基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的沉淀溶解平衡 實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)?

曾鳳英+潘祥泰

摘要：在沉淀溶解平衡的教學(xué)過程中，僅從宏觀實(shí)驗(yàn)的視角讓同學(xué)去體會(huì)離子的變化，學(xué)生是較難信服的，而通過電導(dǎo)率的測定，能直觀的揭示微觀世界變化，讓同學(xué)直接“看到”難溶物的飽和溶液中存在極少量的離子，讓學(xué)生真實(shí)地感受到沉淀溶解平衡的存在，化解傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以直接說清的難溶物飽和溶液中存在離子的微觀問題，充分地發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；導(dǎo)率的測定；沉淀溶解平衡的存在

文章編號：1008-0546（2014）08-0091-03中圖分類號：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.08.033

概念是人們對事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識，是邏輯思維的最基本單元。這一特點(diǎn)決定了概念不是教師“講”出來的，是學(xué)生自己通過對具體事實(shí)的體會(huì)并加以邏輯思考建構(gòu)出來的［1］，所以要讓學(xué)生認(rèn)識并接受沉淀溶解平衡這一概念，首先要讓學(xué)生感受到沉淀溶解平衡存在這一事實(shí)，就能在實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)下，聯(lián)系平衡的理論知識，建構(gòu)沉淀的生成、溶解、轉(zhuǎn)化的邏輯體系。

一、問題提出

由于難溶物的溶解量很少，實(shí)驗(yàn)中很難觀察到明顯現(xiàn)象，所以沉淀溶解平衡是否存在，很難給學(xué)生一個(gè)感性認(rèn)識。

現(xiàn)行教材和同行對難溶物沉淀溶解平衡的研究主要集中在沉淀溶解平衡的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用方面，而對沉淀溶解平衡是否存在的研究較少。人教版教材直接告訴學(xué)生“難溶物溶解度很小，但不是絕對不溶”，所以氯化銀固體會(huì)少量溶解，存在AgCl固體、Ag+、Cl-的共存體系，即存在沉淀溶解平衡。魯科版教材引入了學(xué)生不熟悉的難溶物PbI2來建構(gòu)沉淀溶解平衡的概念：將約3mL蒸餾水加入盛有PbI2固體的試管中，充分振蕩后靜置，待上層液體澄清后（即得到PbI2的飽和溶液），然后向其中滴加幾滴0.1mol·L-1KI溶液，出現(xiàn)黃色渾濁，此操作主要是驗(yàn)證飽和溶液中Pb2+的存在。蘇教版教材是先用1mL 0.1mol·L-1AgNO3與等體積的0.1mol·L-1 NaCl溶液直接制備AgCl懸濁液，然后分成兩支試管，待上層液體澄清后，向一支試管中滴加幾滴0.1mol·L-1AgNO3溶液，出現(xiàn)白色渾濁，證明Cl-的存在。向另一支試管中滴加幾滴0.1mol·L-1 NaC1溶液，證明Ag+的存在。2013年江蘇的李發(fā)順老師對實(shí)驗(yàn)的做了改進(jìn)：選用AgNO3與KSCN 反應(yīng)生成的AgSCN 白色沉淀，用Fe3+來證明SCN-的存在，通過加KI溶液產(chǎn)生化學(xué)平衡移動(dòng)來證明難溶物存在沉淀溶解平衡。［2-4］

綜上分析，目前對沉淀溶解平衡存在的教學(xué)方面主要是從宏觀的實(shí)驗(yàn)角度讓同學(xué)去體會(huì)離子的存在和變化，而事實(shí)上學(xué)生對微觀離子的感受能力本身就弱，只有宏觀的實(shí)驗(yàn)學(xué)生是較難信服的。所以做完以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)后，我的學(xué)生提出問題：（1）新制AgCl懸濁液的上層溶液很難澄清，且繼續(xù)滴加AgNO3溶液比NaCl溶液更易觀察到沉淀。（2）用新制的AgCl沉淀的上層溶液（很多實(shí)驗(yàn)室沒有分析純的AgCl、 PbI2等難溶物）證明AgCl溶解產(chǎn)生了Ag+或Cl-似乎有些不嚴(yán)密，因?yàn)檫@些離子可能來源于過量的或沉淀吸附的離子。（3）溶液中不存在Ag+也可能發(fā)生AgCl向AgI的轉(zhuǎn)化，因?yàn)镮-與AgCl之間的反應(yīng)可能是I-直接將AgCl固體中的Ag+“搶”過來。簡單的說，有的學(xué)生在沒“看到”離子的情況下，接受沉淀溶解平衡這一概念，會(huì)感到某個(gè)概念不自然，是強(qiáng)加于人的。為解決以上問題，我們利用數(shù)字化探究儀器對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。既測定飽和溶液的電導(dǎo)率的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)直接“看到”難溶物的飽和溶液中微觀離子存在，讓學(xué)生真實(shí)地感受到沉淀溶解平衡存在。

