论文部分内容阅读
摘要：化学观念是指学生通过化学学习，在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学总观性的认识。文章以“沉淀溶解平衡的应用”为例，对在高三化学复习过程中运用“四重表征”教学模式培养学生的化学观念进行了实践研究，并在教学完成之后通过纸笔测试的方法对学生的学习效果进行评价。
关键词：四重表征；化学观念；溶解平衡；微粒观；平衡观；转化观
文章编号：1008-0546（2015）02-0009-06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.02.003
一、问题的提出
“难溶电解质的溶解平衡”是人教版《化学反应原理》第三章“水溶液中的离子平衡”中的第四节，属于新增内容，是中学化学基础理论的一个重要组成部分，各地的模拟题及高考题频频就此知识点进行考查，也是学生中学阶段的学习难点之一 ，广东省高考年报的统计数据显示，有关难溶电解质溶解平衡的试题的得分率都比较低： 2007年第26题主要考查了学生对难溶电解质沉淀的溶解平衡了解，以及从溶解度曲线图中准确提取实质性内容并与已有知识块整合的能力，难度为0.32；2008年9题，要求学生掌握溶度积常数的基本概念及其简单应用，通过比较溶度积和离子积的相对大小，判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解，难度为0.16；2009年18题考查了学生对难溶电解质沉淀的溶解平衡以及饱和溶液概念的了解，以及从溶解度曲线图中准确提取实质性内容并与已有知识块整合的能力，难度为0.55；2010年结合流程图考查了学生对沉淀转化实质的认识，考查学生是否理解pH对沉淀溶解平衡的影响，难度为0.50；2012年结合流程图考查了学生对沉淀溶解及转化的本质的认识，考查学生利用沉淀溶解平衡原理，溶度积概念的计算，难度为0.46。
高三学生虽已在高二学习了“难溶电解质的溶解平衡”的有关知识，但知识尚未系统化，只是在溶解平衡概念的基础上对沉淀反应的应用有所了解，但由于人教版未将溶度积纳入必学内容，对于学生从量的角度、微观的角度认识沉淀的生成、转化和溶解有一定的障碍。难溶电解质的溶解平衡在《广东卷理科综合考试大纲的说明》中要求：了解难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质。
高三一轮复习的功能除了唤醒学生对相应知识的回忆之外，更重要的是在对有关知识进行重组基础上提升综合应用能力。
为了解学生对“难溶电解质溶解平衡的应用”的掌握情况，笔者在2014届学生高三复习“难溶电解质的溶解平衡”之前，用2008年山东高考化学试题中的第15题（单选或双选）对所教的2个班、108人进行了限时测试，得分率仅0.39。
题目：（2008年山东卷15题）某温度时，BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图1所示。下列说法正确的是（ ）
A.加人Na2SO4可以使溶液由a 点变到b 点
B. 通过蒸发可以使溶液由d 点变到c 点
C.d 点无BaSO4沉淀生成
D.a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp
本题的答案是C，但不少学生多选了A或B，极少数学生多选了D。笔者选取了12位学习成绩不同程度的学生进行访谈，以找出学生的错误所在，并对出现错误的本质原因进行了分析。
从上表可以看出，学生之所以多选A、B，是由于学生不能结合离子积与溶度积（Ksp）的相对大小从微观的角度去理解溶液中离子浓度改变时沉淀的溶解平衡发生移动所表现出来的宏观实验现象与溶解平衡曲线之间的关系，究其原因，是学生没有很好地理解难溶电解质在水溶液中的电离及溶液中微观粒子之间的相互作用，即没有以化学基本观念为指导去分析、解决化学学习中遇到的实验问题或生活中实际问题。
基于上述分析不难看出：经过三年多的化学学习，学生对于沉淀的生成和溶解，无论是宏观表征还是符号表征，大部分学生都掌握得不错，但对于沉淀的转化及沉淀在水溶液中的溶解平衡曲线的理解，尤其是从微观的角度理解沉淀的生成、转化和溶解，有待进一步加强。
