選修課程：系列1實驗化學主題2化學原理探究“四重表征”視域下的實驗教學——以“沉淀溶解平衡”為例一、實驗教學背景（一）教材分析： 本節(jié)內(nèi)容選自高中化學選擇性必修1(人教版2019)第三章第四節(jié)《沉淀溶解平衡》。本節(jié)內(nèi)容包括難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡及其應(yīng)用兩部分。溶解平衡作為高中階段四大平衡理論中的最后一部分，是中學化學基本理論的一個重要組成部分，高考的重要考點。同時，也是高中化學的重難點。學生已經(jīng)學習了化學反應(yīng)平衡的相關(guān)內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容要求學生能夠繼續(xù)用平衡的觀點探索沉淀在水溶液中的微粒行為，因此，這部分知識的學習完善了整個平衡體系。此外沉淀溶解平衡對于化工生產(chǎn)以及人們的生活實際都有重要的意義。（二）課標分析：《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中的選擇性必修課程內(nèi)容要求是認識難溶電解質(zhì)在水溶液存在沉淀溶解平衡，了解沉淀的生成、溶解與轉(zhuǎn)化。并指出結(jié)合實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等證據(jù)素材，引導學生形成認識水溶液中離子反應(yīng)與平衡的基本思路[1]。而在選修課程的系列1實驗化學中提出要使學生掌握基本的化學實驗方法和技能，進一步體驗實驗探究的基本過程，進一步發(fā)展學生解決綜合實驗問題的能力[1]。（三）學情分析：學生通過前面的學習擁有了一定的知識儲備，具備一定的平衡觀，能利用濃度熵（Qc）與平衡常數(shù)（K）之間的關(guān)系對平衡問題進行分析，同時具備一定的實驗操作和分析能力。但缺乏對難溶物在水溶液中的微觀認識，學生對沉淀也能溶解往往難以理解，而在對外界條件對溶解平衡的影響中，特別是溫度和加水稀釋的影響理解不深，學生普遍探究能力較弱。教學與評價目標（一）教學目標1.通過數(shù)字化實驗探究難溶電解質(zhì)在水溶液中的微粒行為，構(gòu)建沉淀溶解平衡的認識模型。2.通過“四重表征”教學，利用實驗的現(xiàn)象和曲線變化趨勢，結(jié)合符號表征，從微觀離子運動的角度對溶解平衡進行動態(tài)分析。3.通過對實驗方案的設(shè)計和實驗現(xiàn)象、以及本后原因的分析，既讓學生學會運用知識，又使學生更好的掌握控制變量、對照等重要的實驗方法。（二）評價目標1.通過各小組討論設(shè)計實驗方案，診斷并發(fā)展學生設(shè)計實驗，進行實驗探究的能力。2.通過結(jié)合所學知識對實驗的現(xiàn)象和曲線進行動態(tài)分析，診斷學生以宏微結(jié)合的角度、運用變化與平衡的思想分析問題的能力；并診斷學生發(fā)展證據(jù)推理能力和對重要的實驗方法的運用能力。3.通過課后作業(yè)完成情況，診斷學生查閱和分析文獻的能力，以及利用本節(jié)課所學知識和技能解決新問題的能力。三、教學重難點重點：用數(shù)字化儀器設(shè)計沉淀溶解平衡相關(guān)實驗。難點：理解沉淀生成、溶解的本質(zhì)；建立實驗探究的一般思路四、教學方法：教法：教師以問題為引導，幫助學生設(shè)計合理實驗方案。學法：以興趣小組合作探究為主體，通過對實驗結(jié)果進行分析，從而構(gòu)建知識模型。五、實驗器材及試劑：器材：數(shù)據(jù)采集器、電腦、傳感器（電導率、溫度）、磁力加熱攪拌器、試管、燒杯、玻璃棒、鑰匙。試劑：AgCl固體、AgNO3溶液、NaCl飽和溶液、PbI2（懸濁液和上層清液）、CaCO3（懸濁液和上層清液）、Ca(OH)2（懸濁液和上層清液）、蒸餾水。六、教學思路圖：教學過程教學環(huán)節(jié)：模型認知——學習任務(wù)1.構(gòu)建沉淀溶解平衡模型教師活動學生活動意圖【引課】同學們知道有哪些難溶電解質(zhì)呢？【提出思考】1.如何制取難溶電解質(zhì)（如AgCl）呢？并寫出對應(yīng)的離子方程式?！狙菔緦嶒?】將AgNO3溶液和NaCl溶液混合可以得到AgCl的沉淀，證明了沉淀的生成。【提出思考】2.難溶物在水中是否完全不溶呢？3.如何通過實驗證明難溶電解質(zhì)（如AgCl）能溶于水？