对Ca（OH）2溶解度“异常”的探究学习
2014-05-28罗鹏谢巧兵
罗鹏 谢巧兵
摘要：针对Ca（OH）2溶解度随温度变化的反常情况，通过实验测定不同温度下的摩尔溶解度和Ksp，ΔGθ并溶解过程。在过程中让学生理解和运用相关数学原理及其应用。
关键词：Ca（OH）2；摩尔溶解度；Ksp；ΔGθ
文章编号：1008-0546（2014）05-0072-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.05.027
一、 问题与困惑
一方面在《化学反应原理》的教学过程中，化学平衡及其平衡常数和吉布斯自由能等概念，对于中学生来说是非常抽象和难以理解的。其最主要的原因就是缺乏直观的感受的情境。另一方面，学生熟知Ca（OH）2溶解度随温度的升高反而下降。对此，学生往往对告知的结论，缺乏理性的认识。笔者以此为切入点，开展探究学习，取得了较好的效果。
教学对象为普通高中高二化学选修班。
二 、教学目标
以Ca（OH）2溶解度的“异常”现象为教学情境，运用相关原理，探究造成此现象的原因。
1. 利用盐酸滴定Ca（OH）2饱和溶液，测定不同温度下的Ca（OH）2的溶解度。
2. 培养学生运用相关原理，理解化学中的“异常”现象。
三、教学过程
[环节一]
1. 初中学习过溶解度，那什么是溶解度？通常的表示方式方法有哪些？
2. 能用物质的量来表示溶解度吗？
【知识准备】
难溶物质摩尔溶解度（s）：1L盐的饱和溶液中溶质的物质的量，单位（mol/L）。
ΔGθ与Ksp关系：ΔGTθ=-RT1nKsp
设计意图：为下面的探究实验做好铺垫。
[环节二]
师：配制不同温度下的Ca（OH）2的饱和溶液，如何实现？
生：在不同温度下（25、100℃时），将过量的Ca（OH）2加入到水中，形成浊液：
Ca（OH）2（固体）■Ca2+（aq）+2OH-（aq）
将浊液过滤所得澄清滤液即为其饱和溶液。
师：如何在100℃时实现过滤？如何保持整个实验过程在100℃完成？
生：一边加热一边过滤。
师：有这样的仪器吗？介绍恒温过滤漏斗，如图1所示。
设计意图：“工欲善其事，必先利其器。”介绍本实验所用的特殊仪器，恒温热过滤漏斗。
[环节三]
师： 如何测定Ca（OH）2溶解度？
生： 方法一：测定溶液的pH值。
方法二：通过标准酸溶液滴定饱和Ca（OH）2来测定其溶解度。师：对Ca（OH）2而言，一方面必须考虑生成的多核和/或单核羟合络离子对溶解度的影响， 另一方面， 要注意纯水本身电离出来的那部分氢氧根离子的浓度[1-2]。所以简单的测定溶液pH是不能测定Ca（OH）2溶解度（误差较大）。只能采取第二种方法。
Ca2+（aq）+2OH-（aq）+2H+（aq）+2Cl-■Ca2+（aq）+2Cl-+2H2O
n[Ca（OH）2]=1/2·n[HCl]
s=n[Ca（OH）2]/V[Ca（OH）2]=1/2·c（HCl）·V（HCl）/V[Ca（OH）2]
Ksp=[Ca2+]·[OH-]2=4s3（1）
[探究活动，学生实验]
25℃时：配制Ca（OH）2过饱和溶液（约40mL，确保溶液中有过量的固体存在），电磁器搅拌至少1小时。用漏斗过滤后得到滤液。用移液管取10.00mL滤液转移到锥形瓶中，加入25mL蒸馏水并加入一滴溴百里酚蓝指示剂（约0.0016mol/L的乙醇水溶液），用标准盐酸（约0.012mol/L）滴定，滴定终点为蓝色消失并稍微变黄。
100℃时：在一个250mL烧杯盛放蒸馏水（约100mL）加热至沸腾。几分钟后，加入Ca（OH）2（约2g）。并保持在沸点，电磁器缓慢搅拌约两分钟。倒出大约45mL浊液采用如图1的热过滤装置[1]，趁热立即过滤得滤液。冷却后，用移液管取三份（每份10.00mL）按如上方法滴定。（冷却后不会有固体析出）
设计意图：通过滴定实验获得实验数据，计算溶解平衡常数，计算吉布斯自由能变，探讨溶解度随温度升高而降低的原因。
四、教学反思
众所周知，Ca（OH）2的溶解度反常（低温时溶解度比高温时要大）。本节课通过引入摩尔溶解度，计算溶解过程，再计算其溶解过程的吉布斯自由能变。因此，从热力学角度来说，随着温度的升高，溶解过程中ΔG增大，说明温度升高时反而不利于其溶解的进行。
参考文献
[1] 张祥麟. 难溶氢氧化物在纯水中的溶解度[J].中南矿冶学院学报，1980，（3）： 110-103
[2] Stability Constants of Metal-Ion Complex， Sillen， L.G.Martell， A.S.， Eds.， The Chemical Society：London ， 1964；42endprint