化学基本观念，是指学生通过化学学习，在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学的总观性的认识，具体表现为个体主动运用化学思想方法认识身边事物和处理问题的自觉意识或思维习惯[1-2]。结合高中化学课程标准中的三维目标，可以将化学基本观念分为三类：知识类、方法类、情感类。知识类的基本观念有：元素观、微粒观、转化观、平衡观、守恒观，方法类的基本观念有：分类观、实验观，情感类的基本观念有：化学价值观[3]。“难溶电解质的溶解平衡”的教学价值在于发展学生的微粒观、平衡观、等核心观念，帮助学生从微观的角度去认识物质在溶液中的行为。如何通过高三“难溶电解质的溶解平衡”的复习促使学生进一步发展微粒观和平衡观？笔者认为通过复习要让学生在化学平衡、电离平衡及盐类的水解平衡的基础上进一步理解：无论是易溶、微溶或难溶电解质，它们在溶液中都会发生电离，而电离出来的离子之间存在相互作用，即溶解和结晶之间都存在着溶解平衡，当Qc>Ksp，析出沉淀；Qc “四重表征”教学模式侧重于引导学生从微观的角度进行分析、理解实验现象、实验事实，并用化学符号进行表征，进而用图像表示自变量与因变量之间的关系[4]。因此，“四重表征”既是化学反应的重要表征方式，也是化学反应原理的有效教学方式。
以下是笔者在高三化学复习过程中结合“沉淀的溶解平衡的应用”所进行的探索。
二、四重表征教学设计与实施
“四重表征”包括：宏观表征、微观表征、符号表征和曲线表征。宏观表征是指通过物质及其性质、物质发生变化的现象、物质的存在与用途等宏观层面的信息来表征。微观表征是指通过物质的微粒组成与结构、微粒的结构、微粒的运动及相互作用、反应机理等微观层面的信息来表征。符号表征是指通过表示物质或微粒的组成与结构的符号和图形等符号层面的信息来表征。曲线表征是指某些自变量的变化引起因变量变化以坐标曲线图的形式在学习者头脑中的反映[5]。 为了让学生在高三化学复习过程中自主建构有关溶解平衡的知识体系，进而发展化学基本观念，笔者根据本校学生的实际情况进行了教学设计与实施。
1. 教学目标设计
（1）以“工业锅炉中水垢的形成及除去”为例，促使学生学会从微观粒子相互作用的角度分析理解沉淀的溶解平衡，并用化学方程式或离子方程式表示沉淀的生成、溶解及转化。应用离子积与溶度积的相对大小判断沉淀生成、溶解及转化。
（2）通过绘制AgCl在水中的溶解平衡曲线图，体会体系中离子浓度变化时溶解平衡移动的曲线表征。
（3） 通过生活、生产中的实例，培养学生的微粒观、平衡观和转化观。
2. 教学内容设计
本节课将通过两个环节培养化学基本观念：首先以“水垢的形成及除去”为例，让学生学会从微观的角度分析生活、生产中的化学事实，体会根据Qc与Ksp的相对大小判断难溶电解质的溶解平衡的移动方向，并用化学方程式或离子方程式表示，以培养学生的微粒观、平衡观、转化观；然后以AgCl为例，让学生在画出c（Ag ）随c（Cl-）变化的溶解平衡曲线图或-lgc（Ag ）随-lgc（Cl-）变化的溶解平衡曲线图基础上，进一步体会体系中离子浓度变化时溶解平衡移动的曲线表征，以培养学生的微粒观、转化观。
本节课的教学重点是从微观的角度，运用“四重表征”教学模式分析并深入理解沉淀的生成、溶解及转化，尤其是体会体系中离子浓度变化时溶解平衡移动的曲线表征，以促使学生自主建构与发展微粒观、平衡观、转化观等化学观念，如图2：
笔者在本校实施这节课的教学时是将环节一和环节二印成学案，并在上课的前一天发给学生作为作业让学生课前完成，上课时先在小组内讨论，再让一位学生向全班同学汇报他们小组的讨论结果，在汇报、讲解的过程中，其他学生可以向该同学提出质疑，讲解的学生如果不能释疑，也可以由其他同学或老师回答，最后由老师点评。
3. 教学过程
【环节1】以“水垢的形成及除去”为例，学会从微观的角度（微观表征）分析生活中的化学事实（宏观表征），并用化学方程式或离子方程式表示（符号表征）。
【背景资料】某地自来水中含有较多Ca2 、Mg2 、HCO3-、SO42-、Cl-等离子，在加热煮沸过程中，锅炉内常常会形成水垢。锅炉水垢既会降低燃料的利用率，造成能源浪费，又会影响锅炉的使用寿命，还可能形成安全隐患，因此要定期除去锅炉水垢。
已知：CaSO4难溶于酸，Ksp （CaSO4）= 9.1×10-6，Ksp （CaCO3）=2.8×10-9， Ksp （MgCO3）= 6.8×10-6，Ksp[Mg（OH）2]= 1.8×10-11
【活动1】加热煮沸初期，锅炉内水垢的主要成分是CaCO3和MgCO3， 持续长时间加热煮沸，锅炉内水垢的主要成分是CaCO3、Mg（OH）2和CaSO4，试运用勒夏特列原理，从微观的角度进行分析。写出反应的化学方程式或离子方程式。
【活动2】某一锅炉内水垢的主要成分是CaCO3、Mg（OH）2和CaSO4，可以先加入 （试剂名称）浸泡，目的是 ，然后再向浸泡后的水垢中加入 （试剂名称），目的是 。请运用勒夏特列原理，从微观的角度进行分析。写出反应的化学方程式。
