摘要：採用以傳感技術為主的實驗方法，多角度探究了AgCl在水中的溶解狀況、溶解平衡的存在和移動，期望用實驗事實來幫助學生建立難溶電解質溶解平衡概念，促進學生認識方式的轉變。同時在分析教材的基礎上，提出了教學實踐中遇到的問題，並提供了相應的教學改進建議。
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關鍵詞：AgCl溶解平衡；實驗探究；教學建議；傳感技術
文章編號：1005?6629（2014）3?0056?04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
人教版教材《化學反應原理》中，有關「難溶電解質的溶解平衡」主要研究的是難溶電解質（以AgCl為例）在水中溶解平衡的建立和應用。在該單元的教學中，通過實驗探究，將具體知識的學習、觀念建構和問題解決有機結合起來，可以幫助學生建立微粒觀、動態平衡觀和定量觀等核心化學觀念[1]，促進學生認識方式的轉變，提升對複分解反應（有沉澱參與和生成類）本質的認識水平。
難溶電解質在水中可表現為：有極少量的溶解，存在溶解平衡，條件改變時平衡移動。教學研討中大家普遍認為其中的教學難點是「有極少量的溶解」，即微粒觀的建立。
筆者嘗試過利用鎂條與Ag+的置換反應，試圖通過AgCl溶解平衡的正向移動，得到易於觀察的宏觀實驗現象來佐證AgCl在水中「有溶解」。實驗方法如圖1所示，將AgCl沉澱置於錐形濾紙內，並浸泡在其濾液中，盛濾液的燒杯內放有鎂條；同時在另一燒杯中有純水浸泡的鎂條作空白對照。實驗結果如圖1所示，30分鐘後近距離觀察能見到鎂條失去銀白色光澤；18小時後，鎂條明顯變色，並且燒杯底部有銀單質出現。由此佐證AgCl在水中「有溶解」。因該常規方法難以得到即時的實驗結果，所以還應探尋其他實驗方法應用於課堂教學。
筆者查閱了相關數據，例如25℃時，水的電離常數Kw=1.0×10-14，AgCl的溶度積Ksp=1.8×10-10，通過比較、分析後認為，兩者在數量級上有一定差別，利用電導率傳感器、微電流傳感器來描述AgCl在水中的表現應具備可行性，同時以FeS作輔助素材，可以幫助學生清晰地認識難溶電解質溶解平衡這一本質及其化學規律。
1 實驗探究
1.1 實驗設計思路
由於電導率傳感器不適於高溫下測試，所以筆者又採用石墨棒作電極，利用微電流傳感器進一步測試了AgCl在純水中隨溫度變化的情況。
1.2 實驗儀器及試劑
儀器：數據採集器，電導率傳感器，微電流傳感器，溫度傳感器，石墨棒，磁力加熱攪拌器，1號鹼性電池，導線，150 mL燒杯等
試劑：5% KCl溶液，2% AgNO3溶液，純水，FeS（分析純），0.5% K3[Fe（CN）6]溶液，2 mol/L NaOH溶液等
1.3 實驗方法
1.3.1 樣品及電極的處理
AgCl的製取：在3 mL 5% KCl溶液中加入3 mL 2% AgNO3溶液，生成AgCl白色沉澱，充分攪拌後採用傾瀉法過濾，用純水洗滌、過濾沉澱10次左右，直至其濾液用AgNO3溶液檢測不出Cl-為止，將AgCl浸泡在少量純水中待用。
FeS的處理：將FeS固體研磨至細粉後，用純水洗滌、過濾，清洗其中的可溶性雜質，重複10次左右，直至其濾液的電導率與純水近似為止。
石墨棒的處理：取潔凈的石墨棒在純水中煮沸，清洗其中的可溶性雜質，重複2～3次。
1.3.2 探究FeS在水中的溶解狀況
取少量FeS在純水中攪拌、過濾，用K3[Fe（CN）6]溶液或NaOH溶液檢測濾液中是否含有Fe2+。
1.3.3 探究AgCl濁液電導率的變化