二、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想

（1）通過對比干燥的分析純難溶物固體、蒸餾水、分析純難溶物飽和溶液及稀溶液的電導(dǎo)率，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率是可以用來測定離子的存在的。讓學(xué)生“看到”電導(dǎo)率的大小由溶液在離子濃度決定。

（2）將幾種新制的沉淀物通過多次離心沉降，將過量或沉淀吸附的離子除去，當(dāng)?shù)玫降碾x心液的電導(dǎo)率相對穩(wěn)定，即為飽和溶液的電導(dǎo)率。通過與前面的數(shù)據(jù)對比，可以“看到”飽和溶液中存在離子，但離子濃度很小。

（3）通過幾種常見沉淀物的電導(dǎo)率的測定，找到適合課堂演示的實(shí)驗(yàn)方案。

2. 實(shí)驗(yàn)用品

離心機(jī)，電導(dǎo)儀（思邁電導(dǎo)儀，量程2000），數(shù)據(jù)采集器，電腦，投影儀，0.1mol·L-1 AgNO3溶液，0.1mol·L-1 NaCl溶液，0.1mol·L-1 NaI溶液，0.1mol·L-1 FeCl3溶液，0.1mol·L-1 NaOH溶液，蒸餾水，分析純CaCO3固體，分析純CaSO4固體。

3. 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，裝置分為筆記本電腦、投影儀、數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)儀器（包過數(shù)據(jù)采集器與電導(dǎo)率傳感器）三部分。為了方便測量數(shù)據(jù)、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，把3個(gè)電導(dǎo)率傳感器通過數(shù)據(jù)采集器與電腦連接。如圖2所示。

4. 實(shí)驗(yàn)探究過程

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

①各取20 mL對應(yīng)的溶液，分別制取AgCl、AgI、Fe（OH）3沉淀，靜置，觀察沉降速度。

②制備難溶物的飽和溶液（以AgCl為例）：將制備的AgCl的懸濁液進(jìn)行離心沉降2分鐘，將上層清液倒入標(biāo)有“AgCl離心液1”的小燒杯中，備用。繼續(xù)在沉淀的試管中加蒸餾水洗滌，離心沉降，將上層清液倒入標(biāo)有“AgCl離心液2”的小燒杯中，備用。重復(fù)操作6次，得到6杯離心液備用。

（2）測定電導(dǎo)率

①測定CaCO3固體，CaSO4固體的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

②測定蒸餾水的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

③將0.1mol·L-1 AgNO3溶液，0.1mol·L-1 NaCl溶液稀釋100倍，測電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

④測蒸餾水、分析純CaCO3飽和溶液，CaSO4的飽和溶液的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)（如圖3）。

⑤測定AgCl的6次離心液的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。（如圖4、圖5）

⑥測定AgI和Fe（OH）3離心液的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

①實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

②數(shù)據(jù)分析

從表1-4中可以看出：

固體難溶物的電導(dǎo)率為0，因?yàn)楣腆w難溶物中不存在自由移動(dòng)的離子（NaCl固體不為0，是因?yàn)樗玫氖雏}固體易潮解）。

蒸餾水的電導(dǎo)率為7，說明水中有極少量的自由移動(dòng)的離子。

0.001mol·L-1AgNO3溶液，0.001mol·L-1 NaCl溶液電導(dǎo)率大，溶液中有大量的自由移動(dòng)的離子。

測分析純難溶物CaCO3的飽和溶液的電導(dǎo)率是37，大于蒸餾水的，說明溶液除氫離子和氫氧根離子外，還有很少量的自由移動(dòng)的離子，分析純微溶物CaSO4的飽和溶液的電導(dǎo)率是389，大于水，溶液中有除氫離子和氫氧根離子外，還有較多的自由移動(dòng)的離子，即CaSO4溶解能力比CaCO3大。