设置上述两个问题的目的是希望学生在解决实际问题的过程中，熟练掌握如何通过Qc与Ksp的相对大小，判断难溶电解质的溶解平衡的移动方向，体会从微观的角度分析沉淀在溶液中存在哪些微观粒子及粒子间的相互作用，理解沉淀的生成、溶解以及沉淀的转化，在此基础上用化学方程式或离子方程式表示沉淀的生成、溶解以及沉淀的转化。
教学过程中对于沉淀的生成及溶解，如水垢CaCO3、MgCO3及CaSO4的形成和水垢CaCO3、Mg（OH）2除去，大部分学生既能用离子方程式表示，又能从微观的角度进行分析解释，如对于CaSO4，学生的解释是，随着不断地向锅炉内加入凉水、放出开水，SO42-浓度不断增大，当CaSO4的Qc>Ksp时就会产生Qc>Ksp沉淀。但对于沉淀的转化，如MgCO3转化Mg（OH）2、CaSO4转化为CaCO3，无论是用离子方程式表示，还是从微观的角度进行分析理解，学生仍然掌握得不好。笔者认为这主要是因为学生不清楚此时的锅炉内含有哪些微粒，这些微粒相互之间可能存在哪些作用、发生哪些反应。实际上，在持续加热的过程中，生成的MgCO3在水中建立起以下平衡：MgCO3（s）[?]Mg2 （aq） CO32-（aq），而CO32-发生的水解反应：CO32- H2O[?]HCO3- OH-，HCO3- H2O[?]H2CO3 OH-，使水中的OH-浓度增大，对于Mg（OH）2的溶解平衡：Mg（OH）2 （s）[?]Mg2 （aq） 2OH-（aq），Qc>Ksp，平衡向着生成沉淀的方向移动，生成Mg（OH）2沉淀，而对于MgCO3的溶解平衡：MgCO3（s）[?]Mg2 （aq） CO32-（aq），Qc MgCO3（s） H2O=Mg（OH）2（s） CO2↑。
为了让学生灵活运用所学知识，我又提出了以下三个问题（依次投影出来）：
问题1：除了酸还有什么物质能够使Mg（OH）2沉淀溶解？举例说明，从微观的角度进行解释，并写出反应的离子方程式。
问题2：你认为实验过程中实现沉淀转化的关键是什么？请以Mg（OH）2沉淀转化为Fe（OH）3沉淀为例说明。
问题3：重晶石（主要成分是BaSO4）是制备钡化合物的重要原料，但BaSO4不溶于酸，工业上常常用饱和Na2CO3溶液反复多次处理，即可将BaSO4转化为易溶于酸的BaCO3。试从微观的角度进行分析，并写出反应的离子方程式。已知：Ksp （BaCO3）= 2.6×10-9，Ksp （BaSO4）=1.1×10-10。 在回答问题1时，学生很容易想到强酸弱碱盐，如NH4Cl溶液、FeCl3溶液、AlCl3溶液，但在书写方程式时就出现疑惑：反应Mg（OH）2 2NH4Cl =2NH3·H2O MgCl2能否发生？什么条件下才能发生？反应是否彻底？事实上氯化镁与氨水反应能够生成氢氧化镁沉淀：2NH3·H2O MgCl2=Mg（OH）2↓ 2NH4Cl，如果氯化铵能够溶解氢氧化镁沉淀，两者岂不是有矛盾吗？由于教材中有Mg（OH）2转化为Fe（OH）3的实验，所以学生很容易就想到此处不能用FeCl3溶液，因为若加入FeCl3溶液，则会发生反应：3Mg（OH）2（s） 2FeCl3（aq）=2Fe（OH）3（s） 3MgCl2（aq）。至于能否用AlCl3溶液，则需要查阅Mg（OH）2、Al（OH）3的溶度积，并进行实验探究。经过了问题的思考与讨论，大部分学生应该知道要想实现沉淀的转化，两种沉淀共同需要的离子必须完全以沉淀的形式存在，如问题1中的OH-，否则Fe3 就会直接与溶液中的OH-反应生成Fe（OH）3沉淀而不能实现沉淀的转化。
在讨论如何除去CaSO4时，可能是学生在课前完成学案时看了教材，所以不少学生都知道要先用Na2CO3溶液处理水垢，至于原因，由于我印给学生的学案中没有“CaSO4难溶于酸”这一已知条件，所以少数学生认为加入Na2CO3溶液是为了将溶解度大的CaSO4转化为溶解度小的CaCO3，而忽视了我们的最终目的是要除去水垢，因此必须将难溶于酸的CaSO4转化为易溶于酸的沉淀，当然溶解度越小越容易转化。
设置问题3则是为了让学生了解沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。一般来说，溶解度大的沉淀可以转化为溶解度小的，溶解度小的可以转化为溶解度更小，且溶解度相差越大越容易转化，但如果溶解度相差不大时，溶解度小（如BaSO4）也可以转化为溶解度稍大的沉淀（如BaCO3），不过一定要尽可能增大所加离子的浓度（如CO32-），以使所要生成的沉淀，如：BaCO3的Qc>Ksp而生成BaCO3沉淀。
【环节2】学会分析溶解平衡曲线图（图像表征）中的“点”是否处于饱和，以及条件改变时，图中的“点”如何移动。