裝置如圖2所示，固定電導率傳感器在燒杯中，燒杯中加入約80 mL純水、一個攪拌磁子，確保傳感器探頭全部浸沒在水中。
以電導率為縱軸，時間為橫軸，開啟攪拌器，同步採集兩組樣本的數據（如圖4所示）。一組樣本採集流程為：純水→加入少量AgCl→加水稀釋→加入少量FeS；另一組樣本是FeS濁液。
1.3.4 探究通過AgCl濁液的微電流的變化
裝置如圖3所示，固定石墨棒、溫度傳感器在燒杯中，燒杯中加入約80mL純水、一個攪拌磁子，用一節1號鹼性電池作直流電源，用導線將微電流傳感器、石墨棒電極、直流電源串聯在一起。
以微電流、溫度為縱軸，時間為橫軸，開啟攪拌器，同步採集兩種數據（如圖5所示）。實驗採集流程為：純水→加入少量AgCl→逐漸升溫至沸騰後採集結束。
按上述方法連接各種儀器，採集純水在溫度升高時的電離情況[2]作為空白對照（如圖6所示）。
2 實驗結果及數據分析
2.1 FeS在水中的溶解狀況
在FeS的濾液中滴加K3[Fe（CN）6]溶液後變藍；滴加NaOH溶液後有灰綠色沉澱產生。說明FeS的濾液中有Fe2+存在，從而證實FeS在水中有極少量溶解。
2.2 AgCl濁液電導率的變化情況
採集到的數據如圖4中上圖所示，在純水中加入AgCl時，體系的電導率值略有增加，並穩定在一定數值。說明AgCl在水中有溶解，其溶解程度大於純水的電離，且濃度穩定。
用水稀釋上述濁液後，體系的電導率幾乎不變。說明AgCl在水中的溶解存在動態平衡。
在上述體系中加入少量經處理的FeS，體系的電導率立刻大幅增加，隨著時間的延續，電導率還在不斷上升。說明AgCl、FeS的溶解平衡都發生了正向移動，在同一體系中，兩者電離出的極少量離子（Ag+、S2-）相互成為對方溶解平衡正向移動的促進因素，所以兩種難溶電解質都在不斷溶解，並轉化成了更難溶的Ag2S沉澱（Ksp=6.3×10-50），於是體系中自由移動的Cl-、Fe2+不斷增加。
綜合以上事實，說明AgCl在水中有極少量溶解，其溶解存在動態平衡，當條件改變時平衡發生移動。
2.3 AgCl濁液隨溫度變化的情況
採集到的數據如圖5所示，室溫時測得通過純水的微電流為6，加入AgCl後，數值立即增大至10，並且在溫度恆定時數值不變，說明AgCl在水中有溶解，其溶解大於純水的電離，且濃度穩定。
升高溫度後，測得通過AgCl濁液的電流逐漸增大，並且顯著超過單獨測定純水電離時的數值（見圖6），說明AgCl的溶解程度也在增大；當溫度升至濁液沸騰時，溫度不變，通過濁液的電流也穩定下來，達到最大值157，超出純水最大值數倍之多，說明此時AgCl的溶解也趨於穩定，其溶解出的自由離子遠大於純水電離出的離子。
根據以上實驗數據，可以認為AgCl在水中有極少量溶解；在一定溫度下，AgCl的溶解是一種平衡狀態；升高溫度可以促進AgCl的溶解平衡。
綜合實驗1.3.2、實驗1.3.3和實驗1.3.4的結果，可以從不同角度證實難溶電解質在水中可表現為：有極少量的溶解（實驗1.3.2、實驗1.3.3和實驗1.3.4），存在溶解平衡（實驗1.3.3和實驗1.3.4），條件改變時平衡移動（實驗1.3.3和實驗1.3.4）。
3 問題討論
3.1 關於FeS
市售分析純的FeS，其含量一般在80%以上，因其在潮濕空氣中易被氧化成四氧化三鐵和硫單質，所以取用時應取塊狀研磨，並充分洗滌其中極少量的可溶性雜質。
能檢出FeS溶解出的Fe2+，一是因為Fe2+與K3[Fe（CN）6]生成的深藍色物質KFe[Fe（CN）6]極難溶（Ksp=3.3×10-41）；二是因為Fe2+與NaOH生成的Fe（OH）2在鹼性環境中易被氧化，逐步形成紅褐色的難溶物Fe（OH）3（Ksp=4×10-38）。
