摘 要： 以“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”為例，在單元教學(xué)結(jié)尾開設(shè)大概念建構(gòu)課。以“從平衡視角認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)”的大概念為引領(lǐng)，創(chuàng)設(shè)“廢水處理中反應(yīng)原理的探究”的真實(shí)問題情境，通過進(jìn)階式活動(dòng)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生經(jīng)歷“形成→完善→應(yīng)用”大概念的完整學(xué)習(xí)過程，幫助學(xué)生建構(gòu)結(jié)構(gòu)化知識(shí)，形成解決水溶液中相關(guān)問題的認(rèn)識(shí)視角，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 大概念； 離子反應(yīng)； 離子平衡； 單元復(fù)習(xí)課

文章編號(hào)： 10056629（2024）08004208

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

華東師范大學(xué)“國培計(jì)劃”中小學(xué)名師領(lǐng)航首期基地班立項(xiàng)課題“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)視域下的中學(xué)化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的理論與實(shí)踐”（編號(hào)2018GP01M13）的階段性研究成果。

1 問題提出

大概念是指能夠反映學(xué)科本質(zhì)，具有抽象性、概括性、統(tǒng)攝性和廣泛遷移價(jià)值的學(xué)科思想和觀念［1］。正確把握大概念，能夠幫助學(xué)生將多而散的知識(shí)整合聯(lián)結(jié)，形成結(jié)構(gòu)化的學(xué)科知識(shí)體系；能夠加深對(duì)學(xué)科本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解，提升思維的深度與廣度；能夠形成認(rèn)識(shí)化學(xué)問題的一般思路與方法，從而習(xí)得可遷移的學(xué)科核心素養(yǎng)。

“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”是高中化學(xué)課程的重要內(nèi)容，是對(duì)化學(xué)平衡知識(shí)的鞏固與拓展，對(duì)促進(jìn)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展具有重要價(jià)值。由于內(nèi)容多、理論性強(qiáng)，這部分內(nèi)容也是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)之一。在該單元測試中，發(fā)現(xiàn)有如下兩個(gè)問題：

例1 碳酸和亞硫酸的電離平衡常數(shù)（25℃）如下表所示：向Na2CO3溶液中加入足量的NaHSO3溶液，寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。

例2 碳酸鈣沉淀能溶于鹽酸，運(yùn)用平衡移動(dòng)原理解釋其原因。

Ka1Ka2

H2CO34.2×10-74.8×10-11

H2SO31.2×10-26.2×10-8

例1和例2分別考察弱電解質(zhì)的電離平衡、難溶強(qiáng)電解質(zhì)的沉淀溶解平衡，屬于“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”的典型問題。

對(duì)上海市某實(shí)驗(yàn)性示范性高中（中考錄取分?jǐn)?shù)線排位全市約15%）136名選考化學(xué)的學(xué)生進(jìn)行測試，結(jié)果顯示：例1和例2的得分率分別為41.5%和33.3%。例1中大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為亞硫酸酸性強(qiáng)于碳酸，兩者反應(yīng)生成二氧化碳；例2中大部分學(xué)生雖能寫出離子方程式，卻無法分析和解釋沉淀溶解的原因。通過與學(xué)生訪談并結(jié)合測試表現(xiàn)，反映出學(xué)生學(xué)習(xí)中存在以下問題：（1）能分析單一弱電解質(zhì)的平衡，如外界條件變化對(duì)平衡的影響，但對(duì)于存在多重平衡的復(fù)雜體系，仍未掌握分析的學(xué)科方法；（2）對(duì)離子反應(yīng)較熟悉，但尚未形成從動(dòng)態(tài)平衡的角度進(jìn)行分析、表征溶液中復(fù)雜反應(yīng)的學(xué)科能力；（3）面對(duì)新情境時(shí)，尚未形成運(yùn)用所學(xué)原理來解決實(shí)際問題的學(xué)科素養(yǎng)。上述問題表明：在學(xué)完該主題后，大多數(shù)學(xué)生未能把握水溶液知識(shí)的內(nèi)在本質(zhì)和相互關(guān)聯(lián)，尚未形成認(rèn)識(shí)問題的特定視角和思路。

