張靈麗

摘要：在初中溶解和結(jié)晶的教學(xué)中，以問題情境引入，讓學(xué)生親自參與、設(shè)計實驗探究活動，對學(xué)生進行平衡觀的啟蒙教學(xué)，使學(xué)生初步建立平衡觀;通過晶體制作的拓展實驗，實現(xiàn)動態(tài)平衡的可視化，使學(xué)生從根本上理解溶解和結(jié)晶的實質(zhì)，為后續(xù)化學(xué)平衡的學(xué)習(xí)做鋪墊和銜接。

關(guān)鍵詞：平衡觀;啟蒙;實驗探究;問題驅(qū)動;溶解和結(jié)晶

文章編號：1008-0546（2022）07-0035-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.009

一、教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.教學(xué)主題內(nèi)容

初中化學(xué)滬教版第六章“溶解現(xiàn)象”是初中化學(xué)課程一級主題“身邊的化學(xué)物質(zhì)”的重要組成部分，作為一種重要的身邊的化學(xué)物質(zhì)，溶液是繼學(xué)生認識氣體（如空氣、氧氣、二氧化碳）、固體（如常見的金屬）、液體（如水）后接觸到的一類成分更為復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)。在下一章，將要學(xué)習(xí)酸、堿、鹽的知識，它們之間的化學(xué)反應(yīng)幾乎都是在溶液中發(fā)生的，因此這一章的教學(xué)也為下一章的學(xué)習(xí)提供了知識基礎(chǔ)，也為深入學(xué)習(xí)分散系的有關(guān)知識做了準備[1 ]。溶液教學(xué)的難點之一是從微觀角度理解溶解和結(jié)晶的概念和過程。

2.教學(xué)現(xiàn)狀

初中生在學(xué)習(xí)溶液這一章時，對溶解和結(jié)晶往往會一知半解。比如：在一定溫度下，向一定量的水中，加入適量的氯化鈉固體，氯化鈉能溶解，再繼續(xù)加氯化鈉固體，氯化鈉不再溶解了，學(xué)生疑惑：為什么氯化鈉固體不能繼續(xù)溶解了呢？溶液飽和的微觀實質(zhì)是什么？再比如，對飽和溶液概念的理解：在一定溫度下，一定量的溶劑里不能繼續(xù)溶解某種溶質(zhì)的溶液，叫做這種溶質(zhì)的飽和溶液，學(xué)生疑惑：為什么叫這種溶質(zhì)的飽和溶液？氯化鈉的飽和溶液，還可以溶解其他溶質(zhì)嗎？

即便高一新教材，課堂教學(xué)中，教師對化學(xué)平衡概念的引入，只是讓學(xué)生接受這個“知識”或者說只是通過理論推理出這個“知識”，學(xué)生并沒有建立化學(xué)平衡過程的真實體驗，學(xué)生依然是模糊不清。

二、教學(xué)思想和著力點分析

1.教學(xué)思想

初中生具有追根溯源的天性。利用學(xué)生的困惑，引發(fā)認知沖突，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以及深入探究問題的熱情，通過創(chuàng)新實驗和拓展實驗，對學(xué)生進行平衡觀的啟蒙教學(xué)，可從科學(xué)本質(zhì)上解決學(xué)生的困惑，更是為高中化學(xué)平衡的學(xué)習(xí)做好鋪墊和銜接。

化學(xué)實驗不僅可以使微觀變化宏觀化，具有很強的說服力，并能分析理論的合理性，促使學(xué)生對知識的掌握，而且實驗可以對學(xué)生進行科學(xué)研究方法的教育，使其體驗科學(xué)研究的過程。學(xué)生在動手實驗中感悟知識、形成方法、使知識結(jié)構(gòu)化，最終得到的不僅僅是知識，更重要的是獲取知識的方法和成功體驗[2]。