摘要：针对Ca（OH）2溶解度随温度变化的反常情况，通过实验测定不同温度下的摩尔溶解度和Ksp，ΔGθ并溶解过程。在过程中让学生理解和运用相关数学原理及其应用。
关键词：Ca（OH）2；摩尔溶解度；Ksp；ΔGθ
文章编号：1008-0546（2014）05-0072-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.05.027
一、 问题与困惑
一方面在《化学反应原理》的教学过程中，化学平衡及其平衡常数和吉布斯自由能等概念，对于中学生来说是非常抽象和难以理解的。其最主要的原因就是缺乏直观的感受的情境。另一方面，学生熟知Ca（OH）2溶解度随温度的升高反而下降。对此，学生往往对告知的结论，缺乏理性的认识。笔者以此为切入点，开展探究学习，取得了较好的效果。
教学对象为普通高中高二化学选修班。
二 、教学目标
以Ca（OH）2溶解度的“异常”现象为教学情境，运用相关原理，探究造成此现象的原因。
1. 利用盐酸滴定Ca（OH）2饱和溶液，测定不同温度下的Ca（OH）2的溶解度。
2. 培养学生运用相关原理，理解化学中的“异常”现象。
三、教学过程
[环节一]
1. 初中学习过溶解度，那什么是溶解度？通常的表示方式方法有哪些？
2. 能用物质的量来表示溶解度吗？
【知识准备】
难溶物质摩尔溶解度（s）：1L盐的饱和溶液中溶质的物质的量，单位（mol/L）。
ΔGθ与Ksp关系：ΔGTθ=-RT1nKsp
设计意图：为下面的探究实验做好铺垫。
[环节二]
师：配制不同温度下的Ca（OH）2的饱和溶液，如何实现？
生：在不同温度下（25、100℃时），将过量的Ca（OH）2加入到水中，形成浊液：
Ca（OH）2（固体）■Ca2+（aq）+2OH-（aq）
将浊液过滤所得澄清滤液即为其饱和溶液。
师：如何在100℃时实现过滤？如何保持整个实验过程在100℃完成？
生：一边加热一边过滤。
师：有这样的仪器吗？介绍恒温过滤漏斗，如图1所示。
设计意图：“工欲善其事，必先利其器。”介绍本实验所用的特殊仪器，恒温热过滤漏斗。
[环节三]
师： 如何测定Ca（OH）2溶解度？
生： 方法一：测定溶液的pH值。
方法二：通过标准酸溶液滴定饱和Ca（OH）2来测定其溶解度。师：对Ca（OH）2而言，一方面必须考虑生成的多核和/或单核羟合络离子对溶解度的影响， 另一方面， 要注意纯水本身电离出来的那部分氢氧根离子的浓度[1-2]。所以简单的测定溶液pH是不能测定Ca（OH）2溶解度（误差较大）。只能采取第二种方法。
Ca2+（aq）+2OH-（aq）+2H+（aq）+2Cl-■Ca2+（aq）+2Cl-+2H2O
n[Ca（OH）2]=1/2·n[HCl]
s=n[Ca（OH）2]/V[Ca（OH）2]=1/2·c（HCl）·V（HCl）/V[Ca（OH）2]
Ksp=[Ca2+]·[OH-]2=4s3（1）
[探究活动，学生实验]
25℃时：配制Ca（OH）2过饱和溶液（约40mL，确保溶液中有过量的固体存在），电磁器搅拌至少1小时。用漏斗过滤后得到滤液。用移液管取10.00mL滤液转移到锥形瓶中，加入25mL蒸馏水并加入一滴溴百里酚蓝指示剂（约0.0016mol/L的乙醇水溶液），用标准盐酸（约0.012mol/L）滴定，滴定终点为蓝色消失并稍微变黄。
100℃时：在一个250mL烧杯盛放蒸馏水（约100mL）加热至沸腾。几分钟后，加入Ca（OH）2（约2g）。并保持在沸点，电磁器缓慢搅拌约两分钟。倒出大约45mL浊液采用如图1的热过滤装置[1]，趁热立即过滤得滤液。冷却后，用移液管取三份（每份10.00mL）按如上方法滴定。（冷却后不会有固体析出）
设计意图：通过滴定实验获得实验数据，计算溶解平衡常数，计算吉布斯自由能变，探讨溶解度随温度升高而降低的原因。
四、教学反思
众所周知，Ca（OH）2的溶解度反常（低温时溶解度比高温时要大）。本节课通过引入摩尔溶解度，计算溶解过程，再计算其溶解过程的吉布斯自由能变。因此，从热力学角度来说，随着温度的升高，溶解过程中ΔG增大，说明温度升高时反而不利于其溶解的进行。
参考文献
[1] 张祥麟. 难溶氢氧化物在纯水中的溶解度[J].中南矿冶学院学报，1980，（3）： 110-103
[2] Stability Constants of Metal-Ion Complex， Sillen， L.G.Martell， A.S.， Eds.， The Chemical Society：London ， 1964；42endprint