當(dāng)前的大概念教學(xué)實(shí)踐一般集中于大概念統(tǒng)攝下的大單元教學(xué)設(shè)計(jì)或高三大單元復(fù)習(xí)課設(shè)計(jì)［2，3］，尚未有通過專題提升課引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)大概念的實(shí)踐研究的報(bào)道。本文以滬科版《普通高中教科書·化學(xué)·選擇性必修1·化學(xué)反應(yīng)原理》第三章“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”為例［4］，嘗試通過專題提升課引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建主題大概念，形成認(rèn)識(shí)和解決該主題問題的特定思路與方法。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 分析課標(biāo)和教材，凝練大概念

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》［5］規(guī)定的水溶液主題內(nèi)容包含兩部分：必修課程主題2“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”的“電離與離子反應(yīng)”和選擇性必修課程模塊1“化學(xué)反應(yīng)原理”的主題3“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”。必修內(nèi)容要求學(xué)生“認(rèn)識(shí)酸、堿、鹽等電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下能發(fā)生電離。通過實(shí)驗(yàn)事實(shí)認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)及其發(fā)生條件，了解常見離子的檢驗(yàn)方法”；選擇性必修課程則要求學(xué)生能夠從電離、離子反應(yīng)和化學(xué)平衡角度認(rèn)識(shí)電解質(zhì)水溶液的組成、性質(zhì)與反應(yīng)，能綜合運(yùn)用離子反應(yīng)、化學(xué)平衡原理分析和解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題。

在內(nèi)容編排上，滬科版教材將“電離與離子反應(yīng)”放在必修第2章“海洋中的鹵素資源”第2節(jié)“氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)”［6］，其包含三部分內(nèi)容；“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”在選擇性必修1的第3章，其包含四節(jié)內(nèi)容，具體如圖1所示。

在完成選擇性必修的學(xué)習(xí)后，學(xué)生應(yīng)對(duì)離子反應(yīng)的發(fā)生條件有更深入的理解：生成“沉淀”為生成“更難溶（Ksp更?。┑奈镔|(zhì)”，即沉淀的生成與轉(zhuǎn)化；生成“弱電解質(zhì)”為生成“更難電離（Ki更?。┑奈镔|(zhì)”，也就是通常說的較強(qiáng)酸制較弱酸，較強(qiáng)堿制較弱堿，即電離平衡的移動(dòng)與轉(zhuǎn)化。因此，可以凝練出“從平衡視角認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)”的大概念（如圖2所示）。大概念將電離平衡、溶解平衡和水解平衡（水解實(shí)質(zhì)是弱酸根離子或弱堿正離子與水的反應(yīng)，是水電離平衡的移動(dòng)）有機(jī)統(tǒng)攝起來，幫助學(xué)生把握水溶液中平衡的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)知

識(shí)的結(jié)構(gòu)化；引導(dǎo)學(xué)生從平衡移動(dòng)與轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)，加深對(duì)反應(yīng)本質(zhì)的理解，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的結(jié)構(gòu)化，提升解決實(shí)際問題的學(xué)科素養(yǎng)。

基于此，制定指向大概念建構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)如下：

（1） 把握離子反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律，形成基于平衡移動(dòng)定性分析和平衡常數(shù)定量認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)的視角。

（2） 學(xué)會(huì)分析條件變化對(duì)離子反應(yīng)方向的影響。

（3） 能夠利用“從平衡視角認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)”的大概念來解決生產(chǎn)、生活中與水溶液相關(guān)的實(shí)際問題。