2.教學(xué)著力點

化陌生為熟悉，建構(gòu)學(xué)生認知結(jié)構(gòu)。從學(xué)生熟悉的事物引入，充分利用新舊知識經(jīng)驗的沖突，引發(fā)認知結(jié)構(gòu)的重組，引導(dǎo)學(xué)生把生活概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)化。

創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，通過創(chuàng)新實驗設(shè)計，帶領(lǐng)學(xué)生體驗探究過程，在實驗中形成溶解和結(jié)晶的動態(tài)平衡觀，實現(xiàn)動態(tài)平衡的可視化。增強學(xué)生對科學(xué)探究的理解，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。

三、教學(xué)目標

（1）通過對溶解和結(jié)晶問題的討論，讓學(xué)生經(jīng)歷事物由現(xiàn)象到本質(zhì)的過程，初步建立平衡觀。

（2）通過實驗探究活動，理解溶解和結(jié)晶的平衡，初步形成動態(tài)平衡觀。

（3）能從微粒觀視角，認識溶解結(jié)晶平衡以及平衡移動的規(guī)律。

（4）通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運用平衡觀解決實際問題的能力。

（5）通過拓展實驗，培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)實驗解決問題的興趣，養(yǎng)成注重實證、嚴謹求實的科學(xué)精神。

四、教學(xué)流程

見圖1。

五、教學(xué)過程

1.讓學(xué)生初步建立平衡觀

（1）溶解結(jié)晶平衡概念的啟蒙

【學(xué)生分組實驗1】取1 g食鹽，放入氯化鈉的飽和溶液中，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：食鹽不再完全溶解。

【問題】為什么氯化鈉固體不能繼續(xù)溶解在氯化鈉的飽和溶液中？

【教師解析和視頻播放】溶解：溶質(zhì)分子或離子分散到水中形成水合分子或離子的過程（圖2）。

結(jié)晶：溶液中的水合溶質(zhì)分子（或離子）回到晶體表面形成晶體的過程。

氯化鈉固體在水中的溶解過程：溶解剛開始時，單位時間內(nèi)從固體表面擴散到溶液里的鈉離子和氯離子多于回到固體表面的鈉離子和氯離子，我們能觀察到固體氯化鈉在不斷減少，此時，氯化鈉的溶解速率大于結(jié)晶速率。

隨著溶液中鈉離子和氯離子數(shù)的增多，從溶液中回到晶體表面的鈉離子和氯離子也不斷增多，結(jié)晶速率在逐漸增大，雖然氯化鈉固體的溶解速率基本不變，但由于結(jié)晶速率的增大，可以發(fā)現(xiàn)單位時間內(nèi)氯化鈉固體的減少變慢了。

當單位時間內(nèi)從固體表面擴散到溶液里的鈉離子和氯離子和回到固體表面的鈉離子和氯離子數(shù)相等時，氯化鈉固體的量便不再發(fā)生變化，此時得到的溶液便是氯化鈉飽和溶液。此時，溶解和結(jié)晶仍在進行，但兩者的速率相等，達到了一個溶解—結(jié)晶平衡。也就是溶質(zhì)溶解的速率與溶質(zhì)結(jié)晶的速率相等時，溶解過程與結(jié)晶過程達到了平衡。這兩個同時進行的相反過程是可逆的，通常用“”表示，溶解結(jié)晶平衡是一種動態(tài)平衡。

當外部條件改變時，溶解速率和結(jié)晶速率便會發(fā)生改變，舊的溶解—結(jié)晶平衡被破壞，再形成新的溶解—結(jié)晶平衡。

（2）溶解—結(jié)晶平衡態(tài)的類比

【師】請學(xué)生列舉身邊有關(guān)“平衡”的事例。如托盤天平、蹺蹺板等都是典型的平衡事例，托盤上的物體和砝碼、人與蹺蹺板系統(tǒng)達到了靜態(tài)（穩(wěn)定）平衡，其特征是天平指針和人在蹺蹺板上的位置保持不變，除非受到外界影響，它本身不能有自發(fā)的變化。再比如，生活中的其他平衡，如生態(tài)系統(tǒng)平衡，（破壞、再平衡），社會學(xué)平衡（人類社會的發(fā)展、變革），心理學(xué)平衡，社會關(guān)系的各種平衡等等[3]。