AgCl離心液1的電導(dǎo)率為超出量程，因?yàn)槿芤褐杏写罅康淖杂梢苿?dòng)的Na+和NO3-離子。 AgCl離心液2的電導(dǎo)率為164，AgCl離心液3的電導(dǎo)率為44，AgCl離心液4的電導(dǎo)率為21，AgCl離心液2、3、4電導(dǎo)率變化較大，說明吸附的離子逐漸被清除。 AgCl離心液5的電導(dǎo)率為15，AgCl離心液6的電導(dǎo)率為13。離心液5、6電導(dǎo)率變化不大，可以表示AgCl飽和溶液的電導(dǎo)率，從數(shù)據(jù)中可以看出飽和溶液的電導(dǎo)率比蒸餾水的電導(dǎo)率大，證明難溶物確實(shí)提供了極少量自由移動(dòng)的離子。

5. 結(jié)論

（1）難溶物的飽和溶液中存在極少量的離子，證明難溶物有極少量的溶解，溶解后電解質(zhì)電離產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子，可表示為AgCl[?]Ag++Cl-

（2）Fe（OH）3 離心液的電導(dǎo)率不穩(wěn)定，不適合做演示實(shí)驗(yàn)。分析純CaCO3固體、分析純CaSO4固體、新制的AgI、AgCl離心2-3次后得到的固體都可以用來測電導(dǎo)率，證明難溶物存在固體和離子的共同體，即存在沉淀溶解平衡。

（3）離心液的制備時(shí)間較長，可以課前讓學(xué)生代表完成。

三、創(chuàng)新優(yōu)點(diǎn)

1.利用電導(dǎo)率來測定離子的存在。能夠讓學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)“看到”電導(dǎo)率的大小由溶液中離子濃度決定。

2.利用數(shù)字化探究儀器把演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為探究實(shí)驗(yàn)，不只是讓學(xué)生簡單的使用該儀器完成實(shí)驗(yàn)操作，更要培訓(xùn)學(xué)生的讀圖、分析和處理數(shù)據(jù)的能力；即了解了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段，有培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情和積極性。

參考文獻(xiàn)

［1］保志明.運(yùn)用實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)概念的建構(gòu)過程——“離子反應(yīng)”的教學(xué)與思考［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012，（3）

［2］宋心琪主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］.北京：人民教育出版社，2007：59

［3］王磊主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］.濟(jì)南：山東科技出版社，2007：90

［4］王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］.南京：江蘇教育出版社，2007：81

endprint

摘要：在沉淀溶解平衡的教學(xué)過程中，僅從宏觀實(shí)驗(yàn)的視角讓同學(xué)去體會(huì)離子的變化，學(xué)生是較難信服的，而通過電導(dǎo)率的測定，能直觀的揭示微觀世界變化，讓同學(xué)直接“看到”難溶物的飽和溶液中存在極少量的離子，讓學(xué)生真實(shí)地感受到沉淀溶解平衡的存在，化解傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以直接說清的難溶物飽和溶液中存在離子的微觀問題，充分地發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；導(dǎo)率的測定；沉淀溶解平衡的存在

文章編號：1008-0546（2014）08-0091-03中圖分類號：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.08.033

概念是人們對事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識，是邏輯思維的最基本單元。這一特點(diǎn)決定了概念不是教師“講”出來的，是學(xué)生自己通過對具體事實(shí)的體會(huì)并加以邏輯思考建構(gòu)出來的［1］，所以要讓學(xué)生認(rèn)識并接受沉淀溶解平衡這一概念，首先要讓學(xué)生感受到沉淀溶解平衡存在這一事實(shí)，就能在實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)下，聯(lián)系平衡的理論知識，建構(gòu)沉淀的生成、溶解、轉(zhuǎn)化的邏輯體系。