【演示實驗2】向AgCl上層澄清液中加入飽和NaCl溶液觀察是否會出現(xiàn)渾濁。實驗現(xiàn)象并不明顯，該實驗不能證明沉淀存在溶解?！舅伎肌?.為什么沒有出現(xiàn)沉淀？【提出問題】如何利用實驗有效證明沉淀存在溶解過程呢？回憶、回答學生根據(jù)老師提出的思考問題，小組間進行討論分析，回答問題，并提出實驗思路。認真觀察實驗，根據(jù)實驗現(xiàn)象，分析背后的原因?！窘忉尅恳驗锳gCl的溶解度太小，導致溶液中的c(Ag+)太小，即使加入飽和NaCl溶液，也很難使得Qc大于Ksp，所以沒有得到AgCl沉淀。通過具體的實驗現(xiàn)象讓學生感知微觀離子間的反應(yīng)，并結(jié)合理論知識解釋現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，既鞏固了Q與K關(guān)系應(yīng)用的必備知識，又培養(yǎng)了學生的宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)?！疽鲂轮R、方法】1.介紹手持傳感器和使用方法2.引入電導率的相關(guān)知識：電導率是用于表征電解質(zhì)溶液導電能力的物理量。它的大小與電解質(zhì)溶液本身的性質(zhì)、溶液中離子的濃度和有關(guān)，離子濃度越大電導率越大，則導電性越強，反之越小?！咎崾尽空麴s水也是電解質(zhì)，雖然電導率很小，但不能忽略，實驗一定要嚴謹。引導學生設(shè)計合適方案，并對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行分析，并得出相應(yīng)的實驗結(jié)果?！拘〗Y(jié)】難溶電解質(zhì)的溶解平衡含義、表示方法、Qc與Ksp關(guān)系的應(yīng)用。了解傳感器的使用方法。在老師的引導下，討論后認為：AgCl是電解質(zhì)，如果在水中有溶解，則會產(chǎn)生離子?？梢酝ㄟ^測量AgCl懸濁液電導率的方法證明AgCl存在溶解過程。最后設(shè)計實驗方案：先測量蒸餾水的電導率，再加入AgCl固體，觀察其電導率的變化。按設(shè)計的實驗方案進行實驗。分析實驗結(jié)果：加入AgCl固體后，電導率逐漸增加，一段時間后，電導率基本不變，而此時燒杯仍然渾濁，說明已經(jīng)達到了其溶解的最大量，及溶解平衡狀態(tài)。引入新概念和新知識開闊學生的知識和思維眼界。引導學生設(shè)計實驗方案，并進行實驗、分析實驗現(xiàn)象得出結(jié)論，培養(yǎng)學生的動手能力以及科學探究和創(chuàng)新意識的學科核心素養(yǎng)。教學環(huán)節(jié)：遷移應(yīng)用——學習任務(wù)2.探究沉淀溶解平衡移動模型教師活動學生活動意圖【思考】哪些因素可以影響沉淀溶解平衡？探究一：溫度的影響【布置任務(wù)】利用數(shù)字化實驗探究改變溫度和濃度對沉淀溶解平衡移動的影響？【提出疑問】溫度升高只對體系中的溶解平衡產(chǎn)生影響嗎？【資料卡片】以下是升高溫度后，NaCl的稀溶液和蒸餾水的電導率變化曲線圖。請同學們分析曲線變化的原因。【解釋】其實溫度的改變會影響溶液中離子的運動速率，從而改變?nèi)芤旱碾妼?；一般情況下，升高溫度，離子運動速率加快，溶液的電導率增大。另外，升高溫度會促進水的電離，增大電導率，但由于水的電離程度太弱，所以變化程度不大?！咎岢鏊伎肌扛鶕?jù)以上分析同學們認為在探究溫度對沉淀溶解平衡影響的實驗中會有哪些干擾因素，應(yīng)該如何排除干擾呢？【實驗方案的設(shè)計】請同學們根據(jù)提供的實驗用品設(shè)計合理的實驗方案器材：數(shù)據(jù)采集器、電腦、傳感器（電導率、溫度）、磁力加熱攪拌器、試管、燒杯、鑰匙。試劑：PbI2的懸濁液和上層清液（PbI2是一種黃色的固體，溶解度相比AgCl要大一些，現(xiàn)象較明顯）、蒸餾水。【提出思考】只是一組實驗是否能證明升高溫度可以促進所有難溶電解質(zhì)的溶解呢？補充試劑：CaCO3的懸濁液和上層清液、Ca(OH)2的懸濁液和上層清液?？隙送瑢W們的表現(xiàn)，同時指出在進行實驗探究時，一定要重視實驗的科學性、對照性原則。探究二：濃度（加水稀釋）對溶解平衡移動的影響（以PbI2懸濁液為例）?！痉治觥?.加水后一瞬間，溶液中離子濃度如何變化？電導率如何變化？2.攪拌后溶液中離子濃度如何變化？電導率如何變化？