在FeS的濾液中滴加AgNO3溶液，稍加振蕩後微微發黑，不足以說明有S2-存在。因為AgNO3溶液本身是氧化劑，也易分解，當遇到Fe2+、S2-兩種還原性離子時更易析出單質銀，所以不宜使用此方法檢測S2-。
在FeS的濾液中加入Na2S溶液時，能看到溶液明顯變黑，但因Na2S溶液呈弱鹼性，能使Fe2+形成氫氧化物沉澱，產生的黑色物質成分較複雜，所以應迴避該方法來佐證溶解平衡的移動。
3.2 關於AgCl濁液的電導率（或微電流）
從理論上說，純水中投入AgCl後，電導率（或微電流）的數值應有更大增幅變化才符合兩個常數（Kw、Ksp）之間的數量級之差，但因很難獲取高純度的純水，所以這種差距被縮小了。
4 教學建議
4.1 教材分析
人教版教材《化學反應原理》中，有關「難溶電解質的溶解平衡」一節中有兩個內容標題：一、Ag+和Cl-的反應真能進行到底嗎？二、沉澱反應的應用。從內容上來看，主要分為難溶電解質溶解平衡概念的建立和應用兩部分。教材上共安排了3個實驗，但是均出現在應用部分，而在最難理解的概念建立部分卻只安排了一個「思考與交流」欄目，提供了一些電解質的溶解度數據，讓學生談談對「溶」與「不溶」的理解，並結合對溶解度及反應限度、化學平衡原理的認識，說明生成沉澱的離子反應是否能真正進行到底。筆者認為，教材在概念建立部分存在兩個很明顯的缺陷：第一是用生成難溶物的離子之間的反應能否進行到底來代替難溶電解質的溶解度小且存在溶解平衡問題，人為地將問題複雜化，給本就難以理解的概念增加難度。第二是缺乏必要的實驗事實作為證據，教材上對此問題的解釋完全是文字陳述性描述，學生只能接受。
4.2 教師通常的教學處理
教師在教學中為了解決以上問題，通常將應用部分的實驗前置，以實驗現象創設認知衝突，引發學生的思考。但是在教學研討中，教師也提出質疑，人教版教材上的實驗3-3、3-4、3-5的實驗現象說明難溶電解質能夠少量溶解並與加入的物質反應生成新的物質，但是並不能說明難溶電解質的溶解平衡的存在以及溶解平衡的移動。
4.3 教學改進建議
教學改進的重點放在如何創設情境引發問題、對出現的問題提出假設和猜想、用實驗數據作為證據論證假設、得出相應的結論，也就是用探究的方式開展學習。
4.3.1 探究AgCl的溶解平衡
為了便於說明教學的具體環節和流程，用以下圖示表示教學過程和設計意圖（見圖7）。
4.3.2 探究影響難溶電解質溶解平衡的其他因素
先讓學生根據已有知識進行假設，影響難溶電解質溶解平衡的其他因素及其影響效果，學生根據已有的電離、水解平衡知識不難預測溫度的影響及效果。再通過實驗1.3.4展示溫度影響難溶電解質溶解平衡的情況。
4.3.3 難溶電解質溶解平衡的應用重在分析過程和符號表達
概念建立後需要在應用中加深理解，可以用人教版教材中的實驗3-3、3-5進行預測、分析和實驗驗證實現教學目標，把教學的重點放在分析過程上和符號表達上。
4.3.4 還應該提到易溶電解質也存在著溶解和結晶平衡
電解質普遍存在著溶解平衡，不同的是易溶的電解質存在的是溶解和結晶平衡，難溶的電解質存在的是溶解和沉澱平衡，在教學中教師指出此問題，對於學生建立新舊知識之間的聯繫，深化對溶解平衡的理解是有幫助的。
在概念原理教學中，巧妙地創設情境，引發認知衝突，引導學生有邏輯地展開思維和推理，合理的假設和預測，精心設計實驗提供證據，得出相應的結論，用這樣的探究學習方式優化概念原理教學，提高學生的思維能力，是值得提倡的做法。
參考文獻：
[1]何彩霞.整體把握和實施觀念建構的化學教學研究[J].中學化學教學參考，2011，（7）：14.