【活动3】已知一定温度下Ksp （AgCl）= 1.8×10-10，画出AgCl固体溶于水达到溶解平衡后，溶液中c（Ag ）随c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图及-lgc（Ag ）随-lg c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图，并分析加入①NaCl、②AgNO3、③KI等物质时可观察到什么实验现象、平衡如何移动、溶解平衡曲线图的点如何移动，写出反应的离子方程式。
近几年的各地高考题常常有溶解平衡曲线图题，得分率都比较低，究其原因主要是学生很少从微观的角度理解体系中粒子的相互作用、不会利用Qc、Ksp的相对大小分析图中的点与溶解平衡的移动之间的关系。设计活动3的主要目的是为了让学生学会利用离子积与溶度积的相对大小分析溶解平衡曲线图。
91%的学生能在课前完成c（Ag ）随c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图，只有28%的学生完成了-lgc（Ag ）随-lg c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图，经了解是因为大部分学生对于“对数”这一数学知识已经部分遗忘，不能灵活运用而造成的。为了给学生充足的时间思考、交流，课堂上还是让学生先进行小组讨论、交流，再让学生代表到讲台上边绘图边分析、讲解。学生以c（Ag ）随c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图为例，先将溶解平衡曲线图中的点分为三个区域：曲线上方：QcKsp（过饱和溶液。AgCl沉淀不断析出，直至沉积和溶解达到平衡状态），然后在每个区域各选一个点，进一步分析了分别加入NaCl、AgNO3、KI等物质时，Qc的变化趋势、Qc与Ksp的相对大小、溶解平衡的移动方向、曲线图中的点将如何移动以及可能观察到的实验现象。
下图是几个学生课前利用软件“几何画板”画的溶解平衡曲线图，见图3。
三、四重表征教学效果评价及分析
为了检验学生的学习效果，课后笔者选取了4道选择题（每题4分），分别是2013年的北京卷第10题、2009年的浙江卷第10题、2009年的广东卷第18题和2013年的江苏卷第14题，以检验“四重表征”教学模式在高三化学复习中的教学效果，限时8分钟。
得分率0.75，比前测（0.39）提高了近1倍，从测试结果及对学生的访谈来看，大多数学生还是能够比较好地从微观的角度分析反应体系中离子的相互作用及Qc与Ksp的相对大小，判断沉淀的溶解平衡的移动方向，但还有部分学生对于第3、4题中用离子浓度的对数或负对数绘制溶解平衡曲线图感到比较棘手，因此觉得8分钟的时间太紧，造成得分率不够理想。
四、反思与启示
虽然通过复习学生已经能够比较好的运用“三重表征”教学模式从微观的角度分析反应体系中离子的相互作用并运用Qc与Ksp的相对大小分析沉淀的溶解平衡的移动方向，但对于曲线表征，尤其是用离子浓度的对数或负对数所绘制的溶解平衡曲线的分析，还有近1/3 的学生掌握得不好。通过访谈了解到主要是因为有的学生在8分钟之内，没有搞清楚第3、4题中横坐标、纵坐标的变化趋势：第3题中SO42-、Sr2 浓度是逐渐增大，第4题中的CO32-和M2 则是逐渐减小；有的学生根本没有注意到两道题目的区别。笔者认为在以后高三复习“沉淀溶解平衡的应用”时要处理好以下几个方面的问题：
最好在环节二中绘制MgCO3在水中的溶解平衡曲线，体会加入：MgCl2固体、Na2CO3固体、氨水、稀盐酸、加热等条件变化时沉淀溶解平衡移动的曲线表征。选择MgCO3，与环节一中“工业锅炉中水垢的形成及除去”遥相呼应、一气呵成，既可以让学生进一步体会MgCO3生成、溶解及转化的曲线表征及离子浓度变化时图中“点”的移动，还可以让学生深入体会温度升高MgCO3转化为Mg（OH）2的曲线表征。而AgCl由于既难溶于水又难溶于稀硝酸，就不能让学生在此体会沉淀溶解时的曲线表征。
画图后不仅要以c（Ag ）随c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图为例进行分析、讲解，更要将重点放在条件改变时-lgc（Mg2 ）随-lg c（CO32-）的变化的溶解平衡曲线图中“点”的移动上，只有这样才能加强学生对于平衡曲线图中“对数”图或“负对数”的理解。
检测时间要足够，由于学生刚刚复习了“沉淀的溶解平衡的应用”，尤其是对曲线表征还比较陌生情况下，足够的时间更能反映教学实施效果。
在高三化学复习过程中，选取适宜的教学内容实施 “四重表征”教学模式既能够增进学生对化学知识的理解、促进学生构建良好的认知结构，又能够提高学生分析和解决化学问题的能力，有利于学生深刻理解化学科学的本质，建构化学基本观念[3]。
参考文献
[1] 曾国琼.以“元素化合物”知识为载体培养学生化学基本观念[J].中学化学教学参考，2013，（1）：5-9
