難溶電解質(zhì)的溶解平衡教學(xué)設(shè)計(jì)

一、教學(xué)設(shè)計(jì)在學(xué)生學(xué)習(xí)了弱電解質(zhì)的電離平衡、水的電離和溶液的酸堿性、鹽類(lèi)水解平衡之后，教科書(shū)接著介紹“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”，可幫助學(xué)生更全面的了解水溶液中離子平衡相關(guān)的理論，使他們更為透徹地理解在溶液中發(fā)生離子反應(yīng)的原理。本節(jié)內(nèi)容的基本知識(shí)框架是：在教學(xué)方法上，本節(jié)教材以理論分析與實(shí)驗(yàn)探究并重，注重學(xué)習(xí)過(guò)程的作用。先后以四個(gè)【思考與交流】為主線(xiàn)，輔助以必要的【資料】查詢(xún)、“廢水處理化學(xué)沉淀法工藝流程”介紹和“實(shí)驗(yàn)”活動(dòng)，始終強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)參與。關(guān)于學(xué)習(xí)過(guò)程中的思維訓(xùn)練，教科書(shū)突出地以辯證思維為特征，以溶解與沉淀這兩個(gè)互逆的過(guò)程作為研究的對(duì)象，從“沉淀的生成”“沉淀的溶解”和“沉淀的轉(zhuǎn)化”等不同角度反復(fù)地論證物質(zhì)溶解的絕對(duì)性和物質(zhì)溶解限度大小的相對(duì)性，并且在論證物質(zhì)的“溶”與“不溶”之間更使水溶液中各種微觀粒子的相互作用以動(dòng)態(tài)的形式展示出來(lái)，最終得出結(jié)論：沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)就是沉淀溶解平衡的建立和移動(dòng)的過(guò)程。教學(xué)中應(yīng)注意的問(wèn)題：1. 為了便于學(xué)生深入理解難溶電解質(zhì)的溶解平衡，教科書(shū)通過(guò)【科學(xué)視野】提供了有關(guān)“溶度積”的閱讀材料供學(xué)生選學(xué)和參考。教學(xué)中不要求學(xué)生掌握有關(guān)“溶度積”的計(jì)算。2. 把握住知識(shí)的深度和教學(xué)語(yǔ)言的科學(xué)性，在難電離物質(zhì)的溶解平衡問(wèn)題上的討論宜粗不宜細(xì)。需要指出的是，難溶電解質(zhì)的溶解平衡和難電離物質(zhì)（弱電解質(zhì)）的電離平衡不能混為一談。首先從物質(zhì)類(lèi)別方面看，難溶電解質(zhì)可以是強(qiáng)電解質(zhì)也可以是弱電解質(zhì)如BaSO4是強(qiáng)電解質(zhì)，而Al(OH) 3是弱電解質(zhì)，而難電離物質(zhì)只能是弱電解質(zhì)。再?gòu)淖兓倪^(guò)程來(lái)看，溶解平衡是指已溶解的溶質(zhì)與未溶解的溶質(zhì)之間形成的沉淀與溶解的平衡狀態(tài)；而電離平衡則是指已經(jīng)溶解在溶液中的弱電解質(zhì)分子與離子之間的轉(zhuǎn)化達(dá)到平衡狀態(tài)。關(guān)于這類(lèi)問(wèn)題要讓學(xué)生了解，但不必深入探討。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：難溶電解質(zhì)的溶解平衡。本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)：難溶電解質(zhì)的溶解和轉(zhuǎn)化。教學(xué)建議如下：1. 新課引入。通過(guò)一組補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生回顧溶解平衡的相關(guān)知識(shí)，為后面將“有難溶物生成的離子反應(yīng)”轉(zhuǎn)化為“難溶電解質(zhì)溶解的問(wèn)題”來(lái)研究作鋪墊?！狙a(bǔ)充實(shí)驗(yàn)3-4-1】展示室溫下NaCl的飽和溶液，并明確NaCl的溶解是在水分子的作用下實(shí)現(xiàn)的。【討論】（1）可采用什么方法判斷該溶液是否為NaCl的飽和溶液？NaCl在水溶液里達(dá)到溶解平衡狀態(tài)時(shí)有何特征？取2 mL NaCl溶液于一支試管中，加入少量NaCl晶體，充分振蕩后，晶體沒(méi)有溶解，表明該溶液是NaCl的飽和溶液，否則就不是。