2.2 創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，承載大概念

促進(jìn)大概念建構(gòu)的專題提升課，必須創(chuàng)設(shè)能夠承載大概念生成、發(fā)展的真實(shí)情境［7］，學(xué)生在完成真實(shí)情境的學(xué)習(xí)任務(wù)中，經(jīng)歷概念理解、思維模型和認(rèn)識(shí)路徑的建構(gòu)，真正將知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決問題的能力。

創(chuàng)設(shè)“廢水處理中反應(yīng)原理的探究”情境，一方面，它源于工業(yè)實(shí)際，體現(xiàn)離子反應(yīng)與平衡知識(shí)在水處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用；另一方面，它包含電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等核心知識(shí)和可結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識(shí)路徑，為大概念的建構(gòu)提供載體。

該情境統(tǒng)領(lǐng)三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：①廢水中銅離子的去除；②廢水中細(xì)菌的去除；③硫化氫在廢水處理中的應(yīng)用。分別對(duì)應(yīng)于沉淀溶解平衡、電離平衡的移動(dòng)與轉(zhuǎn)化以及多重平衡的相互轉(zhuǎn)化。情境在不同階段承載不同的教學(xué)任務(wù)，在大概念建構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)有邏輯地展開，形成一個(gè)完整的學(xué)習(xí)鏈，推動(dòng)課堂教學(xué)不斷走向深入，使學(xué)生對(duì)“從平衡視角認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)”的大概念的理解逐漸明晰。

2.3 設(shè)計(jì)進(jìn)階式學(xué)習(xí)任務(wù)，建構(gòu)大概念

學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)要具有合理的邏輯性和階梯性，既要符合大概念的生成與發(fā)展進(jìn)程，也要考慮學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展規(guī)律和知識(shí)本身的難易程度。本節(jié)課的教學(xué)流程的設(shè)計(jì)如圖3所示。

在大概念建構(gòu)方面，按照“形成→完善→應(yīng)用”大概念的線索設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)，使認(rèn)識(shí)視角顯性化、結(jié)構(gòu)化。通過對(duì)銅離子去除機(jī)理的探究，初步形成大概念；在細(xì)菌去除環(huán)節(jié)，拓展大概念的應(yīng)用范圍，打通不同平衡之間的內(nèi)在聯(lián)結(jié)路徑，促進(jìn)對(duì)水溶液中離子反應(yīng)與平衡的整體認(rèn)知；最后發(fā)揮大概念的遷移應(yīng)用價(jià)值，解決陌生情境的問題。

在內(nèi)容層面，相比電離平衡，溶解平衡對(duì)學(xué)生來說更易于理解，且知識(shí)本身蘊(yùn)含著重要的學(xué)科思想和觀念，具有大概念的抽提價(jià)值。在廢水中細(xì)菌去除機(jī)理的探究中，分析對(duì)象較為復(fù)雜，包含對(duì)碳酸的一級(jí)和二級(jí)電離平衡的分析，碳酸根離子、碳酸氫根離子和次氯酸根離子結(jié)合氫離子能力大小的比較。考慮學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，將溶解平衡的轉(zhuǎn)化作為大概念建構(gòu)的起點(diǎn)，將電離平衡的轉(zhuǎn)化作為大概念發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)，最后通過多重平衡的學(xué)習(xí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)建構(gòu)大概念的閉環(huán)。

為拓展學(xué)習(xí)時(shí)空，設(shè)計(jì)了一項(xiàng)開放性作業(yè)，針對(duì)不同碳酸鹽的制備方案進(jìn)行探究，學(xué)生需要綜合運(yùn)用電離平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的知識(shí)來解決復(fù)雜問題，深刻領(lǐng)悟大概念的實(shí)質(zhì)，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