[2]張紅英.利用微電流傳感器探索水的電離[J].中國多媒體教學學報，2009，（1）.
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關鍵詞：AgCl溶解平衡；實驗探究；教學建議；傳感技術
文章編號：1005?6629（2014）3?0056?04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
人教版教材《化學反應原理》中，有關「難溶電解質的溶解平衡」主要研究的是難溶電解質（以AgCl為例）在水中溶解平衡的建立和應用。在該單元的教學中，通過實驗探究，將具體知識的學習、觀念建構和問題解決有機結合起來，可以幫助學生建立微粒觀、動態平衡觀和定量觀等核心化學觀念[1]，促進學生認識方式的轉變，提升對複分解反應（有沉澱參與和生成類）本質的認識水平。
難溶電解質在水中可表現為：有極少量的溶解，存在溶解平衡，條件改變時平衡移動。教學研討中大家普遍認為其中的教學難點是「有極少量的溶解」，即微粒觀的建立。
筆者嘗試過利用鎂條與Ag+的置換反應，試圖通過AgCl溶解平衡的正向移動，得到易於觀察的宏觀實驗現象來佐證AgCl在水中「有溶解」。實驗方法如圖1所示，將AgCl沉澱置於錐形濾紙內，並浸泡在其濾液中，盛濾液的燒杯內放有鎂條；同時在另一燒杯中有純水浸泡的鎂條作空白對照。實驗結果如圖1所示，30分鐘後近距離觀察能見到鎂條失去銀白色光澤；18小時後，鎂條明顯變色，並且燒杯底部有銀單質出現。由此佐證AgCl在水中「有溶解」。因該常規方法難以得到即時的實驗結果，所以還應探尋其他實驗方法應用於課堂教學。
筆者查閱了相關數據，例如25℃時，水的電離常數Kw=1.0×10-14，AgCl的溶度積Ksp=1.8×10-10，通過比較、分析後認為，兩者在數量級上有一定差別，利用電導率傳感器、微電流傳感器來描述AgCl在水中的表現應具備可行性，同時以FeS作輔助素材，可以幫助學生清晰地認識難溶電解質溶解平衡這一本質及其化學規律。
1 實驗探究
1.1 實驗設計思路
由於電導率傳感器不適於高溫下測試，所以筆者又採用石墨棒作電極，利用微電流傳感器進一步測試了AgCl在純水中隨溫度變化的情況。
1.2 實驗儀器及試劑
儀器：數據採集器，電導率傳感器，微電流傳感器，溫度傳感器，石墨棒，磁力加熱攪拌器，1號鹼性電池，導線，150 mL燒杯等
試劑：5% KCl溶液，2% AgNO3溶液，純水，FeS（分析純），0.5% K3[Fe（CN）6]溶液，2 mol/L NaOH溶液等
1.3 實驗方法
1.3.1 樣品及電極的處理
AgCl的製取：在3 mL 5% KCl溶液中加入3 mL 2% AgNO3溶液，生成AgCl白色沉澱，充分攪拌後採用傾瀉法過濾，用純水洗滌、過濾沉澱10次左右，直至其濾液用AgNO3溶液檢測不出Cl-為止，將AgCl浸泡在少量純水中待用。
FeS的處理：將FeS固體研磨至細粉後，用純水洗滌、過濾，清洗其中的可溶性雜質，重複10次左右，直至其濾液的電導率與純水近似為止。
石墨棒的處理：取潔凈的石墨棒在純水中煮沸，清洗其中的可溶性雜質，重複2～3次。
1.3.2 探究FeS在水中的溶解狀況
取少量FeS在純水中攪拌、過濾，用K3[Fe（CN）6]溶液或NaOH溶液檢測濾液中是否含有Fe2+。
1.3.3 探究AgCl濁液電導率的變化
裝置如圖2所示，固定電導率傳感器在燒杯中，燒杯中加入約80 mL純水、一個攪拌磁子，確保傳感器探頭全部浸沒在水中。
