:探究实验
【提出问题】FeCl 溶液因Fe 水解显酸性,溶液呈黄色。水解程度受哪些因素影响?
【设计实验】提供FeCl 溶液、热水、冰块、浓盐酸、蒸馏水。请设计简单实验,探究温度、浓度、加酸对FeCl 水解平衡(通过观察溶液颜色深浅或测pH)的影响。
【实施与结论】分组实验,记录现象,得出结论,并用平衡移动原理解释。 师:盐类水解是一个平衡,当然会受到外界条件影响。以FeCl 为例,我们来当一回研究员。看看谁能通过巧妙的实验设计,发现温度、浓度、酸碱度对它的影响。
(学生设计并实验,可能方案:① 加热FeCl 溶液,颜色变深(可能出现浑浊);② 加水稀释,颜色变浅;③ 加几滴浓盐酸,颜色变浅。)
生:加热颜色变深,说明升温促进水解;稀释颜色变浅,但pH可能变化复杂;加盐酸颜色变浅,说明加酸抑制水解。
师:非常好!大家用实验验证了:升温促进水解(吸热);稀释促进水解(但离子浓度减小);加H 抑制Fe 水解。这就是勒夏特列原理的应用。 意图:将所学原理应用于实验探究,让学生经历完整的科学探究过程(提出问题-设计实验-实施-结论),深化对平衡移动原理的理解,并学习控制变量的实验方法。
素养:落实“科学探究与创新意识”和“变化观念与平衡思想”,培养实验设计与分析能力。
任务四:联系应用,评价反馈 (5分钟) 应用讨论:分析泡沫灭火器(P113图3-23)、明矾净水、用热碱水去油污的原理。
评价任务:
1. 判断Na S溶液的酸碱性,并写出水解的离子方程式(主要一步)。
2. 解释为什么实验室配制FeCl 溶液时常加入少量盐酸。 师:学以致用。谁能解释泡沫灭火器里的Al (SO ) 和NaHCO 一混合,为什么能喷出大量泡沫?
生:Al 和HCO 相互促进水解,彻底进行,生成Al(OH) 和CO !
师:对,这叫“双水解”。请完成评价任务。
(学生完成,教师快速巡视反馈。强调Na S中S 水解分步,主要生成HS 和OH ) 意图:将化学知识与生活、生产实际紧密联系,体现化学价值。通过精炼的评价任务,检测核心知识的掌握情况。
素养:落实“科学态度与社会责任”和“证据推理与模型认知”。
六、板书设计
第三单元 盐类的水解
一、发现规律(宏观):
强酸强碱盐 — 中性 (如NaCl)
强酸弱碱盐 — 酸性 (如NH Cl、AlCl )
强碱弱酸盐 — 碱性 (如CH COONa、Na CO )
二、揭示本质(微观):(以CH COONa为例)
CH COONa → Na + CH COO
H O H + OH
↓
CH COOH
结果:c(OH ) > c(H ) → 碱性
**实质**:弱离子 + H (或OH ) → 弱电解质,破坏水的电离平衡。
三、表达:
离子方程式:CH COO + H O CH COOH + OH
规律:谁弱谁水解,谁强显谁性;多元弱酸根分步水解。
四、影响因素:
温度:升温→促进(吸热) 浓度:稀释→促进
外加酸碱:加H 抑制弱碱根水解;加OH 抑制弱碱阳离子水解。
七、课时小结
引导学生回顾:我们从实验现象出发,发现了盐溶液酸碱性的规律;通过解密教材插图,从微观层面揭示了“水解”的实质是盐的离子与水电离出的H 或OH 结合,形成弱电解质;我们学会了如何表示这个平衡,并用实验探究了如何控制它。盐类水解是平衡思想在水溶液中的一个生动体现。
八、课堂练习
基础层:
1. 判断下列盐溶液的酸碱性:KNO 、NaF、CuSO 、K CO 。
2. 写出NH NO 发生水解的离子方程式。
3. 为了抑制FeCl 的水解,可以采取的措施是 _______________ 。
提升层:
4. 比较同浓度的Na CO 、CH COONa、NaHCO 溶液pH的大小,并说明理由。
5. 解释为什么铵态氮肥(如NH Cl)不宜与草木灰(主要成分K CO )混合施用。
拓展层:
6. 【实验设计】已知Al (SO ) 和NaHCO 溶液混合会发生剧烈双水解。请利用此原理,设计一个简易的灭火装置,画出简图并说明使用方法和原理。