一、問題提出

由于難溶物的溶解量很少，實(shí)驗(yàn)中很難觀察到明顯現(xiàn)象，所以沉淀溶解平衡是否存在，很難給學(xué)生一個(gè)感性認(rèn)識。

現(xiàn)行教材和同行對難溶物沉淀溶解平衡的研究主要集中在沉淀溶解平衡的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用方面，而對沉淀溶解平衡是否存在的研究較少。人教版教材直接告訴學(xué)生“難溶物溶解度很小，但不是絕對不溶”，所以氯化銀固體會(huì)少量溶解，存在AgCl固體、Ag+、Cl-的共存體系，即存在沉淀溶解平衡。魯科版教材引入了學(xué)生不熟悉的難溶物PbI2來建構(gòu)沉淀溶解平衡的概念：將約3mL蒸餾水加入盛有PbI2固體的試管中，充分振蕩后靜置，待上層液體澄清后（即得到PbI2的飽和溶液），然后向其中滴加幾滴0.1mol·L-1KI溶液，出現(xiàn)黃色渾濁，此操作主要是驗(yàn)證飽和溶液中Pb2+的存在。蘇教版教材是先用1mL 0.1mol·L-1AgNO3與等體積的0.1mol·L-1 NaCl溶液直接制備AgCl懸濁液，然后分成兩支試管，待上層液體澄清后，向一支試管中滴加幾滴0.1mol·L-1AgNO3溶液，出現(xiàn)白色渾濁，證明Cl-的存在。向另一支試管中滴加幾滴0.1mol·L-1 NaC1溶液，證明Ag+的存在。2013年江蘇的李發(fā)順老師對實(shí)驗(yàn)的做了改進(jìn)：選用AgNO3與KSCN 反應(yīng)生成的AgSCN 白色沉淀，用Fe3+來證明SCN-的存在，通過加KI溶液產(chǎn)生化學(xué)平衡移動(dòng)來證明難溶物存在沉淀溶解平衡。［2-4］

綜上分析，目前對沉淀溶解平衡存在的教學(xué)方面主要是從宏觀的實(shí)驗(yàn)角度讓同學(xué)去體會(huì)離子的存在和變化，而事實(shí)上學(xué)生對微觀離子的感受能力本身就弱，只有宏觀的實(shí)驗(yàn)學(xué)生是較難信服的。所以做完以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)后，我的學(xué)生提出問題：（1）新制AgCl懸濁液的上層溶液很難澄清，且繼續(xù)滴加AgNO3溶液比NaCl溶液更易觀察到沉淀。（2）用新制的AgCl沉淀的上層溶液（很多實(shí)驗(yàn)室沒有分析純的AgCl、 PbI2等難溶物）證明AgCl溶解產(chǎn)生了Ag+或Cl-似乎有些不嚴(yán)密，因?yàn)檫@些離子可能來源于過量的或沉淀吸附的離子。（3）溶液中不存在Ag+也可能發(fā)生AgCl向AgI的轉(zhuǎn)化，因?yàn)镮-與AgCl之間的反應(yīng)可能是I-直接將AgCl固體中的Ag+“搶”過來。簡單的說，有的學(xué)生在沒“看到”離子的情況下，接受沉淀溶解平衡這一概念，會(huì)感到某個(gè)概念不自然，是強(qiáng)加于人的。為解決以上問題，我們利用數(shù)字化探究儀器對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。既測定飽和溶液的電導(dǎo)率的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)直接“看到”難溶物的飽和溶液中微觀離子存在，讓學(xué)生真實(shí)地感受到沉淀溶解平衡存在。

二、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想

（1）通過對比干燥的分析純難溶物固體、蒸餾水、分析純難溶物飽和溶液及稀溶液的電導(dǎo)率，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率是可以用來測定離子的存在的。讓學(xué)生“看到”電導(dǎo)率的大小由溶液在離子濃度決定。

（2）將幾種新制的沉淀物通過多次離心沉降，將過量或沉淀吸附的離子除去，當(dāng)?shù)玫降碾x心液的電導(dǎo)率相對穩(wěn)定，即為飽和溶液的電導(dǎo)率。通過與前面的數(shù)據(jù)對比，可以“看到”飽和溶液中存在離子，但離子濃度很小。

