【教学研究】高三化学复习课的重构——水垢的去除

  本节内容选自高中化学《沉淀溶解平衡》 的深化应用部分，是平衡思想在解  决实际问题中的重要体现。课标中有关本节学习的要求为“认识难溶电解质在水溶液中存在沉淀溶解平衡，了解沉淀的产生、溶解和转化”，学业要求指出“能综合运用化学平衡原理，分析解决生产生活中有关溶液的实际间题，并说明化学原理的应用价值”凹，核心知识包括：溶度积（K。）与离子积（Q)的判断、沉淀的生成与溶解、沉淀的转化。本课例将知识点融入“难溶水垢”这一真实情境，课前布置学生社会调研活动，由酸浸除水垢出现的异常现象引出课题，通过探究为何都分水垢（如硅酸钙）难溶于酸、如何有效去除难溶水垢、如何从根本上解决难溶水垢等驱动性问题，将知识融入项目任务中，引导学生深度理解沉淀溶解平衡的移动原理及其在实际中的应用价值，实现知识的功能化。

一、总体教学思路：

      以「家里擦不掉的顽固水垢」这一真实反常现象为项目起点，驱动学生走完生活调查（宏观）→ 实验探究（微观）→ 原理建构（符号）→ 方案设计与决策（应用）的完整探究链条，把抽象的沉淀溶解平衡原理（K_sp、Q、平衡移动、沉淀转化）转化为解决现实问题的工具。

① 情境层

真实水垢 + 除垢误区（擦拭无用、酸只对部分有效）制造认知冲突，切入学生"知其然不知其所以然"的现实现象，激发内在学习动机。

② 任务层

三个项目任务递进：成分调研取证 → 难溶水垢的生成 → 难溶水垢的去除，解决知识零散、不会在复杂情境中调用的问题。

③ 知识层

深度融合：沉淀溶解平衡 + 酸碱平衡 + 配位反应 + 电化学，突破多重平衡体系综合分析能力不足。

④ 评价层

表现性评价量表（4 环节 × 4 水平）全程伴随，让教学目标、学习活动、评价描述三者一致。

二、教学流程 

课前 · 任务一

调研生活中的水垢

分组调研水垢成分、危害、常见除垢法；教师设计任务单、组织分工、指导汇报

多次擦拭都去不掉的难溶水垢，从哪来？怎么办？

环节一 · 生成

难溶水垢是如何形成的

水厂实地调研 + 水质分析报告 + 硅酸盐水垢资料卡片，确证成分；用 Q/K_sp 解释煮沸析出；pH 传感器实验解释"酸为何无效"

煮沸为何析出？酸为何除不掉？

环节二 · 去除

三条路径的方案建构

碱煮法（沉淀转化＋K≈7.4）、络合法（EDTA 螯合）、电解法（软垢与电流密度）

Ksp 与平衡常数如何指导方案？

方法一 碱煮法工业常用

沉淀转化：CaSiO₃(s) + CO₃²⁻(aq) = CaCO₃(s) + SiO₃²⁻(aq)，因 CaCO₃ 更难溶

由定性转化升级为算限度：K = c(SiO₃²⁻)/c(CO₃²⁻) = 2.5×10⁻⁸ / 3.4×10⁻⁹ ≈ 7.4，建立"限度 / 平衡常数"意识

方法二 络合法

EDTA 二钠（Na₂H₂Y）中的 Y⁴⁻ 与 Ca²⁺ 形成易溶难电离的 CaY²⁻ 螯合物，消耗 Ca²⁺ 推动沉淀溶解平衡正向移动

配位反应与沉淀溶解平衡耦合；由化学式与结构简式读出信息并迁移应用

方法三 电解法拓宽视野

阴极 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻ 形成强碱区；Ca²⁺/Mg²⁺   生成 CaCO₃、MgCO₃、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂；Mg(OH)₂ 转变为纹石型软垢，体积增大 4~15 倍易冲洗

硬度去除率 vs 电流密度曲线：电流密度并非越大越好（约 1.5 mA/cm² 后反而下降，气泡扰动过强）；Ca²⁺、Mg²⁺ 浓度降低可减少后续水垢

环节三 · 迁移

展示、质询与决策

组间展示汇报与质询，完善实验设计；水厂预处理与家庭选购等社会议题

何种方案最优？如何迁移应用？

三、教学亮点

情境与任务设计

1.课题来自真实生活且带"反常性"：热水壶里的顽固水垢擦不掉、泡不掉，每个学生都遇到过，天然有话可说、有问可提。

2.把"课堂外"搬进课堂：教师帮小组联系本地自来水厂实地调研，调取水质分析报告、向技术人员求证并拍照——学生结论有一手证据，而非老师给的结论。

3.驱动性问题形成连续冲突链：Q 与 Ksp → "酸为何无效" → "沉淀转化的限度是多少" → "电流密度越大越好吗"。每一问都由学生自己的实验结果逼出来。

4.把常见除垢误区变成课题入口：盲目擦拭、盲目加酸的板报误区，直接转化为驱动性问题的来源。

实验与探究设计

1.pH 传感器破解"不可见反应"这一核心难点：H⁺ 与 SiO₃²⁻ 的反应无法用普通试剂直接证明，数字化实验让"pH 先升后平 + 变浑浊"成为可观察证据，把微观过程外显。

2.实验层级完整递进：验证（成分）→ 分析（生成机理）→ 设计（去除方案），并强调方案评价与优化改进，而非"做出现象即止"。

3.从定性到定量的跃升：用平衡常数 K ≈ 7.4 讨论沉淀转化的"限度"，把概念与真实判断标准（能否彻底除净）挂钩。

4.引入工业真实方案拓宽视野：碱煮法（工业生产常用）、电解法（水厂预处理），把课堂知识接回社会生产实践。

评价与素养

1.表现性评价量表 4 环节 × 4 水平：语言可观察、可判定（从"能说出成分"到"能比较方案并提出优化"），每级都有行为描述，而非"优/良/中"式模糊评语。

2.评价即学习驱动：量规中的"提出有价值的探究问题""实验方案与描述严谨""会评价与优化"直接反推学生行为，学生清楚"下一档要做什么"。

3.三重表征贯通：宏观现象（壶底结垢、溶液浑浊）→ 微观离子（Ca²⁺、CO₃²⁻、Y⁴⁻、H⁺）→ 符号表达（Ksp、K、电极方程式、离子方程式）。

4.素养落点明确：变化观念与平衡思想、科学探究与创新意识、证据推理与模型认知，以及"用化学参与社会议题决策"的价值体验。

课例来源于：2026中国教育学会 高中化学课堂展示与观摩

       李康（安徽省定远县第一中学）