高二化學(xué)教案：《碳酸鈉和碳酸氫鈉溶解性差異》教學(xué)設計

　　一、使用教材

　　蘇教版《化學(xué)1》專(zhuān)題2第2單元第二節《碳酸鈉的性質(zhì)與應用》

　　二、實(shí)驗器材

　　儀器：離心機、離心試管、錐形瓶、滴定管、滴定管夾、托盤(pán)天平、藥匙、量筒、膠頭滴管

　　試劑：固體碳酸鈉、固體碳酸氫鈉、蒸餾水

　　三、實(shí)驗創(chuàng )新要點(diǎn)/改進(jìn)要點(diǎn)

　�。�1）實(shí)驗內容上的創(chuàng )新：增加碳酸鈉和碳酸氫鈉溶解性差異的實(shí)驗探究。蘇教版的教材上無(wú)溶解性差異的實(shí)驗探究，只在書(shū)本P52出現的表格中有水溶性的比較，顯示兩者都易溶，相同溫度下，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3。

　�。�2）實(shí)驗方法上的創(chuàng )新：溶解性差異的比較有兩種思路，其一是在等量的溶劑中能溶解溶質(zhì)的質(zhì)量，其二是等質(zhì)量的溶質(zhì)完全溶解所需要溶劑的體積，從不同角度作比較，從定性到半定量的探究。

　　四、實(shí)驗原理

　　等質(zhì)量（2.0g）的碳酸鈉和碳酸氫鈉，加入（4mL）水，溶解、振蕩、沉降，比較剩余固體量的相對多少，判斷溶解量的相對多少，從而得出兩種物質(zhì)溶解性差異；

　　等質(zhì)量（1.5g）的碳酸鈉和碳酸氫鈉完全溶解所要消耗水的體積，通過(guò)比較水的體積，得出兩種物質(zhì)溶解性差異，并根據消耗的水量計算溶解度。

　　五、實(shí)驗教學(xué)目標

　　宏觀(guān)辨識與微觀(guān)探析：物質(zhì)的溶解過(guò)程本質(zhì)上是構成物質(zhì)的微粒均勻、穩定地分散在水分子中，并與水分子結合的過(guò)程，從微粒角度解析宏觀(guān)變化。

　　變化觀(guān)念與平衡思想：物質(zhì)的溶解和離子的結合（結晶析出）是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過(guò)程。

　　證據推理與模型認知：由實(shí)驗現象推得結論，構建控制變量思想（單因子變量）與實(shí)踐研究物質(zhì)性質(zhì)的模型。

　　科學(xué)探究與創(chuàng )新意識：通過(guò)對物質(zhì)的溶解性差異問(wèn)題的探究，使學(xué)生體驗科學(xué)探究的過(guò)程，學(xué)習科學(xué)探究的方法及對實(shí)驗條件的控制，培養學(xué)生的科學(xué)探究能力、創(chuàng )新能力。

　　科學(xué)精神與社會(huì )責任：通過(guò)實(shí)驗，促學(xué)生認識到社會(huì )實(shí)踐的科學(xué)原理本質(zhì)，建立解決問(wèn)題嚴謹的、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和精神。

　　六、實(shí)驗教學(xué)內容

　　將“碳酸鈉和碳酸氫鈉溶解性差異”的探究過(guò)程設計為與學(xué)生一同探究的實(shí)驗課，使學(xué)生體會(huì )科學(xué)研究過(guò)程，掌握基本研究方法，促進(jìn)核心素養的形成。

　�。�1）相同溫度下，比較相同體積的水所能溶解的固體的質(zhì)量。

　�。�2）相同溫度下，比較相同質(zhì)量的固體完全溶解所需要的水的體積。

　　七、實(shí)驗教學(xué)過(guò)程：

　　環(huán)節一：實(shí)際問(wèn)題，引發(fā)思考。

　　往充滿(mǎn)二氧化碳的礦泉水瓶中加入飽和碳酸鈉溶液，振蕩、靜置后，會(huì )析出固體碳酸氫鈉（因Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3），有三方面的原因：反應后溶劑水的質(zhì)量減少，生成的碳酸氫鈉溶質(zhì)質(zhì)量增加，碳酸氫鈉溶解度比碳酸鈉小。像這種在多種因素共同影響下，我們能否通過(guò)這個(gè)實(shí)驗得到碳酸氫鈉溶解度比碳酸鈉小的結論？

　　圖1

　　環(huán)節二：實(shí)驗方案設計

　　問(wèn)題：設計怎樣的實(shí)驗來(lái)研究碳酸鈉和碳酸氫鈉的溶解性差異？

　　思考1：影響固體物質(zhì)溶解性的因素有哪些？

　　溶質(zhì)、溶劑、溫度。

　　思考2：多變量影響實(shí)驗結果時(shí)，怎樣設計能較好地進(jìn)行研究？

　　控制變量法。

　　共同討論實(shí)驗方案。

　　相同溫度下，比較相同體積的水所能溶解的固體的質(zhì)量。

　　相同溫度下，比較相同質(zhì)量的固體完全溶解所需要的水的體積。

　　環(huán)節三：實(shí)驗操作（學(xué)生分組實(shí)驗）

　　實(shí)驗一、相同溫度下，比較相同體積的水所能溶解的固體的質(zhì)量。

　　第一步：用托盤(pán)天平分別稱(chēng)取2.0g的碳酸鈉和碳酸氫鈉，于離心試管中。

　　第二步：同時(shí)加入4mL水，溶解、振蕩。

　　第三步：將離心試管置于離心機中，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，3分鐘后取出離心試管，比較剩余固體量的相對多少，判斷溶解量的相對多少。