3 教學(xué)過程

3.1 環(huán)節(jié)一：廢水中Cu2+的去除

3.1.1 氫氧化鎂去除銅離子的機(jī)理探究

［教師］展示Mg（OH）2處理含銅廢水的文獻(xiàn)［8］，表明Mg（OH）2是一種有效的沉淀銅離子的試劑，本身也是一種難溶物，它能去除銅離子嗎？

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］向相同體積的CuSO4溶液和蒸餾水中分別加入相同質(zhì)量的Mg（OH）2固體。

［學(xué)生觀察］加入Mg（OH）2固體的CuSO4溶液顏色變淺，白色Mg（OH）2固體減少，轉(zhuǎn)化為藍(lán)色沉淀。

［教師］請(qǐng)寫出反應(yīng)的離子方程式，并從平衡移動(dòng)的角度解釋該現(xiàn)象。

［學(xué)生］Mg（OH）2固體存在溶解平衡：Mg（OH）2（s）Mg2+（aq）+2OH-（aq）， Ksp［Cu（OH）2］更小，Cu2+和OH-結(jié)合生成更難溶的Cu（OH）2，使c（OH-）減小，平衡正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化為Cu（OH）2。

［教師］這個(gè)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是離子之間的競爭，能看出是哪些離子在競爭嗎？對(duì)，是Cu2+和Mg2+在競爭OH-。是否可以從理論上定量證明這個(gè)過程的可行性？

［學(xué)生］我們?cè)趯W(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)的方向與限度時(shí)知道，化學(xué)平衡常數(shù)可以體現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)行的限度，可用平衡常數(shù)判斷。

［教師］展示平衡常數(shù)與反應(yīng)進(jìn)行程度的關(guān)系：K>105，完全轉(zhuǎn)化；K<10-5，基本不反應(yīng)；10-5<K<105，部分轉(zhuǎn)化。請(qǐng)寫出平衡常數(shù)表達(dá)式并進(jìn)行計(jì)算。

［學(xué)生］Mg（OH）2（s）+Cu2+（aq）Mg2+（aq）+Cu（OH）2（s），

K=c（Mg2+）c（Cu2+）=c（Mg2+）·c2（OH-）c（Cu2+）·c2（OH-）

=Ksp［Mg（OH）2］Ksp［Cu（OH）2］=5.6×10-122.2×10-20=2.5×108

25℃條件下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為2.5×108，Mg（OH）2可完全轉(zhuǎn)化為Cu（OH）2。

［教師］展示銅離子排放的國家標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)Mg（OH）2處理后的Cu2+是否達(dá)到了國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)呢？假設(shè)廢水中的Cu2+為0.1mol/L，請(qǐng)進(jìn)行計(jì)算［10］。

［學(xué)生］反應(yīng)的K=2.5×108， c（Mg2+）=0.1mol/L，可得c（Cu2+）=3.9×10-10mol/L，達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。

［教師］通過對(duì)Mg（OH）2沉淀Cu2+的分析，大家對(duì)離子反應(yīng)是否有了新的認(rèn)識(shí)？

［學(xué)生1］Mg（OH）2處理含銅廢水，實(shí)際上是Mg2+和Cu2+競爭OH-， Ksp［Cu（OH）2］更小，Cu2+更易結(jié)合OH-，使Mg（OH）2的溶解平衡正向移動(dòng)，最終轉(zhuǎn)化為Cu（OH）2。離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊平衡被破壞而發(fā)生移動(dòng)，并建立新平衡的過程。

［學(xué)生2］Mg（OH）2能轉(zhuǎn)化為Cu（OH）2，取決于兩者Ksp的相對(duì)大小，Cu（OH）2的Ksp遠(yuǎn)小于Mg（OH）2，沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)大，可完全反應(yīng)。因此，可用平衡常數(shù)判斷離子反應(yīng)的發(fā)生。

［教師］離子反應(yīng)是平衡移動(dòng)和轉(zhuǎn)化的結(jié)果，可用平衡移動(dòng)原理來定性分析離子反應(yīng)的過程，而舊平衡是否會(huì)被打破，新平衡能否最終建立，由平衡常數(shù)（在這里是指Ksp）決定，故可用平衡常數(shù)定量判斷反應(yīng)的程度。