（可同時(shí)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）當(dāng)NaCl在水溶液里達(dá)到溶解平衡狀態(tài)時(shí)，其溶解速率與結(jié)晶速率相等；并且只要溶解平衡的條件（如溫度、溶劑的量等）不變，該溶液中溶解的NaCl的量就是一個(gè)恒定值。（2）欲使該溶液中NaCl析出的方法有哪些？加熱濃縮；冷凍降溫?！狙a(bǔ)充實(shí)驗(yàn)3-4-2】取4 mLNaCl飽和溶液，滴加12滴濃鹽酸（約12 mol/L），即可觀察到大量白色沉淀產(chǎn)生。（提示：常溫下NaCl飽和溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為26.5%，密度約為1.20 g/cm3，物質(zhì)的量濃度約為5.43 mol/L）【討論】你認(rèn)為發(fā)生上述變化現(xiàn)象的原因是什么？根據(jù)溶液中離子的組成，析出的只能是NaCl晶體。由于濃鹽酸的加入，使c(Cl-）明顯增大,進(jìn)而使溶液中Na+和Cl-結(jié)晶速率加快,所以有NaCl晶體析出。上面的實(shí)驗(yàn)和討論共同證明了一點(diǎn)：溶解在溶液中的Na+和Cl-仍然存在著相互作用，仍然有機(jī)會(huì)重新結(jié)合，甚至形成NaCl“沉淀”析出，這與溶液中有難溶電解質(zhì)生成的離子反應(yīng)有極大的相似性。同時(shí)，也證明了NaCl的溶解過(guò)程是可逆的，在NaCl的飽和溶液中確實(shí)存在著溶解平衡?！締?wèn)題】可溶性電解質(zhì)的溶解既然存在著溶解平衡，那么難溶電解質(zhì)在水中是否也存在著溶解平衡呢？（可以由此引出新課中的第一個(gè)【思考與交流】）2. 教學(xué)中，應(yīng)讓學(xué)生明白：為什么要將“生成沉淀的離子反應(yīng)”轉(zhuǎn)化成“固體溶解的問(wèn)題”來(lái)討論。這是因?yàn)椤吧沙恋淼碾x子反應(yīng)”常常給人的印象是一種單向的變化過(guò)程，是不可逆的，而“固體溶解”卻是一種雙向互變的、動(dòng)態(tài)的過(guò)程。因此，這種討論問(wèn)題方式的改變不僅僅是為了介紹一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，更是對(duì)一種思維方式的探討。當(dāng)我們需要深入了解事物變化的原因時(shí)，常常需要擺脫習(xí)慣的定勢(shì)思維模式，學(xué)會(huì)變換觀察問(wèn)題的角度來(lái)重新認(rèn)識(shí)和思考，并且我們關(guān)注的也不應(yīng)僅僅是發(fā)生變化的事物本身，還要關(guān)注影響事物變化的環(huán)境。以AgNO3溶液與NaCl溶液反應(yīng)為例。在AgNO3溶液中，Ag+顯然是在水分子的作用下成為溶液中自由移動(dòng)的離子，但是與NaCl溶液混合時(shí)立即會(huì)出現(xiàn)白色沉淀，這表明Ag+和Cl-之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，環(huán)境的改變使離子存在的形態(tài)也發(fā)生了根本性的改變。但是，對(duì)于已經(jīng)形成沉淀的AgCl來(lái)說(shuō)，溶液中的水分子是否可能使其中的部分Ag+和Cl-重新溶解呢？當(dāng)學(xué)生查閱了相關(guān)資料后，答案應(yīng)該是肯定的。至此，對(duì)于AgCl沉淀的生成可以有如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：（1）Ag+和Cl-之間存在著強(qiáng)烈的相互作用；（2）AgCl在水中的溶解度確實(shí)很??；（3）在一定條件下，AgCl在水中的溶解可以處于平衡狀態(tài)。通常，我們習(xí)慣認(rèn)為AgCl是“不溶”性物質(zhì)，AgNO3溶液與NaCl溶液的反應(yīng)是“不可逆反應(yīng)”，現(xiàn)在看來(lái)，這些都不是絕對(duì)的。當(dāng)我們將“生成沉淀的離子反應(yīng)”轉(zhuǎn)化成“固體溶解的問(wèn)題”來(lái)討論時(shí)，我們所研究的對(duì)象就自然地處于動(dòng)態(tài)地、變化的狀態(tài)之中，我們對(duì)生成沉淀的離子反應(yīng)本質(zhì)就有了更為透徹地理解，這也為后面學(xué)習(xí)沉淀的溶解與轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)。