設(shè)計意圖：人類的進步總是由類比本能激發(fā)的[3]。平衡概念首次被引入到化學(xué)中，學(xué)生的反應(yīng)是陌生、新鮮、模糊和好奇的。通過類比其他平衡，用熟悉的事物解釋不熟悉的事物，思維遷移，便于學(xué)生接受平衡觀的概念。

（3）動態(tài)平衡觀的啟蒙

【問題】在地鐵站乘扶手電梯，如果在扶手電梯上需要保持在某一特定水平位置，你將怎樣運動？

【生】必須做與扶手電梯運動速率相等但方向相反的運動。

【師】人與扶手電梯有相對運動即為動態(tài)，人始終保持在特定的水平位置，即人與扶手電梯這個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，這種平衡狀態(tài)即為動態(tài)平衡狀態(tài)，“動態(tài)平衡”的特征是保持“位置不變”與“相對運動速率大小相等且方向相反”。

設(shè)計意圖：幫助學(xué)生抓住動態(tài)平衡的本質(zhì)特征，建立起有助于學(xué)習(xí)化學(xué)平衡概念的前概念[4]。

（4）化學(xué)平衡的概念和特征

【師】化學(xué)平衡狀態(tài)是指在一定條件下的可逆反應(yīng)中，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等，反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。

【師】溶解結(jié)晶平衡的特征：等、動、定、變。等—— v 溶解=v 結(jié)晶;動——動態(tài)平衡，v 溶解=v 結(jié)晶≠0;定——達到平衡時，溶液中離子濃度不再改變;變——當外界條件改變，溶解平衡將發(fā)生移動。

2.溶解結(jié)晶平衡的實驗驗證

（1）溶解結(jié)晶平衡符號表達式的初建立

【問題】氯化鈉的飽和溶液，還可以溶解其他溶質(zhì)嗎？

【學(xué)生分組實驗2】向氯化鈉的飽和溶液中，加入高錳酸鉀固體。

【現(xiàn)象】溶液變成紫紅色。

【結(jié)論】說明高錳酸鉀可以溶解在氯化鈉的飽和溶液中。

【師生從平衡的視角分析】氯化鈉的飽和溶液，對加入的高錳酸鉀而言，高錳酸鉀的溶解速率小于結(jié)晶速率，所以，高錳酸鉀可以溶解。

設(shè)計意圖：化學(xué)教師最好的理答方式是實驗驗證。兒童逐漸達到成人狀態(tài)，依靠的不是聽取一套行為準則和道理，而是從他的個人努力和經(jīng)歷中去懂得這一切。盧梭說過，每個年齡段都有其相應(yīng)的發(fā)展動力，孩子自有其獨特的觀察、思考和感受的方式，如果不通過主動探尋，讓學(xué)生重新發(fā)現(xiàn)科學(xué)，而只是重復(fù)口頭的公式，他們就什么也學(xué)不到[5]。

【教師追問】氯化鈉中混有可溶性雜質(zhì)，如氯化鈣、氯化鎂、硫酸鈉，工業(yè)上可以用飽和食鹽水除去這些雜質(zhì)，原理是什么？飽和食鹽水能否無限次地使用？

【師】寫出溶解結(jié)晶平衡的符號表達式：NaCl Na+（aq）+Cl-（aq）。

設(shè)計意圖：學(xué)生在思考回答問題時，思維在宏觀和微觀之間轉(zhuǎn)化，通過平衡的符號表達式，學(xué)生對平衡的概念由陌生到接受，對平衡的特征由模糊到逐漸清晰。