（3）通過幾種常見沉淀物的電導(dǎo)率的測定，找到適合課堂演示的實(shí)驗(yàn)方案。

2. 實(shí)驗(yàn)用品

離心機(jī)，電導(dǎo)儀（思邁電導(dǎo)儀，量程2000），數(shù)據(jù)采集器，電腦，投影儀，0.1mol·L-1 AgNO3溶液，0.1mol·L-1 NaCl溶液，0.1mol·L-1 NaI溶液，0.1mol·L-1 FeCl3溶液，0.1mol·L-1 NaOH溶液，蒸餾水，分析純CaCO3固體，分析純CaSO4固體。

3. 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，裝置分為筆記本電腦、投影儀、數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)儀器（包過數(shù)據(jù)采集器與電導(dǎo)率傳感器）三部分。為了方便測量數(shù)據(jù)、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，把3個(gè)電導(dǎo)率傳感器通過數(shù)據(jù)采集器與電腦連接。如圖2所示。

4. 實(shí)驗(yàn)探究過程

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

①各取20 mL對應(yīng)的溶液，分別制取AgCl、AgI、Fe（OH）3沉淀，靜置，觀察沉降速度。

②制備難溶物的飽和溶液（以AgCl為例）：將制備的AgCl的懸濁液進(jìn)行離心沉降2分鐘，將上層清液倒入標(biāo)有“AgCl離心液1”的小燒杯中，備用。繼續(xù)在沉淀的試管中加蒸餾水洗滌，離心沉降，將上層清液倒入標(biāo)有“AgCl離心液2”的小燒杯中，備用。重復(fù)操作6次，得到6杯離心液備用。

（2）測定電導(dǎo)率

①測定CaCO3固體，CaSO4固體的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

②測定蒸餾水的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

③將0.1mol·L-1 AgNO3溶液，0.1mol·L-1 NaCl溶液稀釋100倍，測電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

④測蒸餾水、分析純CaCO3飽和溶液，CaSO4的飽和溶液的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)（如圖3）。

⑤測定AgCl的6次離心液的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。（如圖4、圖5）

⑥測定AgI和Fe（OH）3離心液的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

①實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

②數(shù)據(jù)分析

從表1-4中可以看出：

固體難溶物的電導(dǎo)率為0，因?yàn)楣腆w難溶物中不存在自由移動(dòng)的離子（NaCl固體不為0，是因?yàn)樗玫氖雏}固體易潮解）。

蒸餾水的電導(dǎo)率為7，說明水中有極少量的自由移動(dòng)的離子。

0.001mol·L-1AgNO3溶液，0.001mol·L-1 NaCl溶液電導(dǎo)率大，溶液中有大量的自由移動(dòng)的離子。

測分析純難溶物CaCO3的飽和溶液的電導(dǎo)率是37，大于蒸餾水的，說明溶液除氫離子和氫氧根離子外，還有很少量的自由移動(dòng)的離子，分析純微溶物CaSO4的飽和溶液的電導(dǎo)率是389，大于水，溶液中有除氫離子和氫氧根離子外，還有較多的自由移動(dòng)的離子，即CaSO4溶解能力比CaCO3大。

AgCl離心液1的電導(dǎo)率為超出量程，因?yàn)槿芤褐杏写罅康淖杂梢苿?dòng)的Na+和NO3-離子。 AgCl離心液2的電導(dǎo)率為164，AgCl離心液3的電導(dǎo)率為44，AgCl離心液4的電導(dǎo)率為21，AgCl離心液2、3、4電導(dǎo)率變化較大，說明吸附的離子逐漸被清除。 AgCl離心液5的電導(dǎo)率為15，AgCl離心液6的電導(dǎo)率為13。離心液5、6電導(dǎo)率變化不大，可以表示AgCl飽和溶液的電導(dǎo)率，從數(shù)據(jù)中可以看出飽和溶液的電導(dǎo)率比蒸餾水的電導(dǎo)率大，證明難溶物確實(shí)提供了極少量自由移動(dòng)的離子。

5. 結(jié)論

（1）難溶物的飽和溶液中存在極少量的離子，證明難溶物有極少量的溶解，溶解后電解質(zhì)電離產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子，可表示為AgCl[?]Ag++Cl-