[2] 曾国琼.将化学观念的培养融入到《有机化学基础》教学中[J].中学化学教学参考，2013，（10）：10-14
[3] 曾国琼.运用“四重表征”教学模式培养学生化学基本观念的实践研究[J].中学化学教学参考，2012，（10）：13-15
[4] 刘建祥.“四重表征”化学教学模式与 “手持技术”整合的案例研究[J].化学教育， 2013，（7）：31-35
[5] 鲁新玲.运用“手持技术”与“互动课堂反馈系统”的高三化学复习教学实践与思考[J].中学化学教学参考，2010，（4）：18-21
关键词：四重表征；化学观念；溶解平衡；微粒观；平衡观；转化观
文章编号：1008-0546（2015）02-0009-06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.02.003
一、问题的提出
“难溶电解质的溶解平衡”是人教版《化学反应原理》第三章“水溶液中的离子平衡”中的第四节，属于新增内容，是中学化学基础理论的一个重要组成部分，各地的模拟题及高考题频频就此知识点进行考查，也是学生中学阶段的学习难点之一 ，广东省高考年报的统计数据显示，有关难溶电解质溶解平衡的试题的得分率都比较低： 2007年第26题主要考查了学生对难溶电解质沉淀的溶解平衡了解，以及从溶解度曲线图中准确提取实质性内容并与已有知识块整合的能力，难度为0.32；2008年9题，要求学生掌握溶度积常数的基本概念及其简单应用，通过比较溶度积和离子积的相对大小，判断难溶电解质在给定条件下沉淀能否生成或溶解，难度为0.16；2009年18题考查了学生对难溶电解质沉淀的溶解平衡以及饱和溶液概念的了解，以及从溶解度曲线图中准确提取实质性内容并与已有知识块整合的能力，难度为0.55；2010年结合流程图考查了学生对沉淀转化实质的认识，考查学生是否理解pH对沉淀溶解平衡的影响，难度为0.50；2012年结合流程图考查了学生对沉淀溶解及转化的本质的认识，考查学生利用沉淀溶解平衡原理，溶度积概念的计算，难度为0.46。
高三学生虽已在高二学习了“难溶电解质的溶解平衡”的有关知识，但知识尚未系统化，只是在溶解平衡概念的基础上对沉淀反应的应用有所了解，但由于人教版未将溶度积纳入必学内容，对于学生从量的角度、微观的角度认识沉淀的生成、转化和溶解有一定的障碍。难溶电解质的溶解平衡在《广东卷理科综合考试大纲的说明》中要求：了解难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质。
高三一轮复习的功能除了唤醒学生对相应知识的回忆之外，更重要的是在对有关知识进行重组基础上提升综合应用能力。
为了解学生对“难溶电解质溶解平衡的应用”的掌握情况，笔者在2014届学生高三复习“难溶电解质的溶解平衡”之前，用2008年山东高考化学试题中的第15题（单选或双选）对所教的2个班、108人进行了限时测试，得分率仅0.39。
题目：（2008年山东卷15题）某温度时，BaSO4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图1所示。下列说法正确的是（ ）
A.加人Na2SO4可以使溶液由a 点变到b 点
B. 通过蒸发可以使溶液由d 点变到c 点
C.d 点无BaSO4沉淀生成
D.a点对应的Ksp大于c点对应的Ksp
本题的答案是C，但不少学生多选了A或B，极少数学生多选了D。笔者选取了12位学习成绩不同程度的学生进行访谈，以找出学生的错误所在，并对出现错误的本质原因进行了分析。
从上表可以看出，学生之所以多选A、B，是由于学生不能结合离子积与溶度积（Ksp）的相对大小从微观的角度去理解溶液中离子浓度改变时沉淀的溶解平衡发生移动所表现出来的宏观实验现象与溶解平衡曲线之间的关系，究其原因，是学生没有很好地理解难溶电解质在水溶液中的电离及溶液中微观粒子之间的相互作用，即没有以化学基本观念为指导去分析、解决化学学习中遇到的实验问题或生活中实际问题。
基于上述分析不难看出：经过三年多的化学学习，学生对于沉淀的生成和溶解，无论是宏观表征还是符号表征，大部分学生都掌握得不错，但对于沉淀的转化及沉淀在水溶液中的溶解平衡曲线的理解，尤其是从微观的角度理解沉淀的生成、转化和溶解，有待进一步加强。