引導學生思考回答問題，并根據(jù)提供的實驗用品設(shè)計合理的實驗方案【提供的儀器和試劑】器材：數(shù)據(jù)采集器、電腦、電導率傳感器、磁力加熱攪拌器、量筒、燒杯、鑰匙。試劑：PbI2懸濁液、蒸餾水。引導學生根據(jù)實驗得出的現(xiàn)象分析原因，得出結(jié)論。【小結(jié)】溫度、加水稀釋對沉淀溶解平衡的影響，強調(diào)Qc與Ksp關(guān)系的應(yīng)用?；卮穑簻囟?、濃度、同離子效應(yīng)和化學反應(yīng)。初始方案：對一難溶電解質(zhì)的懸濁液進行加熱，觀察其電導率的變化趨勢。思考并討論問題。分析資料卡片中的圖像，分析出現(xiàn)該變化趨勢的原因。根據(jù)資料的分析，認為蒸餾水的電導率隨溫度的變化較小可以忽略，而離子運動產(chǎn)生的干擾，可以增加對難溶物的上層澄清液的對照實驗來實現(xiàn)。最后在老師的幫助下，決定選擇PbI2進行實驗。設(shè)計出最終的實驗方案如下：1.分別取相同體積的PbI2懸濁液和上層澄清液于兩支試管中，分別插入電導率傳感器，放入水浴中。2.在燒杯中放入溫度傳感器，待數(shù)值穩(wěn)定后打開加熱裝置進行加熱，并觀察電導率的變化。學生進行實驗，并分析分析實驗結(jié)果：由提示中可知，蒸餾水的電離雖然隨溫度的升高而增大，但程度太小可以忽略。而由PbI2（懸濁液和上層清液）的對比實驗所得到的曲線圖可知：溫度升高上層清液中離子運動加快，電導率增大；而在懸濁液中除了有離子運動加快，還因為升高溫度碘化鉛的溶度積變大，使Qc＜Ksp，平衡正移，離子濃度增大。繼續(xù)實驗：對CaCO3和Ca(OH)2懸濁液和上層澄清液升高溫度，觀察電導率的變化。實驗結(jié)果如下：得出結(jié)論：溫度對溶解平衡的影響與物質(zhì)溶于水吸放熱有關(guān)，對溶解吸熱的物質(zhì)升高溫度可以促進溶解，反之抑制。學生設(shè)計實驗方案：向100mLPbI2懸濁液中加入50mL蒸餾水，觀察電導率變化。學生進行實驗分析實驗結(jié)果：加水稀釋后，溶液中Pb2+和I—濃度減小，使得電導率降低，Qc也減小，而溫度不變所以碘化鉛的Ksp不變，使Qc＜Ksp，PbI2固體溶解，離子濃度增大直至恢復。得出結(jié)論：稀釋時可以促進沉淀溶解，但不改變?nèi)芤褐须x子的濃度。通過教師的提示，引導學生深入思考問題，探究知識的本質(zhì)。培養(yǎng)學生的深度學習的能力。引導學生對比性實驗的設(shè)計和實施實驗，增強學生控制變量的思想。通過進行不同物質(zhì)多組實驗，培養(yǎng)學生的實驗的科學性和對照性思想。本教學環(huán)節(jié)通過真實具體的實驗現(xiàn)象，可靠的數(shù)據(jù)實證讓微觀變化可視化，將抽象的化學理論直觀化。增強學生對這部分知識的理解?！咀晕倚〗Y(jié)——談感悟】同學們通過本節(jié)實驗課后有什么收獲呢？思考，談感悟和收獲及時讓學生進行反思教學環(huán)節(jié)：能力升華——課后任務(wù)：自主探究沉淀的轉(zhuǎn)化教師活動學生活動意圖鼓勵學生合作探究：可以利用哪些實驗方法證明沉淀之間存在轉(zhuǎn)化，一周后匯報實驗結(jié)果?！咎崾尽刻峁┲W(wǎng)查閱資料的方法和賬號共學生使用，并作為參考。查閱資料，設(shè)計實驗方案，進行實驗，匯報和分析結(jié)果。提出新的探究問題，讓學生自行完成，既是及時運用所學知識和技能，做到學以致用，提高學生查閱文獻的能力，進一步完善對學生科學探究和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。八、教學反思與改進1.本次實驗教學借助數(shù)字化儀器突破教學難點，讓微觀可視化，將抽象的化學理論轉(zhuǎn)化為直觀的實驗現(xiàn)象和可靠的數(shù)據(jù)實證，增強了信服力。同時通過問題的不斷提出，培養(yǎng)了學生深度學生的能力。2.整個實驗操作簡單，通過真實可靠的實驗數(shù)據(jù)和曲線讓結(jié)論更科學，使學生理解更深刻。3.在教學過程中，以學生自主探究為主體，增強學生學習化學的興趣，同時培養(yǎng)了學生創(chuàng)新意識和嚴謹求實的科學探究精神。4.教學中，以“提出問題→設(shè)計方案→進行實驗→分析得出結(jié)果→遷移應(yīng)用”的方式展開，這樣的教學過程輕松、愉快，又能讓學生再深刻理解化學知識的基本上，又培養(yǎng)了學生的關(guān)鍵能力和學科素養(yǎng)，達到了教學的目