（2）Fe（OH）3 離心液的電導(dǎo)率不穩(wěn)定，不適合做演示實(shí)驗(yàn)。分析純CaCO3固體、分析純CaSO4固體、新制的AgI、AgCl離心2-3次后得到的固體都可以用來測電導(dǎo)率，證明難溶物存在固體和離子的共同體，即存在沉淀溶解平衡。

（3）離心液的制備時(shí)間較長，可以課前讓學(xué)生代表完成。

三、創(chuàng)新優(yōu)點(diǎn)

1.利用電導(dǎo)率來測定離子的存在。能夠讓學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)“看到”電導(dǎo)率的大小由溶液中離子濃度決定。

2.利用數(shù)字化探究儀器把演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為探究實(shí)驗(yàn)，不只是讓學(xué)生簡單的使用該儀器完成實(shí)驗(yàn)操作，更要培訓(xùn)學(xué)生的讀圖、分析和處理數(shù)據(jù)的能力；即了解了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段，有培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ蟠筇岣吡藢W(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情和積極性。

參考文獻(xiàn)

［1］保志明.運(yùn)用實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)概念的建構(gòu)過程——“離子反應(yīng)”的教學(xué)與思考［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012，（3）

［2］宋心琪主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］.北京：人民教育出版社，2007：59

［3］王磊主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］.濟(jì)南：山東科技出版社，2007：90

［4］王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］.南京：江蘇教育出版社，2007：81

endprint

摘要：在沉淀溶解平衡的教學(xué)過程中，僅從宏觀實(shí)驗(yàn)的視角讓同學(xué)去體會(huì)離子的變化，學(xué)生是較難信服的，而通過電導(dǎo)率的測定，能直觀的揭示微觀世界變化，讓同學(xué)直接“看到”難溶物的飽和溶液中存在極少量的離子，讓學(xué)生真實(shí)地感受到沉淀溶解平衡的存在，化解傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以直接說清的難溶物飽和溶液中存在離子的微觀問題，充分地發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；導(dǎo)率的測定；沉淀溶解平衡的存在

文章編號：1008-0546（2014）08-0091-03中圖分類號：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.08.033

概念是人們對事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識，是邏輯思維的最基本單元。這一特點(diǎn)決定了概念不是教師“講”出來的，是學(xué)生自己通過對具體事實(shí)的體會(huì)并加以邏輯思考建構(gòu)出來的［1］，所以要讓學(xué)生認(rèn)識并接受沉淀溶解平衡這一概念，首先要讓學(xué)生感受到沉淀溶解平衡存在這一事實(shí)，就能在實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)下，聯(lián)系平衡的理論知識，建構(gòu)沉淀的生成、溶解、轉(zhuǎn)化的邏輯體系。

一、問題提出

由于難溶物的溶解量很少，實(shí)驗(yàn)中很難觀察到明顯現(xiàn)象，所以沉淀溶解平衡是否存在，很難給學(xué)生一個(gè)感性認(rèn)識。

現(xiàn)行教材和同行對難溶物沉淀溶解平衡的研究主要集中在沉淀溶解平衡的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用方面，而對沉淀溶解平衡是否存在的研究較少。人教版教材直接告訴學(xué)生“難溶物溶解度很小，但不是絕對不溶”，所以氯化銀固體會(huì)少量溶解，存在AgCl固體、Ag+、Cl-的共存體系，即存在沉淀溶解平衡。魯科版教材引入了學(xué)生不熟悉的難溶物PbI2來建構(gòu)沉淀溶解平衡的概念：將約3mL蒸餾水加入盛有PbI2固體的試管中，充分振蕩后靜置，待上層液體澄清后（即得到PbI2的飽和溶液），然后向其中滴加幾滴0.1mol·L-1KI溶液，出現(xiàn)黃色渾濁，此操作主要是驗(yàn)證飽和溶液中Pb2+的存在。蘇教版教材是先用1mL 0.1mol·L-1AgNO3與等體積的0.1mol·L-1 NaCl溶液直接制備AgCl懸濁液，然后分成兩支試管，待上層液體澄清后，向一支試管中滴加幾滴0.1mol·L-1AgNO3溶液，出現(xiàn)白色渾濁，證明Cl-的存在。向另一支試管中滴加幾滴0.1mol·L-1 NaC1溶液，證明Ag+的存在。2013年江蘇的李發(fā)順老師對實(shí)驗(yàn)的做了改進(jìn)：選用AgNO3與KSCN 反應(yīng)生成的AgSCN 白色沉淀，用Fe3+來證明SCN-的存在，通過加KI溶液產(chǎn)生化學(xué)平衡移動(dòng)來證明難溶物存在沉淀溶解平衡。［2-4］