化学基本观念，是指学生通过化学学习，在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学的总观性的认识，具体表现为个体主动运用化学思想方法认识身边事物和处理问题的自觉意识或思维习惯[1-2]。结合高中化学课程标准中的三维目标，可以将化学基本观念分为三类：知识类、方法类、情感类。知识类的基本观念有：元素观、微粒观、转化观、平衡观、守恒观，方法类的基本观念有：分类观、实验观，情感类的基本观念有：化学价值观[3]。“难溶电解质的溶解平衡”的教学价值在于发展学生的微粒观、平衡观、等核心观念，帮助学生从微观的角度去认识物质在溶液中的行为。如何通过高三“难溶电解质的溶解平衡”的复习促使学生进一步发展微粒观和平衡观？笔者认为通过复习要让学生在化学平衡、电离平衡及盐类的水解平衡的基础上进一步理解：无论是易溶、微溶或难溶电解质，它们在溶液中都会发生电离，而电离出来的离子之间存在相互作用，即溶解和结晶之间都存在着溶解平衡，当Qc>Ksp，析出沉淀；Qc
以下是笔者在高三化学复习过程中结合“沉淀的溶解平衡的应用”所进行的探索。
二、四重表征教学设计与实施
“四重表征”包括：宏观表征、微观表征、符号表征和曲线表征。宏观表征是指通过物质及其性质、物质发生变化的现象、物质的存在与用途等宏观层面的信息来表征。微观表征是指通过物质的微粒组成与结构、微粒的结构、微粒的运动及相互作用、反应机理等微观层面的信息来表征。符号表征是指通过表示物质或微粒的组成与结构的符号和图形等符号层面的信息来表征。曲线表征是指某些自变量的变化引起因变量变化以坐标曲线图的形式在学习者头脑中的反映[5]。 为了让学生在高三化学复习过程中自主建构有关溶解平衡的知识体系，进而发展化学基本观念，笔者根据本校学生的实际情况进行了教学设计与实施。
1. 教学目标设计
（1）以“工业锅炉中水垢的形成及除去”为例，促使学生学会从微观粒子相互作用的角度分析理解沉淀的溶解平衡，并用化学方程式或离子方程式表示沉淀的生成、溶解及转化。应用离子积与溶度积的相对大小判断沉淀生成、溶解及转化。
（2）通过绘制AgCl在水中的溶解平衡曲线图，体会体系中离子浓度变化时溶解平衡移动的曲线表征。
（3） 通过生活、生产中的实例，培养学生的微粒观、平衡观和转化观。
2. 教学内容设计
本节课将通过两个环节培养化学基本观念：首先以“水垢的形成及除去”为例，让学生学会从微观的角度分析生活、生产中的化学事实，体会根据Qc与Ksp的相对大小判断难溶电解质的溶解平衡的移动方向，并用化学方程式或离子方程式表示，以培养学生的微粒观、平衡观、转化观；然后以AgCl为例，让学生在画出c（Ag ）随c（Cl-）变化的溶解平衡曲线图或-lgc（Ag ）随-lgc（Cl-）变化的溶解平衡曲线图基础上，进一步体会体系中离子浓度变化时溶解平衡移动的曲线表征，以培养学生的微粒观、转化观。
本节课的教学重点是从微观的角度，运用“四重表征”教学模式分析并深入理解沉淀的生成、溶解及转化，尤其是体会体系中离子浓度变化时溶解平衡移动的曲线表征，以促使学生自主建构与发展微粒观、平衡观、转化观等化学观念，如图2：
笔者在本校实施这节课的教学时是将环节一和环节二印成学案，并在上课的前一天发给学生作为作业让学生课前完成，上课时先在小组内讨论，再让一位学生向全班同学汇报他们小组的讨论结果，在汇报、讲解的过程中，其他学生可以向该同学提出质疑，讲解的学生如果不能释疑，也可以由其他同学或老师回答，最后由老师点评。
3. 教学过程
【环节1】以“水垢的形成及除去”为例，学会从微观的角度（微观表征）分析生活中的化学事实（宏观表征），并用化学方程式或离子方程式表示（符号表征）。
【背景资料】某地自来水中含有较多Ca2 、Mg2 、HCO3-、SO42-、Cl-等离子，在加热煮沸过程中，锅炉内常常会形成水垢。锅炉水垢既会降低燃料的利用率，造成能源浪费，又会影响锅炉的使用寿命，还可能形成安全隐患，因此要定期除去锅炉水垢。
已知：CaSO4难溶于酸，Ksp （CaSO4）= 9.1×10-6，Ksp （CaCO3）=2.8×10-9， Ksp （MgCO3）= 6.8×10-6，Ksp[Mg（OH）2]= 1.8×10-11
【活动1】加热煮沸初期，锅炉内水垢的主要成分是CaCO3和MgCO3， 持续长时间加热煮沸，锅炉内水垢的主要成分是CaCO3、Mg（OH）2和CaSO4，试运用勒夏特列原理，从微观的角度进行分析。写出反应的化学方程式或离子方程式。
【活动2】某一锅炉内水垢的主要成分是CaCO3、Mg（OH）2和CaSO4，可以先加入 （试剂名称）浸泡，目的是 ，然后再向浸泡后的水垢中加入 （试剂名称），目的是 。请运用勒夏特列原理，从微观的角度进行分析。写出反应的化学方程式。
设置上述两个问题的目的是希望学生在解决实际问题的过程中，熟练掌握如何通过Qc与Ksp的相对大小，判断难溶电解质的溶解平衡的移动方向，体会从微观的角度分析沉淀在溶液中存在哪些微观粒子及粒子间的相互作用，理解沉淀的生成、溶解以及沉淀的转化，在此基础上用化学方程式或离子方程式表示沉淀的生成、溶解以及沉淀的转化。