九、教学反思(预留)
P108图3-22的分析活动是本节课成功的核心,学生参与度高,讲解清晰。FeCl 水解探究实验时间稍紧,部分组设计不够严谨,下次可提供更明确的指引卡。学生对“双水解”理解感到新奇,可补充明矾与纯碱净水的离子方程式作为范例。板书中的“实质”部分需反复强调。
课时4:第四单元 沉淀溶解平衡
(教材P116-P124)
一、本课时教材分析
本课时将“变化观念与平衡思想”拓展至固-液多相体系,是化学平衡原理应用的又一高峰。教材以鬼斧神工的“溶洞形成”(P117图3-24)这一真实、宏大的自然现象导入,立刻将抽象的沉淀溶解平衡与生动的世界联系起来。通过P119“实验探究”(PbI 悬浊液中检测出I )这一巧妙设计,让学生确信“难溶物并非不溶”,从而顺理成章地建立“沉淀溶解平衡”概念。引入“溶度积常数Ksp”这一新的定量工具,并推导出判断沉淀生成或溶解的规则(Qc与Ksp比较)。P119-120的“沉淀转化”实验(AgCl→AgI→Ag S)现象明显,极具说服力,是引导学生从“溶解度定性比较”和“平衡移动定量分析”两个角度理解转化本质的绝佳素材。本课时内容理论与实践结合紧密,充分体现了化学学科的核心思维方法。
二、素养目标
1. 【变化观念与平衡思想】 通过分析PbI 悬浊液等实验事实,能认识到难溶电解质的溶解是一个可逆过程,在一定条件下会达到沉淀溶解平衡状态,并能描述该动态平衡的特征。
2. 【证据推理与模型认知】 能理解溶度积常数Ksp的含义,掌握其表达式,并能运用Ksp或浓度商Qc判断沉淀的生成、溶解;能通过比较Ksp大小,定性判断沉淀转化的方向。
3. 【科学探究与创新意识】 能完成“沉淀转化”的系列探究实验(AgCl→AgI→Ag S),准确记录现象,并能够从“平衡移动”和“溶解度/Ksp相对大小”两个维度对实验现象进行综合解释。
4. 【宏观辨识与微观探析】 能根据实验产生的沉淀、沉淀颜色变化等宏观现象,推断溶液中微观离子浓度的变化及沉淀溶解平衡的移动方向。
5. 【科学态度与社会责任】 通过了解溶洞形成、锅炉除垢、钡餐造影、含氟牙膏防龋齿(P121)等实例,认识沉淀溶解平衡在解释自然现象、指导工业生产、服务医疗卫生等方面的重要应用,体会化学知识的价值。
三、教学重难点
重点:沉淀溶解平衡的概念和建立;溶度积常数Ksp的含义及应用;沉淀转化的原理。
难点:溶度积规则(Qc vs Ksp)的理解与应用;从“平衡移动”和“热力学趋势(Ksp大小)”两个层面综合理解沉淀转化。
突破策略:
1. 实验奠基:做好P119的探究实验,用事实粉碎“难溶=不溶”的错误观念,为平衡建立提供直观基础。
2. 类比迁移:将Ksp与化学平衡常数K、电离平衡常数Ka类比,将Qc与浓度商类比,降低认知难度。
3. 双重解释:对于沉淀转化,引导学生先根据实验现象(颜色变化)从“平衡移动”(浓度变化导致Qc变化)角度解释;再给出Ksp数据,从“反应趋势”(生成更难溶物质)角度解释,最终统一于“平衡向着减少离子浓度的方向移动”。
四、教学准备
教师准备:课件(含P117图3-24溶洞景观, P120图3-25/26沉淀转化示意图);溶洞形成原理动画;0.1 mol/L AgNO 、NaCl、KI、Na S溶液;PbI 饱和悬浊液(新制)、0.02 mol/L CaCl 与Na C O 溶液;0.1 mol/L MgCl 与NaOH溶液(用于对比Ksp差异)。
学生准备:预习教材P116-P120;复习化学平衡常数和浓度商的概念。
五、教学过程(45分钟)
教学环节 学习任务与学生活动 预设师生对话与引导策略 设计意图与素养关联
任务一:情境激趣,初识平衡 (7分钟)
活动1:溶洞探秘与实验感知 活动1:观看与思考
观看溶洞景观视频(P117图3-24)及形成原理动画(教材P117拓展视野)。思考:坚硬的石灰岩(CaCO )为何能被“柔弱”的水雕刻成溶洞?
