高中化学选修化学反应原理教案-3.4难溶电解质的沉淀溶解平衡1-苏教版

《沉淀溶解平衡原理的应用》 教学设计 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 四、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 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 1 STEM 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： 五、教学流程 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 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 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 学生实验 1：向 CuSO4 溶液中加入 Na2S 溶液。 理论计算：当铜离子浓 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 【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+) ≈ 1×10-3 mol/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] =2.2×10-20 。 请计算，当溶液为中性时，溶液中的铜离子浓度。 学生交流 讨论，得出 方案，评价 学生计算， 到黑板板 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。 生 成 【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2mL 0.1mol/L硫酸铜溶液于试管中，滴加0.1mol/L硫 化钠溶液。 【理论验证】 已知25℃，Ksp(CuS) =6.3×10-36 。请计算，当溶液中Cu2+ 符合排放要求 [c(Cu2+) = 1×10-7 mol/L]时，溶液中S2-的浓 度。 【板书】（一）沉淀的生成 1、条件：Qc>Ksp 2、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 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 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。 【知识拓展】分步沉淀 1、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 学生观看 视频 学生思考， 回答问题 知识的深化 理解，巩固 环节 【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。 学生思考， 回答问题 真实问题情 境，保持学 生学习的兴 趣。 3 沉 淀 的 溶 解 【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 学生交流 讨论，形成 思路，解释 原理。 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 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。 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。 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。 学生分析、 解释硫酸 钙水垢去 除原理。 学生思考、 讨论，解决 问题。 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( ) 学生交流、 分享 通 过 知 识 归 纳小结，形成 解 决 沉 淀 溶 解 平 衡 原 理 问 题 的 一 般 思路。 练习巩固，深 ①热纯碱溶液洗涤油污的能力强 ②误将钡盐[BaCl2、Ba(NO3)2]当作食盐食用后，常用 0.5%的 Na2SO4 溶液解毒 ③锅炉水垢(MgCO3)长时间煮沸转化成[Mg(OH)2] ④碳酸钡不能作“钡餐”而硫酸钡则能 ⑤泡沫灭火器灭火的原理 A．②③④ B．①②③ C．③④⑤ D．全部 【作业布置】课外调查：查阅资料，解释珊瑚、溶洞的 形成原因。 学生完成 练习 化理解。