綜上分析，目前對沉淀溶解平衡存在的教學(xué)方面主要是從宏觀的實(shí)驗(yàn)角度讓同學(xué)去體會(huì)離子的存在和變化，而事實(shí)上學(xué)生對微觀離子的感受能力本身就弱，只有宏觀的實(shí)驗(yàn)學(xué)生是較難信服的。所以做完以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)后，我的學(xué)生提出問題：（1）新制AgCl懸濁液的上層溶液很難澄清，且繼續(xù)滴加AgNO3溶液比NaCl溶液更易觀察到沉淀。（2）用新制的AgCl沉淀的上層溶液（很多實(shí)驗(yàn)室沒有分析純的AgCl、 PbI2等難溶物）證明AgCl溶解產(chǎn)生了Ag+或Cl-似乎有些不嚴(yán)密，因?yàn)檫@些離子可能來源于過量的或沉淀吸附的離子。（3）溶液中不存在Ag+也可能發(fā)生AgCl向AgI的轉(zhuǎn)化，因?yàn)镮-與AgCl之間的反應(yīng)可能是I-直接將AgCl固體中的Ag+“搶”過來。簡單的說，有的學(xué)生在沒“看到”離子的情況下，接受沉淀溶解平衡這一概念，會(huì)感到某個(gè)概念不自然，是強(qiáng)加于人的。為解決以上問題，我們利用數(shù)字化探究儀器對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。既測定飽和溶液的電導(dǎo)率的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)直接“看到”難溶物的飽和溶液中微觀離子存在，讓學(xué)生真實(shí)地感受到沉淀溶解平衡存在。

二、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想

（1）通過對比干燥的分析純難溶物固體、蒸餾水、分析純難溶物飽和溶液及稀溶液的電導(dǎo)率，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率是可以用來測定離子的存在的。讓學(xué)生“看到”電導(dǎo)率的大小由溶液在離子濃度決定。

（2）將幾種新制的沉淀物通過多次離心沉降，將過量或沉淀吸附的離子除去，當(dāng)?shù)玫降碾x心液的電導(dǎo)率相對穩(wěn)定，即為飽和溶液的電導(dǎo)率。通過與前面的數(shù)據(jù)對比，可以“看到”飽和溶液中存在離子，但離子濃度很小。

（3）通過幾種常見沉淀物的電導(dǎo)率的測定，找到適合課堂演示的實(shí)驗(yàn)方案。

2. 實(shí)驗(yàn)用品

離心機(jī)，電導(dǎo)儀（思邁電導(dǎo)儀，量程2000），數(shù)據(jù)采集器，電腦，投影儀，0.1mol·L-1 AgNO3溶液，0.1mol·L-1 NaCl溶液，0.1mol·L-1 NaI溶液，0.1mol·L-1 FeCl3溶液，0.1mol·L-1 NaOH溶液，蒸餾水，分析純CaCO3固體，分析純CaSO4固體。

3. 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，裝置分為筆記本電腦、投影儀、數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)儀器（包過數(shù)據(jù)采集器與電導(dǎo)率傳感器）三部分。為了方便測量數(shù)據(jù)、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，把3個(gè)電導(dǎo)率傳感器通過數(shù)據(jù)采集器與電腦連接。如圖2所示。

4. 實(shí)驗(yàn)探究過程

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

①各取20 mL對應(yīng)的溶液，分別制取AgCl、AgI、Fe（OH）3沉淀，靜置，觀察沉降速度。

②制備難溶物的飽和溶液（以AgCl為例）：將制備的AgCl的懸濁液進(jìn)行離心沉降2分鐘，將上層清液倒入標(biāo)有“AgCl離心液1”的小燒杯中，備用。繼續(xù)在沉淀的試管中加蒸餾水洗滌，離心沉降，將上層清液倒入標(biāo)有“AgCl離心液2”的小燒杯中，備用。重復(fù)操作6次，得到6杯離心液備用。