以電導率為縱軸，時間為橫軸，開啟攪拌器，同步採集兩組樣本的數據（如圖4所示）。一組樣本採集流程為：純水→加入少量AgCl→加水稀釋→加入少量FeS；另一組樣本是FeS濁液。
1.3.4 探究通過AgCl濁液的微電流的變化
裝置如圖3所示，固定石墨棒、溫度傳感器在燒杯中，燒杯中加入約80mL純水、一個攪拌磁子，用一節1號鹼性電池作直流電源，用導線將微電流傳感器、石墨棒電極、直流電源串聯在一起。
以微電流、溫度為縱軸，時間為橫軸，開啟攪拌器，同步採集兩種數據（如圖5所示）。實驗採集流程為：純水→加入少量AgCl→逐漸升溫至沸騰後採集結束。
按上述方法連接各種儀器，採集純水在溫度升高時的電離情況[2]作為空白對照（如圖6所示）。
2 實驗結果及數據分析
2.1 FeS在水中的溶解狀況
在FeS的濾液中滴加K3[Fe（CN）6]溶液後變藍；滴加NaOH溶液後有灰綠色沉澱產生。說明FeS的濾液中有Fe2+存在，從而證實FeS在水中有極少量溶解。
2.2 AgCl濁液電導率的變化情況
採集到的數據如圖4中上圖所示，在純水中加入AgCl時，體系的電導率值略有增加，並穩定在一定數值。說明AgCl在水中有溶解，其溶解程度大於純水的電離，且濃度穩定。
用水稀釋上述濁液後，體系的電導率幾乎不變。說明AgCl在水中的溶解存在動態平衡。
在上述體系中加入少量經處理的FeS，體系的電導率立刻大幅增加，隨著時間的延續，電導率還在不斷上升。說明AgCl、FeS的溶解平衡都發生了正向移動，在同一體系中，兩者電離出的極少量離子（Ag+、S2-）相互成為對方溶解平衡正向移動的促進因素，所以兩種難溶電解質都在不斷溶解，並轉化成了更難溶的Ag2S沉澱（Ksp=6.3×10-50），於是體系中自由移動的Cl-、Fe2+不斷增加。
綜合以上事實，說明AgCl在水中有極少量溶解，其溶解存在動態平衡，當條件改變時平衡發生移動。
2.3 AgCl濁液隨溫度變化的情況
採集到的數據如圖5所示，室溫時測得通過純水的微電流為6，加入AgCl後，數值立即增大至10，並且在溫度恆定時數值不變，說明AgCl在水中有溶解，其溶解大於純水的電離，且濃度穩定。
升高溫度後，測得通過AgCl濁液的電流逐漸增大，並且顯著超過單獨測定純水電離時的數值（見圖6），說明AgCl的溶解程度也在增大；當溫度升至濁液沸騰時，溫度不變，通過濁液的電流也穩定下來，達到最大值157，超出純水最大值數倍之多，說明此時AgCl的溶解也趨於穩定，其溶解出的自由離子遠大於純水電離出的離子。
根據以上實驗數據，可以認為AgCl在水中有極少量溶解；在一定溫度下，AgCl的溶解是一種平衡狀態；升高溫度可以促進AgCl的溶解平衡。
綜合實驗1.3.2、實驗1.3.3和實驗1.3.4的結果，可以從不同角度證實難溶電解質在水中可表現為：有極少量的溶解（實驗1.3.2、實驗1.3.3和實驗1.3.4），存在溶解平衡（實驗1.3.3和實驗1.3.4），條件改變時平衡移動（實驗1.3.3和實驗1.3.4）。
3 問題討論
3.1 關於FeS
市售分析純的FeS，其含量一般在80%以上，因其在潮濕空氣中易被氧化成四氧化三鐵和硫單質，所以取用時應取塊狀研磨，並充分洗滌其中極少量的可溶性雜質。
能檢出FeS溶解出的Fe2+，一是因為Fe2+與K3[Fe（CN）6]生成的深藍色物質KFe[Fe（CN）6]極難溶（Ksp=3.3×10-41）；二是因為Fe2+與NaOH生成的Fe（OH）2在鹼性環境中易被氧化，逐步形成紅褐色的難溶物Fe（OH）3（Ksp=4×10-38）。
在FeS的濾液中滴加AgNO3溶液，稍加振蕩後微微發黑，不足以說明有S2-存在。因為AgNO3溶液本身是氧化劑，也易分解，當遇到Fe2+、S2-兩種還原性離子時更易析出單質銀，所以不宜使用此方法檢測S2-。