3. 關(guān)于沉淀的生成和溶解，實(shí)際是分別圍繞著難溶電解質(zhì)溶解平衡中兩個(gè)不同的方面進(jìn)行討論。這部分設(shè)計(jì)了兩個(gè)【思考與交流】活動(dòng)，主要是激發(fā)學(xué)生的思維，起一個(gè)導(dǎo)向作用，至于討論問(wèn)題的廣度和深度須視學(xué)生實(shí)際情況而定。但需要使學(xué)生明白：生成難溶電解質(zhì)的沉淀，是工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保工程和科學(xué)研究中除雜質(zhì)或提純物質(zhì)的重要方法之一（并不是唯一方法?。？梢栽谥攸c(diǎn)討論溶液中Fe3+（也可以是其他離子）的沉淀方法的基礎(chǔ)上，大概地介紹以下幾點(diǎn)：（1）沉淀劑的選擇（要求除去溶液中的某種離子，又不能影響其他離子的存在，并且由沉淀劑引入溶液的雜質(zhì)離子還要便于除去）；（2）形成沉淀和沉淀完全的條件（由于難溶電解質(zhì)溶解平衡的存在，在合理選用沉淀劑的同時(shí)，有時(shí)還需要考慮溶液pH和溫度的調(diào)控）；（3）不同沉淀方法的應(yīng)用。直接沉淀（為除去指定的溶液中某種離子或獲取該難溶電解質(zhì)）；分步沉淀（為鑒別溶液中含有哪些離子，或是為分別獲得不同難溶電解質(zhì)）；共沉淀（為除去一組某種性質(zhì)相似的離子，加入合適的沉淀劑）；通過(guò)氧化還原反應(yīng)等方式改變某離子的存在形式，促使其轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛雀〉碾y溶電解質(zhì)以便分離出去。另一方面，關(guān)于沉淀溶解的討論，必須以探討影響溶解平衡移動(dòng)的條件為中心，了解幾種促使沉淀溶解的基本方法，如通過(guò)溫度的改變、溶液pH的調(diào)控、弱電解質(zhì)的形成等等。根據(jù)學(xué)生情況，還可以簡(jiǎn)略介紹配位化合物的形成或氧化還原反應(yīng)等因素對(duì)難溶電解質(zhì)溶解平衡的影響。4. 關(guān)于沉淀的轉(zhuǎn)化，應(yīng)該理解為難溶電解質(zhì)溶解平衡移動(dòng)的一種特殊形式（盡管原有的難溶電解質(zhì)并沒(méi)有完全轉(zhuǎn)化為可溶物的形式）。圍繞【實(shí)驗(yàn)3-4】的討論，結(jié)合鹵化銀的轉(zhuǎn)化和硫化銀的生成，需要從溶解平衡移動(dòng)的角度具體分析，例如：盡管課程標(biāo)準(zhǔn)并不要求學(xué)生掌握“溶度積相關(guān)的計(jì)算”，但為了便于學(xué)生在【思考與交流】活動(dòng)中能真正理解難溶電解質(zhì)轉(zhuǎn)化的原理，可以考慮把相關(guān)溶度積常數(shù)作為信息提供給學(xué)生，通過(guò)教師的輔助，使學(xué)生大致了解：雖然AgCl飽和溶液中c(Ag+）很小，但AgI的溶解度更小，所以能使溶液中c(Ag+）降到更低，致使AgCl的溶解平衡發(fā)生移動(dòng)，最終會(huì)全部轉(zhuǎn)化為AgI。在完成上述分析之后，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生寫(xiě)出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式：I- + AgCl(s) AgI(s)+ Cl-這有助于學(xué)生對(duì)難溶電解質(zhì)的轉(zhuǎn)化有一個(gè)比較完整的理解。二、活動(dòng)建議【實(shí)驗(yàn)3-3】實(shí)驗(yàn)中的Mg(OH) 2沉淀可以通過(guò)MgCl2溶液與NaOH溶液反應(yīng)生成，然后通過(guò)過(guò)濾或離心機(jī)分離獲得沉淀物。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用過(guò)量的NH4Cl濃溶液，并要注意充分振蕩，以加速M(fèi)g(OH) 2的溶解。實(shí)際上，Mg(OH) 2沉淀溶于NH4Cl溶液具有較大的可逆性。Mg(OH) 2可以溶于NH4Cl溶液轉(zhuǎn)化成MgCl2和NH3H2O，而MgCl2溶液也能與氨水作用生成Mg(OH) 2沉淀。原因是：Mg2+在溶液中開(kāi)始沉淀的pH為9.5，完全沉淀時(shí)的pH為11.0。