活动2:实验探究
完成教材P119“实验探究”:向PbI 饱和悬浊液中滴加AgNO 溶液,观察黄色AgI沉淀的生成。思考:这个现象说明了什么? 师:大自然是最好的化学家。这美丽的溶洞,是水和石头几万年的“化学反应”作品。石头的主要成分CaCO 难溶于水,如何被水溶解?
生:因为水里溶解了CO ,形成了碳酸,和CaCO 反应了。
师:对,但这涉及一个更基础的问题:CaCO 真的完全不溶于水吗?我们用一个实验来思考。请大家操作并观察。
(学生实验,观察到黄色沉淀)
师:PbI 难溶,但上层清液中仍有极少量的I ,所以遇Ag 才生成了AgI沉淀。这说明什么?
生:说明“难溶”不是“不溶”,溶解和沉淀过程应该存在一个平衡! 意图:用震撼的自然现象和精巧的实验设计双重导入,激发兴趣,引发思考,为“沉淀溶解平衡”概念的建立提供强大的情境支持和事实依据。
素养:落实“科学态度与社会责任”和“宏观辨识与微观探析”,引导学生从现象中发现问题本质。
任务二:建立模型,定量刻画 (10分钟)
活动3:建立沉淀溶解平衡概念
活动4:引入溶度积Ksp 活动3:概念建立
类比化学平衡和电离平衡,描述难溶电解质AmBn在水中的沉淀溶解平衡过程,书写其平衡表达式:AmBn(s) mA (aq) + nB (aq)。
活动4:模型认知
1. 写出上述平衡的平衡常数表达式,指出固体浓度不列入,由此得出溶度积常数Ksp = [A ] [B ] 。
2. 与Ka、Kw类比,理解Ksp是温度的函数,反映了难溶电解质的溶解能力。
3. 阅读教材P118表3-15,了解常见难溶物的Ksp。 师:没错!就像弱电解质存在电离平衡一样,难溶物也存在沉淀溶解平衡。请写出AgCl的沉淀溶解平衡表达式。
生:AgCl(s) Ag (aq) + Cl (aq)。
师:它的平衡常数如何表示?
生:K = c(Ag )c(Cl )/c(AgCl)...哦,固体浓度看作1,所以Ksp = c(Ag )c(Cl )。
师:非常好!Ksp就是溶度积。查表可知,Ksp(AgCl)=1.8×10 。这个值非常小,印证了它“难溶”。Ksp越小,一般意味着物质越难溶。 意图:通过类比迁移,引导学生自主建构沉淀溶解平衡的概念和定量模型(Ksp),实现知识的同化和顺应。
素养:落实“变化观念与平衡思想”和“证据推理与模型认知”,培养学生建立和运用定量模型的能力。
任务三:应用规则,判断方向 (8分钟)
活动5:学习溶度积规则 活动5:推理与应用
1. 引入浓度商Qc = (c(A )) (c(B )) 。
2. 小组讨论:当Qc > Ksp, Qc = Ksp, Qc < Ksp时,溶液处于什么状态?平衡如何移动?