（2）溶解結(jié)晶動態(tài)平衡的可視化實驗探究

【拓展實驗1】實驗操作：將一顆9.95 g 的硫酸銅晶體，放入同溫度下的硫酸銅飽和溶液中，恒溫密封2 周后，取出觀察，發(fā)現(xiàn)晶體的形狀有明顯變化，原來的坑坑洼洼處被填平，晶體的棱角更明顯。洗滌、干燥，稱量質(zhì)量為9.96 g（實驗使用的是精確度為0.01 g 的電子天平）。數(shù)據(jù)見表1。

【實物展示】見圖3、圖4。

【師】提問：硫酸銅晶體的形狀改變，質(zhì)量不變，說明了什么？

【生】硫酸銅晶體的溶解和結(jié)晶過程都在進行，是動態(tài)平衡的過程。

設(shè)計意圖：拓展實驗前對學(xué)生平衡觀的引入，只是讓學(xué)生接受這個“知識”或者說只是通過理論推理出這個“知識”，學(xué)生并沒有建立動態(tài)平衡過程的真實體驗。該實驗通過晶體的形狀和質(zhì)量上的變化對比，讓學(xué)生獲得動態(tài)平衡過程的真實體驗，不僅實現(xiàn)了平衡狀態(tài)的可視化，而且由定性到定量解析了動態(tài)平衡。

【拓展實驗2】實驗操作：取蒸餾水100 g，配制80℃的硫酸銅和氯化鈉的飽和溶液，冷卻至室溫，觀察到燒杯底部有硫酸銅晶體和氯化鈉晶體。第二天，加熱該燒杯及溶液，高于室溫3℃左右時，將2塊不同形狀的硫酸銅晶體用線系好，放入飽和溶液中，密封。如此反復(fù)操作一周。

【照片展示】見圖5。

【實驗現(xiàn)象】硫酸銅晶體上有白色的氯化鈉晶體析出，隨著時間的變化，硫酸銅晶體和氯化鈉晶體都在不斷增大。

【師生分析】硫酸銅的溶解度受溫度影響大，降溫結(jié)晶，析出硫酸銅晶體，但氯化鈉的溶解度受溫度影響很小，在密封條件下，水分蒸發(fā)可忽略不計，氯化鈉晶體在硫酸銅的大晶核上析出，說明氯化鈉的溶解和結(jié)晶在同時進行，再次實驗證明溶解結(jié)晶是一種動態(tài)平衡，符合科學(xué)探究的可重復(fù)性。平衡狀態(tài)類似家庭的收支平衡，是動態(tài)變化的。

3.平衡移動的實驗探究

【師】通過以上的實驗說明：飽和溶液可以看成溶質(zhì)不再溶解，也不再結(jié)晶。但實際上，溶解和結(jié)晶都仍在進行。能溶解在水里的物質(zhì)，不能無限制地溶解就是因為存在這個平衡。當外界條件改變（如飽和溶液冷卻或蒸發(fā)溶劑）時，溶解和結(jié)晶的速率也要相應(yīng)地改變，便會有晶體析出等現(xiàn)象發(fā)生。

【問題】如果想從氯化鈉的溶液中，獲得晶體，你有什么方法？

【生】蒸發(fā)水，降溫，加入氯離子（個別同學(xué)小心翼翼地說）。

【學(xué)生分組實驗3】用玻璃棒蘸取飽和食鹽水在酒精燈上加熱蒸發(fā)。

【實驗現(xiàn)象】玻璃棒上有白色固體析出。

【師生分析】水蒸發(fā)，鈉離子和氯離子濃度增大，舊平衡被破壞。

【學(xué)生分組實驗4】取飽和的氯化鈉溶液2 mL，向其中加入濃鹽酸[6]。

【實驗現(xiàn)象】有白色晶體析出。

【師】追問：濃鹽酸加入后，為什么會有白色晶體析出？

【生】濃鹽酸中，有大量的氯離子，促使平衡朝生成氯化鈉晶體的方向移動。

【師】因氯離子濃度增大，平衡朝氯化鈉晶體生成的方向移動，析出氯化鈉晶體。

因為平衡狀態(tài)就是v 正=v 逆狀態(tài)，當外界條件改變時，會引起反應(yīng)速率的變化，使v 正≠v 逆平衡破壞。

【PPT 投影】見圖6。

4.平衡觀的實際應(yīng)用

【問題】工業(yè)上，侯德榜法制純堿的過程中，向氯化鈉的飽和溶液中通入氨氣和二氧化碳，會有碳酸氫鈉產(chǎn)生。為什么是碳酸氫鈉晶體析出，不是氯化銨析出？通過計算說明。

