吳建龍

摘 要：文章以弱酸的電離平衡常數(shù)Ka為例，簡述如何運用數(shù)據(jù)分析方法，把握化學(xué)概念的內(nèi)涵與外延，幫助學(xué)生理解概念本質(zhì)，全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生綜合應(yīng)用概念的水平，提高學(xué)生計算能力，體現(xiàn)化學(xué)基本概念對元素化合物性質(zhì)學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析方法； 概念的內(nèi)涵與外延 ；弱酸電離平衡常數(shù)Ka

概念的內(nèi)涵就是反映在概念中的事物的本質(zhì)屬性，這是概念的內(nèi)容。概念的外延就是具有概念所反映的本質(zhì)屬性的對象，這是概念的適用范圍。學(xué)生對于概念的掌握程度可以通過各種判斷題、選擇題的綜合檢測得到體現(xiàn)，概念的正確掌握能從根本上解決計算題、實驗題及綜合題等。只有學(xué)好的基本概念，深刻理解概念的內(nèi)涵和外延，把握概念的本質(zhì)屬性，才能扎實地掌握相關(guān)的知識內(nèi)容，正確而有效地學(xué)好化學(xué)知識。

一、運用數(shù)據(jù)分析，把握化學(xué)概念的內(nèi)涵

高中化學(xué)選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》一書中的一些化學(xué)基本概念比較抽象，教師應(yīng)在教學(xué)中依據(jù)教材提供的數(shù)據(jù)材料或通過實驗所得數(shù)據(jù)及推理演算，引導(dǎo)學(xué)生在探索中得出相關(guān)概念，并進一步理解概念的本質(zhì)。通過數(shù)據(jù)分析的教學(xué)，讓學(xué)生自己收集數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)分析，從而感受數(shù)據(jù)分析的實際價值，深刻理解概念的內(nèi)涵。

例如，弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)用Ki表示。弱電解質(zhì)通常為弱酸或弱堿，所以在化學(xué)上，可以用Ka、Kb分別表示弱酸和弱堿的電離平衡常數(shù)。用HA表示弱酸，則其電離方程式為HA H++A-，則電離常數(shù)Ka=[H]*[A]/[HA]，電離平衡常數(shù)描述了一定溫度下弱電解質(zhì)的電離能力。在相同溫度和濃度時，電離度的大小也可以表示弱電解質(zhì)的相對強弱。用電離度比較幾種電解質(zhì)的相對強弱時，應(yīng)當(dāng)注意所給條件，即濃度和溫度，如不注明溫度通常指25℃。

在教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)這些概念抽象難以用啟發(fā)式教學(xué)法讓學(xué)生去學(xué)習(xí)，因為學(xué)生對于課本上弱酸的電離平衡常數(shù)的理解總是基于表面，沒能真正理解化學(xué)概念的內(nèi)涵。

教師在教學(xué)中應(yīng)充分利用課本中的數(shù)據(jù)，分析Ka與電離度α的關(guān)系，比較Ka與電離度α的相同點與不同點。電離常數(shù)K與電離度α的關(guān)系可近似地表示為K=cα2，其中c為弱電解質(zhì)溶液的濃度。教師通過設(shè)計一組具體數(shù)據(jù)，讓學(xué)生從電離常數(shù)可以算出不同濃度、不同溫度時弱電解質(zhì)的電離度，比較電離常數(shù)與電離度的區(qū)別，可看出Ka是常數(shù)而α不是常數(shù)。Ka隨溫度而變化，α隨Ka而變化，因此α也隨溫度而變化，Ka不因濃度改變而變化，但α卻隨濃度而變化，Ka不因溶液中其他電解質(zhì)的存在而變化，但α卻因溶液中其他電解質(zhì)離子的存在而變化。

例如，在醋酸溶液中加入醋酸鈉（CH3COONa），則因同離子效應(yīng)而使平衡向左移動，α將減小。在室內(nèi)溫度下，醋酸的電離常數(shù)是1.8×10-5，學(xué)生對這一數(shù)據(jù)并沒有什么印象，但通過計算可以得出它的電離度α=1.3%，學(xué)生得出每1000個醋酸分子室溫條件下只有13個醋酸分子發(fā)生電離，987個醋酸分子的形式存在溶液中。通過數(shù)據(jù)的分析轉(zhuǎn)換，學(xué)生容易理解弱電解質(zhì)的電離程度的大小，有利于把握化學(xué)概念的內(nèi)涵。

二、運用數(shù)據(jù)分析，準確化學(xué)概念的外延

化學(xué)課本中有許多數(shù)據(jù)，教學(xué)中并不要求具體記憶這些數(shù)值，但對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，既能幫助學(xué)生理解概念本質(zhì)，形成學(xué)科觀念，又有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，全面提升科學(xué)素養(yǎng)。對這些數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，有利于學(xué)生建立準確的數(shù)據(jù)觀念，可以發(fā)展學(xué)生的數(shù)據(jù)意識，學(xué)生從中提取相關(guān)信息，從而充分體現(xiàn)化學(xué)基本概念對元素化合物性質(zhì)學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用。例如，關(guān)于Ka概念外延的教學(xué)，我們應(yīng)該清楚該概念的適用范圍。