3. 应用:判断将10 mL 0.02 M CaCl 与等体积等浓度Na C O 混合,是否有沉淀生成?(已知Ksp(CaC O )=2.3×10 ) 师:我们如何判断在给定条件下,沉淀是生成还是溶解?这需要比较离子积Qc和Ksp。请大家类比化学平衡中Q与K的关系,进行推理。
生:Qc > Ksp,过饱和,有沉淀生成;Qc = Ksp,饱和,平衡;Qc < Ksp,不饱和,沉淀溶解。
师:总结得非常好!这就是溶度积规则。现在请应用这个规则解决一个实际问题(计算混合后离子浓度,求Qc,与Ksp比较)。
(学生计算,得出结论:有沉淀生成) 意图:推导并应用溶度积规则(Qc vs Ksp),将Ksp从静态常数变为动态判断的工具,解决沉淀能否生成的实际问题。
素养:深化“证据推理与模型认知”,培养定量计算和逻辑判断能力。
任务四:探究转化,领悟本质 (15分钟)
活动6:实验探究沉淀转化
活动7:双重角度阐释转化 活动6:系列探究实验
按教材P119“观察思考”步骤,完成实验:①生成AgCl白色沉淀;②滴加KI溶液,转化为AgI黄色沉淀;③滴加Na S溶液,转化为Ag S黑色沉淀。记录现象。
活动7:小组竞赛与阐释
小组合作,从以下两个角度解释转化原因,派代表用最清晰的语言阐述:
角度一(平衡移动):加入I 后,c(I )增大,使得Qc(AgI) > Ksp(AgI),生成AgI沉淀,导致c(Ag )下降,从而使Qc(AgCl) < Ksp(AgCl),AgCl溶解。如此反复,直至转化完全。
角度二(热力学趋势):因为Ksp(AgCl) > Ksp(AgI) > Ksp(Ag S),所以AgI比AgCl更难溶,Ag S比AgI更难溶。反应向着生成溶解度更小(更稳定)的物质的方向进行。 师:见证奇迹的时刻!请大家动手完成这个神奇的“变色”实验。
(学生实验,发出惊叹)
师:白色→黄色→黑色,沉淀发生了转化。为什么?请各小组从“平衡移动”和“Ksp大小”两个擂台展开讨论,准备打擂!
生(角度一):就像拔河,I 把Ag 从AgCl那里“拉”走了,AgCl不断溶解来补充Ag ,直到全变成AgI。
生(角度二):查数据知道,AgI比AgCl难溶得多,所以Ag 和I 更“愿意”在一起,反应就发生了。
师:两个角度都正确,且本质统一!平衡总是向着能够降低离子浓度的方向移动,生成更难溶的物质,离子浓度降得更低,所以转化得以发生。P120图3-26完美展示了这个过程。 意图:通过现象明显的探究实验和富有挑战性的“双角度解释”任务,将课堂推向高潮。让学生深刻理解沉淀转化的动力学过程和热力学本质,实现思维能力的跃升。
素养:综合落实“科学探究与创新意识”、“证据推理与模型认知”和“变化观念与平衡思想”,培养多角度分析问题的能力。
任务五:联系实际,总结评价 (5分钟) 应用讨论:简要说明钡餐(BaSO )、锅炉除垢(CaSO → CaCO )、含氟牙膏防龋齿的原理。
评价任务:
1. 写出锅炉水垢中CaSO 转化为CaCO 的离子方程式。
2. 已知Ksp(Mg(OH) )=5.6×10 ,Ksp(Fe(OH) )=2.8×10 。若溶液中c(Mg )=c(Fe )=0.1 mol/L,通过计算说明,能否通过调节pH的方法使Fe 沉淀完全而Mg 不沉淀? 师:沉淀溶解平衡的知识无处不在。谁能说说,为什么可以用BaSO 做钡餐,而不怕Ba 中毒?