教学过程中对于沉淀的生成及溶解，如水垢CaCO3、MgCO3及CaSO4的形成和水垢CaCO3、Mg（OH）2除去，大部分学生既能用离子方程式表示，又能从微观的角度进行分析解释，如对于CaSO4，学生的解释是，随着不断地向锅炉内加入凉水、放出开水，SO42-浓度不断增大，当CaSO4的Qc>Ksp时就会产生Qc>Ksp沉淀。但对于沉淀的转化，如MgCO3转化Mg（OH）2、CaSO4转化为CaCO3，无论是用离子方程式表示，还是从微观的角度进行分析理解，学生仍然掌握得不好。笔者认为这主要是因为学生不清楚此时的锅炉内含有哪些微粒，这些微粒相互之间可能存在哪些作用、发生哪些反应。实际上，在持续加热的过程中，生成的MgCO3在水中建立起以下平衡：MgCO3（s）[?]Mg2 （aq） CO32-（aq），而CO32-发生的水解反应：CO32- H2O[?]HCO3- OH-，HCO3- H2O[?]H2CO3 OH-，使水中的OH-浓度增大，对于Mg（OH）2的溶解平衡：Mg（OH）2 （s）[?]Mg2 （aq） 2OH-（aq），Qc>Ksp，平衡向着生成沉淀的方向移动，生成Mg（OH）2沉淀，而对于MgCO3的溶解平衡：MgCO3（s）[?]Mg2 （aq） CO32-（aq），Qc
为了让学生灵活运用所学知识，我又提出了以下三个问题（依次投影出来）：
问题1：除了酸还有什么物质能够使Mg（OH）2沉淀溶解？举例说明，从微观的角度进行解释，并写出反应的离子方程式。
问题2：你认为实验过程中实现沉淀转化的关键是什么？请以Mg（OH）2沉淀转化为Fe（OH）3沉淀为例说明。
问题3：重晶石（主要成分是BaSO4）是制备钡化合物的重要原料，但BaSO4不溶于酸，工业上常常用饱和Na2CO3溶液反复多次处理，即可将BaSO4转化为易溶于酸的BaCO3。试从微观的角度进行分析，并写出反应的离子方程式。已知：Ksp （BaCO3）= 2.6×10-9，Ksp （BaSO4）=1.1×10-10。 在回答问题1时，学生很容易想到强酸弱碱盐，如NH4Cl溶液、FeCl3溶液、AlCl3溶液，但在书写方程式时就出现疑惑：反应Mg（OH）2 2NH4Cl =2NH3·H2O MgCl2能否发生？什么条件下才能发生？反应是否彻底？事实上氯化镁与氨水反应能够生成氢氧化镁沉淀：2NH3·H2O MgCl2=Mg（OH）2↓ 2NH4Cl，如果氯化铵能够溶解氢氧化镁沉淀，两者岂不是有矛盾吗？由于教材中有Mg（OH）2转化为Fe（OH）3的实验，所以学生很容易就想到此处不能用FeCl3溶液，因为若加入FeCl3溶液，则会发生反应：3Mg（OH）2（s） 2FeCl3（aq）=2Fe（OH）3（s） 3MgCl2（aq）。至于能否用AlCl3溶液，则需要查阅Mg（OH）2、Al（OH）3的溶度积，并进行实验探究。经过了问题的思考与讨论，大部分学生应该知道要想实现沉淀的转化，两种沉淀共同需要的离子必须完全以沉淀的形式存在，如问题1中的OH-，否则Fe3 就会直接与溶液中的OH-反应生成Fe（OH）3沉淀而不能实现沉淀的转化。
在讨论如何除去CaSO4时，可能是学生在课前完成学案时看了教材，所以不少学生都知道要先用Na2CO3溶液处理水垢，至于原因，由于我印给学生的学案中没有“CaSO4难溶于酸”这一已知条件，所以少数学生认为加入Na2CO3溶液是为了将溶解度大的CaSO4转化为溶解度小的CaCO3，而忽视了我们的最终目的是要除去水垢，因此必须将难溶于酸的CaSO4转化为易溶于酸的沉淀，当然溶解度越小越容易转化。
设置问题3则是为了让学生了解沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动。一般来说，溶解度大的沉淀可以转化为溶解度小的，溶解度小的可以转化为溶解度更小，且溶解度相差越大越容易转化，但如果溶解度相差不大时，溶解度小（如BaSO4）也可以转化为溶解度稍大的沉淀（如BaCO3），不过一定要尽可能增大所加离子的浓度（如CO32-），以使所要生成的沉淀，如：BaCO3的Qc>Ksp而生成BaCO3沉淀。
【环节2】学会分析溶解平衡曲线图（图像表征）中的“点”是否处于饱和，以及条件改变时，图中的“点”如何移动。
【活动3】已知一定温度下Ksp （AgCl）= 1.8×10-10，画出AgCl固体溶于水达到溶解平衡后，溶液中c（Ag ）随c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图及-lgc（Ag ）随-lg c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图，并分析加入①NaCl、②AgNO3、③KI等物质时可观察到什么实验现象、平衡如何移动、溶解平衡曲线图的点如何移动，写出反应的离子方程式。