摘要：针对Ca（OH）2溶解度随温度变化的反常情况，通过实验测定不同温度下的摩尔溶解度和Ksp，ΔGθ并溶解过程。在过程中让学生理解和运用相关数学原理及其应用。
关键词：Ca（OH）2；摩尔溶解度；Ksp；ΔGθ
文章编号：1008-0546（2014）05-0072-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.05.027
一、 问题与困惑
一方面在《化学反应原理》的教学过程中，化学平衡及其平衡常数和吉布斯自由能等概念，对于中学生来说是非常抽象和难以理解的。其最主要的原因就是缺乏直观的感受的情境。另一方面，学生熟知Ca（OH）2溶解度随温度的升高反而下降。对此，学生往往对告知的结论，缺乏理性的认识。笔者以此为切入点，开展探究学习，取得了较好的效果。
教学对象为普通高中高二化学选修班。
二 、教学目标
以Ca（OH）2溶解度的“异常”现象为教学情境，运用相关原理，探究造成此现象的原因。
1. 利用盐酸滴定Ca（OH）2饱和溶液，测定不同温度下的Ca（OH）2的溶解度。
2. 培养学生运用相关原理，理解化学中的“异常”现象。
三、教学过程
[环节一]
1. 初中学习过溶解度，那什么是溶解度？通常的表示方式方法有哪些？
2. 能用物质的量来表示溶解度吗？
【知识准备】
难溶物质摩尔溶解度（s）：1L盐的饱和溶液中溶质的物质的量，单位（mol/L）。
ΔGθ与Ksp关系：ΔGTθ=-RT1nKsp
设计意图：为下面的探究实验做好铺垫。
[环节二]
师：配制不同温度下的Ca（OH）2的饱和溶液，如何实现？
生：在不同温度下（25、100℃时），将过量的Ca（OH）2加入到水中，形成浊液：
Ca（OH）2（固体）■Ca2+（aq）+2OH-（aq）
将浊液过滤所得澄清滤液即为其饱和溶液。
师：如何在100℃时实现过滤？如何保持整个实验过程在100℃完成？
生：一边加热一边过滤。
师：有这样的仪器吗？介绍恒温过滤漏斗，如图1所示。
设计意图：“工欲善其事，必先利其器。”介绍本实验所用的特殊仪器，恒温热过滤漏斗。
[环节三]
师： 如何测定Ca（OH）2溶解度？
生： 方法一：测定溶液的pH值。
方法二：通过标准酸溶液滴定饱和Ca（OH）2来测定其溶解度。师：对Ca（OH）2而言，一方面必须考虑生成的多核和/或单核羟合络离子对溶解度的影响， 另一方面， 要注意纯水本身电离出来的那部分氢氧根离子的浓度[1-2]。所以简单的测定溶液pH是不能测定Ca（OH）2溶解度（误差较大）。只能采取第二种方法。
Ca2+（aq）+2OH-（aq）+2H+（aq）+2Cl-■Ca2+（aq）+2Cl-+2H2O
n[Ca（OH）2]=1/2·n[HCl]
s=n[Ca（OH）2]/V[Ca（OH）2]=1/2·c（HCl）·V（HCl）/V[Ca（OH）2]
Ksp=[Ca2+]·[OH-]2=4s3（1）
[探究活动，学生实验]
25℃时：配制Ca（OH）2过饱和溶液（约40mL，确保溶液中有过量的固体存在），电磁器搅拌至少1小时。用漏斗过滤后得到滤液。用移液管取10.00mL滤液转移到锥形瓶中，加入25mL蒸馏水并加入一滴溴百里酚蓝指示剂（约0.0016mol/L的乙醇水溶液），用标准盐酸（约0.012mol/L）滴定，滴定终点为蓝色消失并稍微变黄。
100℃时：在一个250mL烧杯盛放蒸馏水（约100mL）加热至沸腾。几分钟后，加入Ca（OH）2（约2g）。并保持在沸点，电磁器缓慢搅拌约两分钟。倒出大约45mL浊液采用如图1的热过滤装置[1]，趁热立即过滤得滤液。冷却后，用移液管取三份（每份10.00mL）按如上方法滴定。（冷却后不会有固体析出）
设计意图：通过滴定实验获得实验数据，计算溶解平衡常数，计算吉布斯自由能变，探讨溶解度随温度升高而降低的原因。
四、教学反思
众所周知，Ca（OH）2的溶解度反常（低温时溶解度比高温时要大）。本节课通过引入摩尔溶解度，计算溶解过程，再计算其溶解过程的吉布斯自由能变。因此，从热力学角度来说，随着温度的升高，溶解过程中ΔG增大，说明温度升高时反而不利于其溶解的进行。
参考文献
[1] 张祥麟. 难溶氢氧化物在纯水中的溶解度[J].中南矿冶学院学报，1980，（3）： 110-103
[2] Stability Constants of Metal-Ion Complex， Sillen， L.G.Martell， A.S.， Eds.， The Chemical Society：London ， 1964；42endprint