生:因为BaSO 的Ksp极小,在胃酸中溶解的Ba 浓度极低,达不到中毒剂量。
师:正确!请大家完成最后的评价任务。
(任务2涉及计算沉淀完全所需的pH,较难,教师可引导思路或作为课后思考题) 意图:将理论回归广泛的实际应用,巩固知识,体现价值。评价任务既检查基础,又设置富有思维含量的挑战题。
素养:落实“科学态度与社会责任”和“证据推理与模型认知”。
六、板书设计
第四单元 沉淀溶解平衡
一、建立:难溶电解质 AmBn(s) mA (aq) + nB (aq)
*特征:动态、可逆、限度(饱和)*
二、定量描述:溶度积常数 Ksp = [A ] [B ]
*意义:温度函数,Ksp越小,通常越难溶*
三、应用:溶度积规则 (比较 Qc 与 Ksp)
Qc > Ksp:过饱和,沉淀生成
Qc = Ksp:饱和,平衡状态
Qc < Ksp:未饱和,沉淀溶解
四、沉淀的转化
1. 实验:AgCl (白) → AgI (黄) → Ag S (黑)
2. 本质:平衡移动 → 生成更难溶的物质 (Ksp更小)
3. 方向:一般由Ksp大的向Ksp小的转化。
七、课时小结
引导学生总结:本节课我们打破了“难溶即不溶”的误解,建立了“沉淀溶解平衡”的动态观念;掌握了用Ksp定量描述其溶解能力,用Qc与Ksp比较判断反应方向;并通过精彩的实验,理解了沉淀转化的本质是平衡向着生成离子浓度更低(即更难溶物质)的方向移动。这是化学平衡原理征服的又一个领域。
八、课堂练习
基础层:
1. 写出Mg(OH) 的沉淀溶解平衡表达式和Ksp表达式。
2. 将AgNO 溶液与NaCl溶液混合,观察到了白色沉淀。此时溶液中Qc(AgCl) _______________ Ksp(AgCl)(填“>”、“=”或“<”)。
3. 判断:向饱和AgCl溶液中加入NaCl固体,AgCl的Ksp减小。( )
提升层:
4. 已知25℃时,Ksp(AgCl)=1.8×10 ,Ksp(AgI)=8.5×10 。试从平衡移动和Ksp角度解释AgCl沉淀能转化为AgI沉淀。
5. 解释含氟牙膏能防治龋齿的化学原理(用离子方程式表示)。
拓展层:
6. 【工业应用】重晶石(BaSO )是制备钡盐的重要原料。但BaSO 不溶于酸,难以直接利用。工业上常用饱和Na CO 溶液多次处理,将其转化为易溶于酸的BaCO 。请用沉淀溶解平衡原理解释这一转化为何能发生?并写出转化的离子方程式。(提示:需考虑CO 浓度很高时,Qc(BaCO ) > Ksp(BaCO ))
九、教学反思(预留)
“沉淀转化”实验和讨论是本节课最大亮点,学生参与度极高,对双重解释的理解到位。Ksp计算涉及两次方时(如Mg(OH) ),学生容易出错,需加强练习。拓展题6涉及浓度对转化方向的影响,是难点也是生长点,可为学有余力者提供阅读材料。整体上,将自然景观、实验探究与理论分析融合的教学策略非常成功。
第三部分:单元复习专题设计板块
复习主题:水溶液中的离子平衡体系建构与实际问题解决
一、复习教材分析