3.1.2 可溶性鋇鹽的制備原理探究

［教師］Ksp較大物質(zhì)向Ksp較小物質(zhì)轉(zhuǎn)化時(shí)，反應(yīng)的平衡常數(shù)大，更易發(fā)生。一定條件下，朝著Ksp較大方向進(jìn)行的反應(yīng)能否發(fā)生呢？我國重晶石含量豐富，可溶性鋇鹽的制備方法是將不溶于酸的BaSO4轉(zhuǎn)化成BaCO3，再加酸溶解。常溫下，Ksp（BaSO4）=1.1×10-10， Ksp（BaCO3）=2.6×10-9，該反應(yīng)的K=4.23×10-2，反應(yīng)可逆且進(jìn)行程度小，如何控制條件實(shí)現(xiàn)最大程度的轉(zhuǎn)化？

［學(xué)生］可以通過增大Na2CO3溶液的濃度，比如使用飽和Na2CO3溶液，使平衡不斷正向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。

［教師］具體該如何操作？

［學(xué)生］向BaSO4固體中加入飽和Na2CO3溶液，充分反應(yīng)后靜置，棄去上層清液后繼續(xù)加入飽和Na2CO3溶液，重復(fù)多次。

［教師］展示BaSO4向BaCO3轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)視頻。是否都能通過控制條件實(shí)現(xiàn)向Ksp大的物質(zhì)轉(zhuǎn)化？

［學(xué)生］不是，如果Ksp相差過大，難以得到滿足條件的飽和溶液，不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。

［教師］我們不僅可運(yùn)用平衡移動(dòng)原理分析離子反應(yīng)，還可以調(diào)控反應(yīng)的方向。

3.2 環(huán)節(jié)二：廢水中細(xì)菌的去除

［教師］廢水可以用NaClO來殺菌，利用HClO的強(qiáng)氧化性，采取哪些措施可以提高NaClO的殺菌效果？

［學(xué)生］加入比HClO酸性更強(qiáng)的酸，將NaClO轉(zhuǎn)化為HClO。

［教師］已知H2CO3和HClO的電離平衡常數(shù)，請(qǐng)從理論上推算在空氣中放置一段時(shí)間，是否可以增強(qiáng)NaClO的殺菌效果，若可以，用離子方程式表示其原理。