近几年的各地高考题常常有溶解平衡曲线图题，得分率都比较低，究其原因主要是学生很少从微观的角度理解体系中粒子的相互作用、不会利用Qc、Ksp的相对大小分析图中的点与溶解平衡的移动之间的关系。设计活动3的主要目的是为了让学生学会利用离子积与溶度积的相对大小分析溶解平衡曲线图。
91%的学生能在课前完成c（Ag ）随c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图，只有28%的学生完成了-lgc（Ag ）随-lg c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图，经了解是因为大部分学生对于“对数”这一数学知识已经部分遗忘，不能灵活运用而造成的。为了给学生充足的时间思考、交流，课堂上还是让学生先进行小组讨论、交流，再让学生代表到讲台上边绘图边分析、讲解。学生以c（Ag ）随c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图为例，先将溶解平衡曲线图中的点分为三个区域：曲线上方：Qc
下图是几个学生课前利用软件“几何画板”画的溶解平衡曲线图，见图3。
三、四重表征教学效果评价及分析
为了检验学生的学习效果，课后笔者选取了4道选择题（每题4分），分别是2013年的北京卷第10题、2009年的浙江卷第10题、2009年的广东卷第18题和2013年的江苏卷第14题，以检验“四重表征”教学模式在高三化学复习中的教学效果，限时8分钟。
得分率0.75，比前测（0.39）提高了近1倍，从测试结果及对学生的访谈来看，大多数学生还是能够比较好地从微观的角度分析反应体系中离子的相互作用及Qc与Ksp的相对大小，判断沉淀的溶解平衡的移动方向，但还有部分学生对于第3、4题中用离子浓度的对数或负对数绘制溶解平衡曲线图感到比较棘手，因此觉得8分钟的时间太紧，造成得分率不够理想。
四、反思与启示
虽然通过复习学生已经能够比较好的运用“三重表征”教学模式从微观的角度分析反应体系中离子的相互作用并运用Qc与Ksp的相对大小分析沉淀的溶解平衡的移动方向，但对于曲线表征，尤其是用离子浓度的对数或负对数所绘制的溶解平衡曲线的分析，还有近1/3 的学生掌握得不好。通过访谈了解到主要是因为有的学生在8分钟之内，没有搞清楚第3、4题中横坐标、纵坐标的变化趋势：第3题中SO42-、Sr2 浓度是逐渐增大，第4题中的CO32-和M2 则是逐渐减小；有的学生根本没有注意到两道题目的区别。笔者认为在以后高三复习“沉淀溶解平衡的应用”时要处理好以下几个方面的问题：
最好在环节二中绘制MgCO3在水中的溶解平衡曲线，体会加入：MgCl2固体、Na2CO3固体、氨水、稀盐酸、加热等条件变化时沉淀溶解平衡移动的曲线表征。选择MgCO3，与环节一中“工业锅炉中水垢的形成及除去”遥相呼应、一气呵成，既可以让学生进一步体会MgCO3生成、溶解及转化的曲线表征及离子浓度变化时图中“点”的移动，还可以让学生深入体会温度升高MgCO3转化为Mg（OH）2的曲线表征。而AgCl由于既难溶于水又难溶于稀硝酸，就不能让学生在此体会沉淀溶解时的曲线表征。
画图后不仅要以c（Ag ）随c（Cl-）的变化的溶解平衡曲线图为例进行分析、讲解，更要将重点放在条件改变时-lgc（Mg2 ）随-lg c（CO32-）的变化的溶解平衡曲线图中“点”的移动上，只有这样才能加强学生对于平衡曲线图中“对数”图或“负对数”的理解。
检测时间要足够，由于学生刚刚复习了“沉淀的溶解平衡的应用”，尤其是对曲线表征还比较陌生情况下，足够的时间更能反映教学实施效果。
在高三化学复习过程中，选取适宜的教学内容实施 “四重表征”教学模式既能够增进学生对化学知识的理解、促进学生构建良好的认知结构，又能够提高学生分析和解决化学问题的能力，有利于学生深刻理解化学科学的本质，建构化学基本观念[3]。
参考文献
[1] 曾国琼.以“元素化合物”知识为载体培养学生化学基本观念[J].中学化学教学参考，2013，（1）：5-9
[2] 曾国琼.将化学观念的培养融入到《有机化学基础》教学中[J].中学化学教学参考，2013，（10）：10-14
[3] 曾国琼.运用“四重表征”教学模式培养学生化学基本观念的实践研究[J].中学化学教学参考，2012，（10）：13-15
[4] 刘建祥.“四重表征”化学教学模式与 “手持技术”整合的案例研究[J].化学教育， 2013，（7）：31-35
[5] 鲁新玲.运用“手持技术”与“互动课堂反馈系统”的高三化学复习教学实践与思考[J].中学化学教学参考，2010，（4）：18-21