本单元教材内容以“平衡”为主线,依次呈现了弱电解质电离平衡、水的电离平衡、盐类水解平衡、沉淀溶解平衡四类平衡。复习课需打破课时壁垒,利用教材P108图3-22(三种盐溶液分析)所蕴含的多重平衡思想,引导学生整合建构“水溶液中的离子平衡体系”。教材中的各类数据表(P92表3-4, P131附录Ⅲ)、常数(Ka、Kw、Ksp)是进行定量分析和综合应用的基石。本专题旨在帮助学生从“孤立知识点”上升到“结构化网络”,并能灵活运用平衡原理和定量工具解决真实、复杂的情境问题。
二、复习学情分析
基于前4课时评价数据及作业反馈:
知识薄弱点:约40%的学生对“盐类水解促进水的电离”理解不透;约35%的学生容易混淆“Ka(电离常数)”、“Kw”、“Kh(水解常数)”、“Ksp”的物理意义和应用场景;在判断“沉淀能否转化”时,部分学生仅凭溶解度记忆,不会用Qc与Ksp进行定量分析。
素养短板:在“变化观念与平衡思想”方面,综合应用多个平衡分析复杂体系(如CH COONa溶液中存在哪些平衡?)的能力达成度约65%;在“证据推理”方面,从题目信息中提取关键数据并选择正确模型(用哪个常数?)解决问题的能力有待加强。
常见错误:书写水解离子方程式时忽略“可逆号”和“分步”;计算溶液pH时忽略温度对Kw的影响;认为“中性溶液pH一定等于7”。
三、复习素养目标
1. 【变化观念与平衡思想】 学生能在小组合作中,以CH COONa或NH Cl溶液为例,绘制其中存在的所有离子平衡(电离平衡、水的电离平衡、水解平衡)的示意图,并分析各平衡间的相互制约关系,形成对水溶液复杂体系的系统认知。
2. 【证据推理与模型认知】 面对含有“Ka、Kw、Ksp”等数据的陌生情境题,能准确辨识问题本质,选择并运用正确的常数模型(如判断酸性用Ka,判断沉淀用Ksp,判断溶液酸碱性用Kw及pH)进行推理和计算。
3. 【科学探究与创新意识】 能针对一个真实的复杂问题(如“如何除去MgCl 溶液中的Fe 杂质?”),综合运用本单元多重平衡原理,设计出合理的实验方案,并论证其可行性。
四、复习重难点
重点:四类离子平衡(电离、水的电离、水解、沉淀溶解)的核心概念整合与内在联系梳理;平衡常数(Ka/Kb、Kw、Ksp)的综合辨析与应用。
难点:复杂溶液中多重平衡的共存分析与相互影响;基于Qc与Ksp规则设计和评价沉淀分离、转化的实验方案。
突破策略:利用教材P108图3-22作为思维原型进行拓展;设计“平衡常数连连看”游戏进行辨析;提供工业除杂、废水处理等真实案例,开展项目式小组讨论。
五、复习准备
教师准备:单元知识结构空白图(网状);包含多重平衡的典型溶液(如CH COONa、Na CO )的微粒分析动画;精选的综合应用题(含工业、环保、生活情境);“平衡常数应用指南”卡片。
学生准备:整理并携带本单元所有课时笔记、错题本;课前完成一项任务:任选一种盐溶液(除NaCl),用思维导图分析其中可能存在的微粒和平衡。
六、复习过程 (45分钟)
教学环节 学习任务与学生活动 预设师生对话与引导策略 设计意图与素养关联
任务一:网络建构,厘清关联 (15分钟)
活动1:绘制“水溶液离子平衡”概念图 活动1:小组合作建构