　　實(shí)驗二、相同溫度下，比較相同質(zhì)量的固體完全溶解所需要的水的體積。

　　第一步：用托盤(pán)天平分別稱(chēng)取1.5g的碳酸鈉和碳酸氫鈉，于錐形瓶中。

　　第二步：用滴定管往錐形瓶中滴加蒸餾水，振蕩。

　　第三步：滴加至固體完全溶解，記錄所用蒸餾水的體積。

　　環(huán)節四：數據分析，得出結論

　　從相同質(zhì)量的溶劑所能溶解的固體質(zhì)量來(lái)分析，碳酸鈉的溶解性大于碳酸氫鈉。

　　相同質(zhì)量的溶質(zhì)完全溶解所消耗的水的體積來(lái)分析，碳酸鈉的溶解性大于碳酸氫鈉。并根據消耗的水量計算溶解度。與資料上20OC時(shí)的溶解度作對比。

　　圖2

　　環(huán)節五：回歸問(wèn)題，聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際。

　　在Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3反應中，一是溶劑水減少，二是溶質(zhì)NaHCO3質(zhì)量增加，三是NaHCO3溶解度相對更小，上述三個(gè)原因都有利于碳酸氫鈉的析出。侯氏制堿原理中析出碳酸氫鈉，而不是碳酸鈉的原因就是因為同溫下，碳酸氫鈉溶解度更小。

　　結束：實(shí)證研究中要注意方案的嚴密性。上述實(shí)驗是基于兩種物質(zhì)溶解速率都比較快的模型下設計的比較粗略的實(shí)驗方案。從定性到半定量還可以進(jìn)行定量的研究。這樣的實(shí)驗研究真實(shí)地解決了我們想當然的問(wèn)題，正是化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)所在。

　　八、實(shí)驗效果評價(jià)

　　1.實(shí)驗設計原理。在蘇教版化學(xué)1教材中對碳酸鈉與碳酸氫鈉溶解度差異的比較，有的課堂實(shí)驗呈現是取等質(zhì)量固體加等量的水，比較溶解情況；有的是借助于往飽和碳酸鈉溶液中通入二氧化碳時(shí)會(huì )析出碳酸氫鈉。這個(gè)反應有這三方面的原因來(lái)分析碳酸氫鈉的析出：反應后溶劑水的質(zhì)量減少，生成的碳酸氫鈉溶質(zhì)質(zhì)量增加，碳酸氫鈉溶解度比碳酸鈉小，那么既然有三個(gè)因素引起碳酸氫鈉的析出，是否能通過(guò)這個(gè)實(shí)驗說(shuō)明碳酸氫鈉溶解度更��？教材突出比較了兩者的性質(zhì)，所以溶解性的差異又會(huì )被提及，所以設置這樣的實(shí)驗探究背景有利于學(xué)生更加形象清晰的認識到碳酸鈉比碳酸氫鈉更易溶于水，甚至對他們的溶解度也有所認識。通過(guò)比較碳酸鈉與碳酸氫鈉的溶解性差異，為今后認識碳酸鹽與碳酸氫鹽之間的溶解性差異關(guān)系奠定一定的基礎，增強了感性的認識，并為“侯氏制堿”原理的理解奠定基礎。

　　2.科學(xué)知識的本質(zhì)。碳酸鈉與碳酸氫鈉性質(zhì)在水溶性方面的差異性與微觀(guān)溶解過(guò)程中引起的焓變、熵變以及分子內氫鍵有關(guān)，也體現了物質(zhì)的宏觀(guān)性質(zhì)取決于其微觀(guān)結構的特點(diǎn)。碳酸（氫）鹽溶解性不僅和氫鍵有關(guān)，也和離子鍵的強度有關(guān)，離子鍵越強越難溶解。對于CaCO3和Ca(HCO3)2等物質(zhì)，其陽(yáng)離子價(jià)態(tài)較高，正電場(chǎng)強，和CO3 2-的吸引力較大，而和HCO3-的吸引力較小，此時(shí)離子鍵強度起主導作用，酸式鹽的溶解性好于正鹽。而堿金屬只有一個(gè)單位正電荷，此時(shí)氫鍵的作用就顯現出來(lái)，使溶解性逆轉。而對于很多過(guò)渡金屬元素，其電子構型（主要是d電子的影響）造成極化能力增強，和CO32-的鍵有較多共價(jià)成分，而難以溶解。

　　3.探究實(shí)驗設計模型構建。在問(wèn)題背景的引導下，學(xué)生體驗了科學(xué)的探究過(guò)程，認識了探究性實(shí)驗的一般過(guò)程，也感受到化學(xué)思維的嚴密性與辯證性。通過(guò)探究相同體積的水所能溶解的固體的量和溶解相同質(zhì)量的固體所需水的體積，初步建立了這種辯證思維的模型，有利于以后解決類(lèi)似的問(wèn)題。

　　4.實(shí)踐與理論相結合。探究碳酸鈉與碳酸氫鈉溶解性差異實(shí)驗過(guò)程，用實(shí)踐實(shí)證理論，用理論指導實(shí)踐，科學(xué)原理獲得需要實(shí)踐與理論相結合。定性結論獲得真實(shí)體驗，控制變量比較方案設計，實(shí)踐研究導向科學(xué)原理。