雖然Mg(OH)2屬于難溶電解質(zhì)，但其溶解于水的部分足以使酚酞溶液變紅。如果在該實(shí)驗(yàn)中補(bǔ)充這個(gè)內(nèi)容，也可以幫助學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的“不溶性”是相對(duì)的。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下表所示：【實(shí)驗(yàn)3-4】實(shí)驗(yàn)中，先后滴加NaCl溶液、KI溶液、Na2S溶液，最好均為10滴。若滴入量太少（如各23滴），雖可能先后觀察到AgCl、AgI、Ag2S的沉淀形成，但只是形成幾種難溶電解質(zhì)的混合物，并不是難溶電解質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，以致不能真正達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期目的?！緦?shí)驗(yàn)3-5】為加速M(fèi)g(OH)2轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3，可在滴加FeCl3溶液之后充分振蕩，再靜置觀察。三、問(wèn)題交流【思考與交流1】此交流的作用在于讓學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識(shí)積極思考，有利于其對(duì)沉淀溶解平衡的理解。1.溶解度可以很小很小，但仍有度。溶與不溶，是相對(duì)的，沒(méi)有絕對(duì)不溶的物質(zhì)。2.生成沉淀的離子反應(yīng)不能真正進(jìn)行到底。說(shuō)生成沉淀的離子反應(yīng)能夠完全也是相對(duì)的?！?思考與交流2】該交流具有對(duì)沉淀生成反應(yīng)應(yīng)用進(jìn)行小結(jié)的性質(zhì)。1. 在無(wú)需考慮其他因素的情況下，從溶解度大小考慮，應(yīng)選擇鋇鹽。2. 從溶解度是否足夠小考慮。選擇合適的沉淀劑或不斷破壞溶解平衡使平衡向生成沉淀的反應(yīng)方向移動(dòng)。在溶液中，不能通過(guò)沉淀的方法除去要除去的全部離子。但一般認(rèn)為，當(dāng)欲除去的離子濃度小于1105 mol/L時(shí)，沉淀基本完全?！舅伎寂c交流3】1. 溶于鹽酸：Mg(OH)2+2HCl = MgCl2+H2O溶于氯化銨：Mg(OH)2+2NH4Cl = MgCl2+2NH3H2O2. 上面兩個(gè)反應(yīng)中，Mg(OH) 2在水中少量溶解、電離出的OH分別與酸和鹽電離出的H、NH4作用，生成弱電解質(zhì)H2O和NH3H2O，它們的電離程度小，在水中比Mg(OH) 2更難釋放出OH，H2O和NH3H2O的生成使Mg(OH) 2的溶解沉淀平衡向溶解方向移動(dòng)，直至完全溶解。設(shè)法從沉淀溶解平衡體系中不斷移去沉淀溶解、電離出的離子，如使生成弱電解質(zhì)，可達(dá)到使沉淀溶解的目的?！舅伎寂c交流4】1. 如教科書(shū)下文中所述。2. 顛倒操作步驟，轉(zhuǎn)化不會(huì)發(fā)生。沉淀只能從溶解度小的轉(zhuǎn)化為溶解度更小的。解釋略。四、習(xí)題參考(一) 參考答案1. 文字描述略。2. C；3. D；4. C。5. (1) S2與H作用生成的H2S氣體會(huì)逸出反應(yīng)體系，使FeS的沉淀溶解平衡向溶解方向移動(dòng)。(2) 硫酸鈣也難溶于水，因此向碳酸鈣中加硫酸是沉淀轉(zhuǎn)化的問(wèn)題，但硫酸鈣的溶解度大于碳酸鈣，轉(zhuǎn)化不能實(shí)現(xiàn)。醋酸鈣溶于水，且醋酸提供的H與碳酸鈣沉淀溶解平衡中的CO32-作用，可生成CO2逸出反應(yīng)體系，使其沉淀溶解平衡向溶解的方向移動(dòng)。(3) 硫酸溶液中的SO42-對(duì)BaSO4的沉淀溶解平衡有促進(jìn)平衡向生成沉淀的方向移動(dòng)的作用。6. 略。(二) 補(bǔ)充習(xí)題1. 要除去MgCl2酸性溶液里少量的FeCl3，不宜選用的試劑是（）。（A）MgO （B）MgCO3 （C）NaOH （D）Mg(OH)22. 已知25 ，AgI的飽和溶液中c(Ag+）為1.2210-8 mol/L，AgCl的飽和溶液中c(Ag+）為1.2510-5 mol/L。若在5 mL含有KCl和KI各為0.01 mol/L的溶液中，加入8 mL 0.0