以4-5人为一小组,利用课前准备和教材,围绕“水”、“弱酸/弱碱”、“盐(可溶)”、“难溶电解质”四类物质,在白板或大纸上绘制它们在水溶液中可能建立的平衡体系概念图。要求:体现物质类别、平衡名称、平衡方程式(示例)、关键常数(Ka/Kb、Kw、Ksp)、平衡间的主要影响箭头(如:水解消耗H ,促进水的电离)。 师:本单元我们学习了四种平衡,它们不是孤立的。请各小组充当“体系架构师”,画出它们之间的“关系网”。可以参考教材P108分析盐溶液的思想。
(学生绘制,教师巡视,挑选具有不同整合思路(如以“水”为中心,或以“平衡类型”为分类)的小组作品)
师:(展示两组典型作品)请小组代表解说你们的架构逻辑。其他小组可以提问或补充。
生1:我们从“水”出发,水自身有电离平衡(Kw)。加入弱酸HA,建立HA的电离平衡(Ka),这两个平衡通过H 联系起来……
生2:我们发现盐类水解平衡其实是“水的电离”和“弱酸/弱碱电离”两个平衡共同作用的结果! 意图:通过自主建构概念图,强制学生进行知识提取、比较、关联和系统化组织,实现从零散知识点到结构化认知的升华。
素养:重点落实“变化观念与平衡思想”中的系统性,同时培养“模型认知”的结构化能力。
任务二:常数辨析,工具娴熟 (10分钟)
活动2:“常数卡片”分类与应用挑战 活动2:游戏与挑战
1. “找朋友”:教师出示写有不同常数符号(Ka、Kb、Kw、Ksp)和含义的卡片,学生快速配对。
2. “选工具”:呈现几个问题情境:①比较0.1M HF和HCN的酸性;②计算50℃纯水的pH;③判断混合后能否生成CaCO 沉淀;④预测Na CO 溶液的pH。小组讨论每个问题应选用哪个常数作为主要分析工具,并简要说明思路。 师:我们有了很多“武器”——不同的平衡常数。它们各司其职,不能张冠李戴。我们来玩个小游戏。
(快速互动,巩固常数意义)
师:现在面临实际问题,你会请哪位“工具人”帮忙?看题组。
生:①用Ka;②用Kw(注意温度!);③用Ksp和Qc;④用水解思想,其实涉及到Kh,但Kh=Kw/Ka……
师:非常好!尤其第④点,看到了常数间的数学关系。这告诉我们,要基于问题本质灵活选择和关联不同的模型。 意图:以趣味化和挑战性的方式,引导学生精准辨析和灵活运用本单元的核心定量工具,避免机械记忆。
素养:深化“证据推理与模型认知”,确保学生在复杂情境中能准确调用模型。
任务三:专题突破,综合应用 (15分钟)
活动3:项目式讨论——工业除杂方案设计 活动3:综合探究
【真实情境】某化工厂得到粗制的MgCl 溶液,其中含有少量FeCl 杂质。要求设计实验方案除去Fe ,并确保Mg 损失最少、不引入新杂质。
小组讨论,形成方案报告(需包含:原理、步骤、关键操作条件、预期现象及解释)。 师:现在我们化身工厂技术员,解决一个实际问题。阅读情境,小组讨论5分钟,拿出你们的方案。
(学生激烈讨论,可能提出加碱、加水解、调pH、沉淀转化等多种思路)
生A:我们想加NaOH,让Fe 变成Fe(OH) 沉淀,但Mg 也会沉淀啊?
师:好问题!如何避免Mg 沉淀?
生B:查数据!Fe(OH) 的Ksp比Mg(OH) 小得多。我们可以控制pH,让Fe 沉淀完全而Mg 还没开始沉淀!
师:精彩!这就是利用Ksp差异进行分步沉淀。具体pH范围怎么确定?
生C:需要计算!不过我们记得教材P116提到,调pH到3-4可以除Fe 。
师:对,那是经验值。用什么试剂来调pH既不加新杂质又能促进Fe 沉淀?