已知：20℃時，S （NaCl）=36 g，S （NaHCO3）=9.6 g， S （NH4Cl）=37.2 g，

【生】假設(shè)將36 g食鹽溶于100 g水中，配成飽和溶液，完全反應(yīng)后，生成51.7 g 碳酸氫鈉和32.9 g 氯化銨，消耗11 g水，余下89 g水最多可溶解碳酸氫鈉8.5 g，生成51.7 g碳酸氫鈉溶解不了，會以沉淀的形式析出，89 g水可以溶解氯化銨33.1 g，大于32.9 g，氯化銨沒有飽和，不會析出。

【師】碳酸氫鈉晶體的析出，實質(zhì)上是溶解和結(jié)晶的平衡被打破，碳酸氫鈉的溶解速率小于結(jié)晶速率，所以，有碳酸氫鈉晶體析出。

設(shè)計意圖：從定性研究到定量計算，是對平衡移動的深入分析與生活應(yīng)用的必然，達到學(xué)以致用的效果。

六、教學(xué)效果與反思

以問題驅(qū)動和實驗探究，開啟平衡觀的啟蒙教學(xué)，發(fā)展學(xué)生微粒觀、平衡觀、定量觀等核心觀念，培養(yǎng)學(xué)生注重實證、嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度，實驗分析和辯證思考相結(jié)合，學(xué)生手腦并用?？此朴悬c超前，但實際這只是我們成人的固有思維。裴斯泰洛齊說過：教學(xué)的所有分支都要遵循從簡單到復(fù)雜的順序，然而，我們都明白，簡單的概念只是對成人的思維來說的，兒童的思維在一開始都是整體的、未分化的。青少年的心智組織形式、思維和說話習(xí)慣和成年人的更為接近[5]。少年的好奇心有多強，潛力就有多強，他們天生有打破砂鍋問到底的鉆研精神，與其含糊其辭，不如明明白白弄個清楚。

化學(xué)平衡是基礎(chǔ)化學(xué)中較難理解的概念，平衡觀的啟蒙，能為學(xué)生以后學(xué)習(xí)和理解電離平衡、水解平衡、沉淀和溶解平衡、氧化與還原平衡等知識提供牢固的知識基礎(chǔ)，有利于學(xué)生的完整知識結(jié)構(gòu)的形成[7]。比如，純堿溶液中滴入酚酞試液變紅，學(xué)生疑惑：碳酸鈉的溶液中為什么會有氫氧根離子？教師可以溶解平衡為切入點，有意識地進行平衡知識的遷移，引入水的電離平衡、鹽類水解平衡等概念。再比如，在鋁片放入硫酸銅溶液的實驗中，有氣泡產(chǎn)生，學(xué)生開始會驚訝，但有了平衡的概念，他們會從化學(xué)平衡的角度來分析;再比如，在蛋白質(zhì)的教學(xué)中，在盛有雞蛋清的試管里，加入硫酸銨的飽和溶液，出現(xiàn)白色渾濁，實際是加了鹽溶液后，水溶液變成鹽溶液，改變?nèi)軇┖?，降低了蛋白質(zhì)的溶解度，蛋白質(zhì)析出，其實質(zhì)還是打破了溶解平衡。若用“同位素示蹤法”則能更好地幫助學(xué)生建立動態(tài)平衡概念[8]。但因初中實驗室條件的限制，這一遺憾等學(xué)生將來讀高中時，期待可以彌補。

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