［學(xué)生1］書寫反應(yīng)2ClO-+H2O+CO2CO2-3+2HClO，無法從理論上論證。

［學(xué)生2］書寫反應(yīng)①：2ClO-+H2O+CO2CO2-3+2HClO

K1=c（CO2－3）·c2（HClO）c2（ClO－）·c（H2CO3）

=c（CO2－3）·c2（HClO）·c2（H+）c2（ClO－）·c（H2CO3）·c2（H+）

=Ka1（H2CO3）·Ka2（H2CO3）K2a（HClO）

=4.2×10－7×4.8×10－11（3.0×10－8）2=2.2×10－2

書寫反應(yīng)②：ClO-+H2O+CO2HCO-3+HClO

K2=c（HCO－3）·c（HClO）c（ClO－）·c（H2CO3）

=c（HCO－3）·c（HClO）·c（H+）c（ClO－）·c（H2CO3）·c（H+）

=Ka1（H2CO3）Ka（HClO）=4.2×10－73.0×10－8=14.0

由于K1遠(yuǎn)小于K2，發(fā)生反應(yīng)②，且反應(yīng)②有一定的可逆性。

［學(xué)生3］書寫反應(yīng)①：ClO-+H2O+CO2HCO-3+HClO

K1=c（HCO－3）·c（HClO）c（ClO－）·c（H2CO3）

=c（HCO－3）·c（HClO）·c（H+）c（ClO－）·c（H2CO3）·c（H+）

=Ka1（H2CO3）Ka（HClO）=4.2×10－73.0×10－8=14.0

書寫反應(yīng)②：ClO-+HCO-3CO2-3+HClO

K2=c（CO2－3）·c（HClO）c（ClO－）·c（HCO－3）

=c（CO2－3）·c（HClO）·c（H+）c（ClO－）·c（HCO－3）·c（H+）

=Ka2（H2CO3）Ka（HClO）=4.8×10－113.0×10－8=1.6×10－3

由于K1遠(yuǎn)大于K2，發(fā)生反應(yīng)①。

［教師］通過計(jì)算，H2CO3與ClO-反應(yīng)主要生成HCO-3和HClO，而不是CO2-3和HClO，結(jié)合電離平衡常數(shù)，說明離子反應(yīng)易向電離平衡常數(shù)小的方向進(jìn)行，即生成Ki更小、更難電離的物質(zhì)。

［教師］如何利用平衡移動(dòng)原理分析反應(yīng)的產(chǎn)物？

［學(xué)生］酸性：H2CO3>HClO>HCO-3，結(jié)合H+能力：HCO-3<ClO-<CO2-3。一級(jí)電離H2CO3H++HCO-3，電離出的H+被ClO-結(jié)合生成更弱的HClO，使c（H+）減小，平衡正向移動(dòng)，生成HCO-3和HClO；二級(jí)電離HCO-3H++CO2-3， ClO-結(jié)合H+能力弱于CO2-3， H+不能被ClO-結(jié)合，平衡不移動(dòng)。

［教師］也可以借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)證H2CO3和NaClO的反應(yīng)。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)1］分別向集氣瓶中加入相同體積的蒸餾水和NaClO溶液，用二氧化碳傳感器檢測含量變化（見圖4）。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)2］將在NaClO溶液中浸過的紅色紙條分別放置在空氣和CO2中，相同時(shí)間（5分鐘）后觀察紙條顏色變化（見圖5）。

［學(xué)生］實(shí)驗(yàn)1中CO2的含量不斷下降，說明CO2參與了反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)2中放置在CO2中的NaClO能夠使紅色紙條更快褪色，說明兩者反應(yīng)生成了HClO。

［教師］通過對(duì)H2CO3與NaClO反應(yīng)的分析，大家對(duì)離子反應(yīng)的認(rèn)識(shí)是否更深入了？

［學(xué)生］NaClO與H2CO3反應(yīng)，實(shí)質(zhì)是酸根離子在競爭H+，較弱酸的酸根離子結(jié)合較強(qiáng)酸電離出的H+，生成更弱的酸，使較強(qiáng)酸的電離平衡正向移動(dòng)，再次表明離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是平衡的移動(dòng)與轉(zhuǎn)化。

［教師］離子反應(yīng)通常是向著生成更難溶解（Ksp更?。?、更難電離（Ki更?。┑奈镔|(zhì)的方向進(jìn)行。在一定條件下，我們也可以通過改變條件調(diào)控離子反應(yīng)的方向（見圖6）。

3.3 環(huán)節(jié)三：H2S對(duì)廢水中重金屬離子的去除

［教師］H2S也常用來除去廢水中的銅離子，這是一個(gè)典型的弱酸制強(qiáng)酸的反應(yīng)，請(qǐng)根據(jù)信息解釋反應(yīng)能發(fā)生的原因。

［學(xué)生］從平衡常數(shù)角度：Cu2++H2SCuS+2H+的K=7.7×1016，反應(yīng)完全進(jìn)行。

從平衡移動(dòng)角度：Cu2+結(jié)合S2-能力更強(qiáng)，結(jié)合H2S電離出的S2-，使c（S2-）減小，H2S的電離平衡正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化為CuS。