生D:加MgO或者MgCO !它们消耗H ,提高pH,而且本身是我们要的Mg的来源。
师:完美的方案!综合利用了水解平衡、沉淀溶解平衡和Ksp规则。请将你们组的最终方案要点写在白板上。 意图:创设真实的、开放性的复杂工程问题,驱动学生综合运用本单元核心原理(水解、沉淀溶解、Ksp应用)和平衡移动思想,进行方案设计、论证和优化,实现素养的综合应用与迁移。
素养:全面覆盖并高阶整合本单元五大核心素养,特别是“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”。
评价与总结 (5分钟) 评价环节:各组展示方案白板。师生共同依据“原理正确性”、“步骤可行性”、“条件控制合理性”、“表述清晰度”进行星级评价(★-★★★)。
复习小结:引导学生回顾复习过程:我们从画一张“网”开始,理清了脉络;然后擦亮了“工具”(常数),最后用它们解决了一个“真问题”。强调在解决水溶液问题时,要树立“平衡体系观”和“定量工具观”。 师:请根据评价标准,为你认为最优的两个方案投票。
(学生投票,教师总结亮点)
师:通过今天的复习,希望大家认识到,水溶液中的离子行为是一个相互关联的、动态的平衡世界。掌握好平衡思想和定量工具,你就能成为解读这个世界奥秘的“化学家”。 意图:通过多元评价和总结升华,巩固复习成果,提升学生的成就感和对化学价值的认同。
素养:强化“科学态度与社会责任”,感受化学知识在解决实际问题中的力量。
七、单元综合练习
基础层(覆盖核心概念与简单计算):
1. 写出NH ·H O的电离方程式和Kh(NH 水解常数)与Kw、Kb的关系式。
2. 计算25℃时,0.01 mol/L NaOH溶液的pH。
3. 判断:向AgCl饱和溶液中加入NaCl固体,AgCl的Ksp减小。( )
4. (教材P109第5题改编)解释NaHCO 溶液显碱性的原因。
提升层(涉及平衡移动与简单综合):
5. 常温下,将0.1 mol/L CH COOH溶液加水稀释至原体积的10倍,下列判断正确的是( )(多选,考查电离度、离子浓度、Ka等变化)。
6. 已知Ksp(AgCl)>Ksp(AgBr)>Ksp(AgI)。将AgCl沉淀置于NaBr溶液中,部分转化为AgBr。写出反应离子方程式,并解释该反应能发生的原因。
7. 为了除去MgCl 酸性溶液中的Fe ,可在加热搅拌的条件下加入 _______________ ,反应后过滤。此方法的原理是 _______________ 。
拓展层(真实情境与综合计算):
8. 【生活应用】含氟牙膏中的F 能与牙齿表面的羟基磷灰石[Ca (PO ) OH]反应生成更耐酸的氟磷灰石[Ca (PO ) F]。已知Ksp[Ca (PO ) OH] = 1.0×10 ,Ksp[Ca (PO ) F] = 1.0×10 。试从沉淀转化平衡的角度,说明含氟牙膏能预防龋齿的理由。
9. 【实验探究】某同学用pH计测得0.1 mol/L Na CO 溶液的pH为11.6,而0.1 mol/L NaHCO 溶液的pH为8.3。请结合水解和电离原理,对两者碱性的显著差异做出合理解释。
八、复习小结
引导学生反思:在本单元复习中,我最大的收获是建立了“水溶液离子平衡体系”的整体观;我掌握了用Ka、Kw、Ksp等工具进行定量分析的思路;我能尝试用这些知识去解释甚至设计解决实际问题的方案。鼓励学生将这种“系统思考”和“模型应用”的方法迁移到其他化学内容的学习中。
九、复习反思(预留)
本次复习专题通过“建构网络-辨析工具-项目应用”的主线,有效促进了知识的结构化和素养的综合化。小组建构概念图环节,学生表现出的系统思维超出预期。工业除杂的项目讨论是高潮,但时间稍显紧张,部分组的方案论证不够深入。综合练习第8、9题难度较高,可作为课后挑战题或优秀生辅导材料。未来可考虑引入数字化实验平台,让学生实时获取数据来验证自己的方案设计。
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