（2）測定電導(dǎo)率

①測定CaCO3固體，CaSO4固體的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

②測定蒸餾水的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

③將0.1mol·L-1 AgNO3溶液，0.1mol·L-1 NaCl溶液稀釋100倍，測電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

④測蒸餾水、分析純CaCO3飽和溶液，CaSO4的飽和溶液的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)（如圖3）。

⑤測定AgCl的6次離心液的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。（如圖4、圖5）

⑥測定AgI和Fe（OH）3離心液的電導(dǎo)率，并保存數(shù)據(jù)。

（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

①實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

②數(shù)據(jù)分析

從表1-4中可以看出：

固體難溶物的電導(dǎo)率為0，因?yàn)楣腆w難溶物中不存在自由移動(dòng)的離子（NaCl固體不為0，是因?yàn)樗玫氖雏}固體易潮解）。

蒸餾水的電導(dǎo)率為7，說明水中有極少量的自由移動(dòng)的離子。

0.001mol·L-1AgNO3溶液，0.001mol·L-1 NaCl溶液電導(dǎo)率大，溶液中有大量的自由移動(dòng)的離子。

測分析純難溶物CaCO3的飽和溶液的電導(dǎo)率是37，大于蒸餾水的，說明溶液除氫離子和氫氧根離子外，還有很少量的自由移動(dòng)的離子，分析純微溶物CaSO4的飽和溶液的電導(dǎo)率是389，大于水，溶液中有除氫離子和氫氧根離子外，還有較多的自由移動(dòng)的離子，即CaSO4溶解能力比CaCO3大。

AgCl離心液1的電導(dǎo)率為超出量程，因?yàn)槿芤褐杏写罅康淖杂梢苿?dòng)的Na+和NO3-離子。 AgCl離心液2的電導(dǎo)率為164，AgCl離心液3的電導(dǎo)率為44，AgCl離心液4的電導(dǎo)率為21，AgCl離心液2、3、4電導(dǎo)率變化較大，說明吸附的離子逐漸被清除。 AgCl離心液5的電導(dǎo)率為15，AgCl離心液6的電導(dǎo)率為13。離心液5、6電導(dǎo)率變化不大，可以表示AgCl飽和溶液的電導(dǎo)率，從數(shù)據(jù)中可以看出飽和溶液的電導(dǎo)率比蒸餾水的電導(dǎo)率大，證明難溶物確實(shí)提供了極少量自由移動(dòng)的離子。

5. 結(jié)論

（1）難溶物的飽和溶液中存在極少量的離子，證明難溶物有極少量的溶解，溶解后電解質(zhì)電離產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子，可表示為AgCl[?]Ag++Cl-

（2）Fe（OH）3 離心液的電導(dǎo)率不穩(wěn)定，不適合做演示實(shí)驗(yàn)。分析純CaCO3固體、分析純CaSO4固體、新制的AgI、AgCl離心2-3次后得到的固體都可以用來測電導(dǎo)率，證明難溶物存在固體和離子的共同體，即存在沉淀溶解平衡。

（3）離心液的制備時(shí)間較長，可以課前讓學(xué)生代表完成。

三、創(chuàng)新優(yōu)點(diǎn)

1.利用電導(dǎo)率來測定離子的存在。能夠讓學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)“看到”電導(dǎo)率的大小由溶液中離子濃度決定。

2.利用數(shù)字化探究儀器把演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為探究實(shí)驗(yàn)，不只是讓學(xué)生簡單的使用該儀器完成實(shí)驗(yàn)操作，更要培訓(xùn)學(xué)生的讀圖、分析和處理數(shù)據(jù)的能力；即了解了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段，有培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情和積極性。

參考文獻(xiàn)

［1］保志明.運(yùn)用實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)概念的建構(gòu)過程——“離子反應(yīng)”的教學(xué)與思考［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012，（3）

［2］宋心琪主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］.北京：人民教育出版社，2007：59

［3］王磊主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］.濟(jì)南：山東科技出版社，2007：90

［4］王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修）［M］.南京：江蘇教育出版社，2007：81

endprint