［教師］廢水中的Fe2+，能用H2S除去嗎？

［學(xué)生］從平衡常數(shù)角度：Fe2++H2SFeS+2H+的K=1.6×10-2，K很小，正反應(yīng)進(jìn)行程度很??；逆反應(yīng)K大，逆反應(yīng)進(jìn)行程度大，實(shí)驗(yàn)室可利用FeS固體和稀硫酸或稀鹽酸反應(yīng)制備H2S氣體。

3.4 環(huán)節(jié)四：作業(yè)布置

某化學(xué)興趣小組對(duì)碳酸鹽的制備進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論，請(qǐng)從理論或結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋：

（1） 向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2得不到碳酸鹽沉淀，從理論上進(jìn)行解釋。

（2） 向MgSO4或CuSO4溶液中加入Na2CO3溶液，會(huì)得到堿式碳酸鹽或氫氧化物沉淀。

（3） NaHCO3或NH4HCO3常用來制備金屬碳酸鹽，如MgCO3、 ZnCO3、 MnCO3等。請(qǐng)以CaCl2和NaHCO3為例，探究該方法的可行性并解釋。

4 教學(xué)反思

4.1 教學(xué)效果分析

在課后練習(xí)中，仿照前面測試的問題，設(shè)計(jì)了兩道反饋練習(xí)：

問題1 碳酸和亞硫酸的電離平衡常數(shù)（25℃）如下表所示，寫出下列反應(yīng)的離子方程式并說明理由。

Ka1Ka2

H2CO34.2×10-74.8×10-11

H2SO31.2×10-26.2×10-8

① 向NaHCO3溶液中通入少量SO2氣體。

② 向Na2CO3溶液中通入少量SO2氣體。

③ 向Na2CO3溶液中通入足量SO2氣體。

問題2 工業(yè)上可用FeS固體除去廢水中的Cu2+，請(qǐng)運(yùn)用平衡移動(dòng)原理解釋其原因。

問題1保持測試背景不變，仍然利用碳酸和亞硫酸的多重平衡體系設(shè)問，按照由簡單到復(fù)雜的順序，考查學(xué)生是否能夠利用主題大概念分析離子反應(yīng)的發(fā)生情況。教學(xué)班共35名學(xué)生，第①問全都能準(zhǔn)確寫出離子方程式，并提供充分的證據(jù)推理；第②③問有27名學(xué)生能準(zhǔn)確書寫離子方程式并從定性或定量角度進(jìn)行分析，有5名學(xué)生能準(zhǔn)確書寫方程式卻無法進(jìn)行合理解釋，其余學(xué)生則不能準(zhǔn)確書寫離子方程式及合理分析。問題2則要求學(xué)生基于大概念判斷平衡的移動(dòng)與轉(zhuǎn)化。有33名學(xué)生能夠找準(zhǔn)平衡體系并分析，2名學(xué)生在尋找平衡時(shí)出現(xiàn)了偏差。這反映出促進(jìn)大概念建構(gòu)的單元復(fù)習(xí)課在幫助學(xué)生形成認(rèn)識(shí)思路、培養(yǎng)解決問題能力方面具有積極作用。

在對(duì)環(huán)節(jié)四開放式作業(yè)“探究碳酸鹽的制備”第一個(gè)問題的解釋中，沒有出現(xiàn)“因?yàn)槿跛岵荒苤苽鋸?qiáng)酸”這樣淺表的答案，學(xué)生均從不同角度深入分析：有學(xué)生回答“因?yàn)镠2CO3的酸性太弱，溶液中c（CO2-3）太小，c（CO2-3）·c（Ca2+）<Ksp（CaCO3），不能形成CaCO3沉淀”；也有學(xué)生遷移應(yīng)用課堂上H2S與Cu2+生成CuS沉淀的事實(shí)進(jìn)行分析“根據(jù)CaCO3的Ksp和H2CO3的電離平衡常數(shù)，可見Ca2+結(jié)合CO2-3的能力弱于H+，故不能使H2CO3的電離平衡正向移動(dòng)，發(fā)生轉(zhuǎn)化生成CaCO3”；還有學(xué)生通過計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)論證反應(yīng)不能發(fā)生。學(xué)生的上述表現(xiàn)，反映出指向大概念建構(gòu)的復(fù)習(xí)課有助于學(xué)生加深對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解，拓寬分析和解決問題的視角，促進(jìn)高階思維的形成。