（1）根據(jù)Ka判斷弱酸的酸性強弱。通過Ka的學(xué)習(xí)達到指導(dǎo)元素化合物性質(zhì)的學(xué)習(xí)。相同條件下，Ka越大，酸性越強。通過比較Ka，我們可以得出常見弱酸的酸性：CH3COOH>H2CO3>

H2SiO3；H2CO3>HClO；H2CO3>Al（OH）3。這樣，學(xué)生就很容易理解醋酸溶液與碳酸鈣的反應(yīng)，還有漂白粉放置在空氣中失效、水玻璃溶液中通入二氧化碳氣體、偏鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳氣體等一系列反應(yīng)，這些反應(yīng)都是高一化學(xué)課本中的重要反應(yīng)，都符合“酸性強的制取酸性弱”的基本原理。

（2）以Ka來判斷鹽類物質(zhì)的水解相對大小。根據(jù)鹽類水解規(guī)律“越弱越水解”，我們可以判斷出相同條件下醋酸銨溶液、氯化銨溶液、次氯酸銨溶液水解的相對大小，從而判斷出溶液的酸堿性。分析利用醋酸Ka和氨水Kb數(shù)據(jù)的特殊性可知：醋酸銨溶液接近中性，進而可以探究Mg（OH）2沉淀溶于濃銨鹽的反應(yīng)原理。

（3）根據(jù)Ka1、Ka2判斷酸式鹽溶液的酸堿性。在25℃時，碳酸的電離平衡常數(shù)分別為：碳酸Ka1=4.30×10-7，Ka2=5.61×10-11；亞硫酸的電離平衡常數(shù)Ka1=1.54×10-2 ，Ka2=1.02×10-7。對于酸式鹽NaHA的水溶液， NaHA 中 HA-既可電離：HA- H++A2-，也可水解：HA-+ H2O H2A + OH-。酸式鹽溶液由于NaHCO3溶液的Ka1Kh1而顯酸性。

（4）根據(jù)Ka1、Ka2的相對大小判斷物質(zhì)的性質(zhì)、理解離子反應(yīng)的實質(zhì)。碳酸Ka1=4.30×10-7 ，Ka2=5.61×10-11 ；苯酚C6H5OH ，Ka=1.0×10-10； 氫氧化鋁的酸式電離Ka= 6.3×10-13 。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，我們?nèi)菀椎贸鏊嵝裕篐2CO3>HCO3->Al（OH）3-；H2CO3>

C6H5OH>HCO3-。這樣就容易理解以下四個反應(yīng)：

A.往苯酚鈉水溶液中通入少量或足量CO2 ： C6H5O-+H2O+CO2 →C6H5OH+

HCO3-

B.往偏鋁酸鈉水溶液中通入少量CO2 ：AlO2-+H2O+CO2→Al（OH）3↓+CO32-

C.往偏鋁酸鈉水溶液中通入足量CO2：AlO2-+H2O+CO2→Al（OH）3↓+

HCO3-

D. 偏鋁酸鈉水溶液與碳酸氫鈉水溶液混合： AlO2-+HCO3-+H2O→

Al（OH）3↓+CO32-

三、運用數(shù)據(jù)分析，拓展提高學(xué)生綜合應(yīng)用概念的水平

化學(xué)計算是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，也是中學(xué)生必須掌握的一個基本技能，學(xué)會數(shù)據(jù)分析是提高計算能力的關(guān)鍵?；瘜W(xué)計算題中，往往題目數(shù)據(jù)多、綜合性強，但學(xué)生們因綜合分析能力差，不善于對知識準確遷移，因而覺得十分棘手。分析化學(xué)過程、融會貫通理解化學(xué)概念的內(nèi)涵是正確解決化學(xué)計算題的基礎(chǔ)。

在學(xué)習(xí)《溶液中的離子反應(yīng)》專題后，許多教師會引導(dǎo)學(xué)生對化學(xué)平衡常數(shù)K、酸堿電離平衡常數(shù)Ka、Kb、水的離子積Kw、難溶電解質(zhì)的溶度積Ksp等一些概念進行比較歸納，分析他們的異同，但是若能進一步拓展到酸電離平衡常數(shù)Ka與鹽的水解常數(shù)Kh、與難溶電解質(zhì)的溶度積Ksp、配合物的穩(wěn)定系數(shù)Kw之間的聯(lián)系，就能進一步提高學(xué)生的綜合能力。

例如，在25℃下，于0.010mol·L-1

FeSO4溶液中通入H2S（g）， 使其成為飽和溶液 （C（H2S）= 0.10mol·L-1） 。

用HCl調(diào)節(jié)pH值，使C（HCl）= 0.30mol·L-1 ，試判斷能否有FeS生成。這樣一道計算題融合了Ksp與Ka的計算，體現(xiàn)了概念的外延，拓展了學(xué)生綜合應(yīng)用概念的水平，既能幫助學(xué)生理解概念本質(zhì)，形成學(xué)科觀念，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的計算能力、解題能力，全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

總之，運用數(shù)據(jù)分析方法，把握化學(xué)概念的內(nèi)涵與外延，有利于促進學(xué)生化學(xué)綜合素養(yǎng)的提升。本文僅從以上三個方面予以論述，以供參考。

（作者單位：福建省永春第一中學(xué)）