在FeS的濾液中加入Na2S溶液時，能看到溶液明顯變黑，但因Na2S溶液呈弱鹼性，能使Fe2+形成氫氧化物沉澱，產生的黑色物質成分較複雜，所以應迴避該方法來佐證溶解平衡的移動。
3.2 關於AgCl濁液的電導率（或微電流）
從理論上說，純水中投入AgCl後，電導率（或微電流）的數值應有更大增幅變化才符合兩個常數（Kw、Ksp）之間的數量級之差，但因很難獲取高純度的純水，所以這種差距被縮小了。
4 教學建議
4.1 教材分析
人教版教材《化學反應原理》中，有關「難溶電解質的溶解平衡」一節中有兩個內容標題：一、Ag+和Cl-的反應真能進行到底嗎？二、沉澱反應的應用。從內容上來看，主要分為難溶電解質溶解平衡概念的建立和應用兩部分。教材上共安排了3個實驗，但是均出現在應用部分，而在最難理解的概念建立部分卻只安排了一個「思考與交流」欄目，提供了一些電解質的溶解度數據，讓學生談談對「溶」與「不溶」的理解，並結合對溶解度及反應限度、化學平衡原理的認識，說明生成沉澱的離子反應是否能真正進行到底。筆者認為，教材在概念建立部分存在兩個很明顯的缺陷：第一是用生成難溶物的離子之間的反應能否進行到底來代替難溶電解質的溶解度小且存在溶解平衡問題，人為地將問題複雜化，給本就難以理解的概念增加難度。第二是缺乏必要的實驗事實作為證據，教材上對此問題的解釋完全是文字陳述性描述，學生只能接受。
4.2 教師通常的教學處理
教師在教學中為了解決以上問題，通常將應用部分的實驗前置，以實驗現象創設認知衝突，引發學生的思考。但是在教學研討中，教師也提出質疑，人教版教材上的實驗3-3、3-4、3-5的實驗現象說明難溶電解質能夠少量溶解並與加入的物質反應生成新的物質，但是並不能說明難溶電解質的溶解平衡的存在以及溶解平衡的移動。
4.3 教學改進建議
教學改進的重點放在如何創設情境引發問題、對出現的問題提出假設和猜想、用實驗數據作為證據論證假設、得出相應的結論，也就是用探究的方式開展學習。
4.3.1 探究AgCl的溶解平衡
為了便於說明教學的具體環節和流程，用以下圖示表示教學過程和設計意圖（見圖7）。
4.3.2 探究影響難溶電解質溶解平衡的其他因素
先讓學生根據已有知識進行假設，影響難溶電解質溶解平衡的其他因素及其影響效果，學生根據已有的電離、水解平衡知識不難預測溫度的影響及效果。再通過實驗1.3.4展示溫度影響難溶電解質溶解平衡的情況。
4.3.3 難溶電解質溶解平衡的應用重在分析過程和符號表達
概念建立後需要在應用中加深理解，可以用人教版教材中的實驗3-3、3-5進行預測、分析和實驗驗證實現教學目標，把教學的重點放在分析過程上和符號表達上。
4.3.4 還應該提到易溶電解質也存在著溶解和結晶平衡
電解質普遍存在著溶解平衡，不同的是易溶的電解質存在的是溶解和結晶平衡，難溶的電解質存在的是溶解和沉澱平衡，在教學中教師指出此問題，對於學生建立新舊知識之間的聯繫，深化對溶解平衡的理解是有幫助的。
在概念原理教學中，巧妙地創設情境，引發認知衝突，引導學生有邏輯地展開思維和推理，合理的假設和預測，精心設計實驗提供證據，得出相應的結論，用這樣的探究學習方式優化概念原理教學，提高學生的思維能力，是值得提倡的做法。
參考文獻：
[1]何彩霞.整體把握和實施觀念建構的化學教學研究[J].中學化學教學參考，2011，（7）：14.
[2]張紅英.利用微電流傳感器探索水的電離[J].中國多媒體教學學報，2009，（1）.
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