4.2 教學(xué)過程反思

本節(jié)課通過進(jìn)階式學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生經(jīng)歷“形成→完善→應(yīng)用”大概念的過程。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)進(jìn)入第二環(huán)節(jié)“廢水中細(xì)菌的去除”時(shí)，直接討論碳酸增強(qiáng)次氯酸鈉殺菌效果的作用機(jī)理，由于碳酸存在二級(jí)電離，對(duì)部分學(xué)生來說過于復(fù)雜，自我探索受阻，需要在教師的引導(dǎo)下才能完成。后續(xù)教學(xué)中可以考慮先讓學(xué)生分析醋酸與次氯酸鈉的作用，再遞進(jìn)到二元酸的討論，為學(xué)生搭建好探究的“腳手架”，讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中增進(jìn)對(duì)大概念的理解，提升問題解決能力。

在單元末尾階段的整理與提升環(huán)節(jié)開設(shè)的大概念建構(gòu)課，能夠準(zhǔn)確把握學(xué)生在本單元學(xué)習(xí)的“痛點(diǎn)”，從學(xué)生的學(xué)習(xí)困惑出發(fā)，凝練解決該類問題的大概念，通過真實(shí)情境的學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在探究中深化對(duì)知識(shí)的理解，使認(rèn)識(shí)視角顯性化和多樣化，將學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)科素養(yǎng)。另外，促進(jìn)大概念建構(gòu)的教學(xué)，也需要教師提高自身專業(yè)素養(yǎng)，把握知識(shí)的本質(zhì)內(nèi)涵及所蘊(yùn)含的素養(yǎng)培育價(jià)值，提升學(xué)科理解能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］溫·哈倫.韋鈺譯.以大概念理念進(jìn)行科學(xué)教育［M］.北京： 科學(xué)普及出版社， 2016： 1～12.

［2］王春， 李艷.學(xué)科大概念統(tǒng)攝下的化學(xué)單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)——以“醛酮和糖類”教學(xué)為例［J］.化學(xué)教學(xué)， 2022， （3）： 48～52.

［3］劉臣， 何彩霞.基于化學(xué)學(xué)科大概念的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)——以選擇性必修1“化學(xué)反應(yīng)與電能”為例［J］.化學(xué)教學(xué)， 2023， （11）： 34～38.

［4］麻生明， 陳寅主編.普通高中教科書·化學(xué)·選擇性必修1·化學(xué)反應(yīng)原理［M］.上海： 上海科學(xué)技術(shù)出版社， 2023： 58～82.

［5］中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［S］.北京： 人民教育出版社， 2020： 33．

［6］麻生明， 陳寅主編.普通高中教科書·化學(xué)·必修第一冊(cè)［M］.上海： 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 2021： 56～62.

［7］楊玉琴， 陸海燕， 呂榮冠.學(xué)科大概念： 從課標(biāo)到教材到教學(xué)的轉(zhuǎn)化［J］.化學(xué)教學(xué)， 2022， （10）： 3～9.

［8］Wang Shu-Yu， Li Guang-Ming， Xu Wei， et al.. Facile Preparation and Application of Magnesium Hydroxide Assembly Spheres ［J］. Research on Chemical Intermediates， 2016， 42（3）： 2661～2668.

［9］杜博， 沈子稚， 肖艷.基于“證據(jù)推理”素養(yǎng)的沉淀溶解平衡教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.化學(xué)教學(xué)， 2021，（6）： 61～65.