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        論電解質(zhì)溶液復(fù)習(xí)教學(xué)中的理性思維

        2017-12-14 01:38:56應(yīng)化德
        關(guān)鍵詞:電離堿性導(dǎo)電

        應(yīng)化德

        浙江

        論電解質(zhì)溶液復(fù)習(xí)教學(xué)中的理性思維

        應(yīng)化德

        本文的理性思維是指對電解質(zhì)溶液的相關(guān)概念的理解方式,掌握電解質(zhì)問題的相對處理方法、近似處理方法、抓主放次的處理方法,樹立微粒觀、守恒觀、變化觀、平衡觀、離子相互牽制觀,分析判斷離子反應(yīng)的反應(yīng)順序和定量關(guān)系,形成理解電解質(zhì)溶液性質(zhì)的相對思想和絕對思想等。只有這樣,解決電解質(zhì)溶液問題時才能游刃有余。

        一、概念的理解方式

        化學(xué)學(xué)科體系由基本概念和基本原理構(gòu)成,概念的學(xué)習(xí)并不是把概念的定義記住,而是要理解概念的意義,知道其內(nèi)涵與外延,并有相應(yīng)的概念理解方式。人們對物質(zhì)的認識有相對性,概念自身也可不斷地發(fā)展與豐富。

        電解質(zhì)溶液涉及一些重要的概念,如電解質(zhì)、非電解質(zhì)、強弱電解質(zhì)、pH、電離平衡常數(shù)、鹽類水解等。下面談電解質(zhì)的理解方法:

        電解質(zhì)是在水溶液或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物,首先電解質(zhì)是化合物而非混合物,是能夠?qū)щ姷幕衔?,是在水溶液或熔融狀態(tài)下導(dǎo)電,而非本身能導(dǎo)電。

        電解質(zhì)→化合物→能導(dǎo)電的→水溶液或熔融狀態(tài)。

        為進一步理解電解質(zhì)的內(nèi)涵和一些物質(zhì)的性質(zhì),可以設(shè)計如下問題:

        1.如何評價“電解質(zhì)本身往往是不導(dǎo)電的”?

        如HCl在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)時均不能導(dǎo)電,但它是電解質(zhì)。NaCl在固體時不能導(dǎo)電,但熔融狀態(tài)時能導(dǎo)電,物質(zhì)三態(tài)的性質(zhì)有所不同,離子化合物在常溫時均為固態(tài),所以上述描述相對正確。

        2.NH3一般認為是非電解質(zhì),但實驗證明,液態(tài)氨氣與H2O的電導(dǎo)率接近,且與水一樣也是雙聚電離,問:

        (1)NH3是電解質(zhì)嗎?

        (根據(jù)信息,按定義判斷是電解質(zhì))

        (2)寫出NH3的電離方程式。

        (3)Na能與NH3發(fā)生反應(yīng),寫出化學(xué)方程式。

        3.液態(tài)的SO2也會發(fā)生與H2O相似的電離,寫出電離方程式。

        4.CH3CH2OH是非電解質(zhì),但工業(yè)上用乙醇和NaOH反應(yīng)制備乙醇鈉(需及時吸收生成的水),乙醇能與Na反應(yīng)生成H2。

        (1)上述事實說明乙醇有什么性質(zhì)?(有電離的傾向,有酸的傾向)

        (2)C2H5ONa水解溶液呈什么性?用離子方程式表示。

        物質(zhì)的分類,主要依據(jù)物質(zhì)的組成和性質(zhì),人們在不同的階段對物質(zhì)性質(zhì)的認識存在相對性。電解質(zhì)與非電解質(zhì)的區(qū)分也是相對的。

        二、問題處理方式

        1.相對處理方法

        相對處理方法是指以某種物質(zhì)的性質(zhì)做參照物,與其互相對比,或兩個過程相互抵消而得出結(jié)論的思維方法。

        例如:在CH3COOH和CH3COONa的混合溶液中,c(Na+)與c(CH3COO-)的大小問題,可采用相對處理的方法,可以快速得出結(jié)論,分析如下:

        當(dāng)溶液pH<7時,可認為CH3COO-不水解而CH3COOH電離,水解被電離抵消,所以c(CH3COO-)>c(Na+)

        當(dāng)溶液pH=7時,可認為CH3COOH電離、CH3COO-水解都不產(chǎn)生,只有CH3COONa的電離,所以c(CH3COO-)=c(Na+)

        當(dāng)溶液pH>7時,可認為只有水解而CH3COOH不電離,所以c(CH3COO-)

        再如:NH3·H2O的Kb=1.8×10-5,CH3COOH的Ka=1.8×10-5,CH3COONH4溶液呈中性,那么NH4NO2溶液、NH4CN溶液的酸堿性如何呢?

        以CH3COONH4為參照物,由于HNO2的酸性(Ka=4.6×10-4)比CH3COOH強,而HCN的酸性(Ka=4.93×10-10)比CH3COOH弱,根據(jù)“越弱越水解,誰強呈誰性”,可知NH4NO2溶液為酸性,而NH4CN溶液為堿性。

        2.近似處理方法

        在弱電解質(zhì)溶液電離的平衡體系中,數(shù)據(jù)的近似處理,使問題簡化,容易得出結(jié)論,但要注意近似處理的條件范圍。

        例如:已知CH3COOH的電離平衡常數(shù)K=1.8×10-5,求0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液中的c(H+),設(shè)電離度為α,

        c0 0

        c-cαcαcα

        經(jīng)查α=0.0134,則1-α≈1(一般弱電解質(zhì)的α都比較小、但在稀溶液中α?xí)容^大)

        同樣可以推算pH=2的鹽酸和醋酸的物質(zhì)的量濃度分別為0.01 mol·L-1、5.56 mol·L-1,僅僅相差555倍,相同體積相同pH的HCl與CH3COOH溶液分別與足量的鋅粒反應(yīng)生成的H2相差555倍,讓學(xué)生從感性認識上升到理性認識,理性認識更有說服力。

        例如:(浙江高考2016年4月第30題節(jié)選)

        N2H4的水溶液呈弱堿性,室溫下其電離常數(shù)K1≈1.0×10-6,則0.01 mol·L-1N2H4水溶液的pH等于________(忽略N2H4的二級電離和H2O的電離)。

        分析NH3、N2H4、R-NH2的水溶液呈堿性的原因,氮原子上的孤電子對與水電離的氫離子形成配位鍵,電離出OH-。

        1×10-4,

        所以pH=10。

        例如:求0.1 mol·L-1NH4Cl溶液中的c(H+)。

        ≈7.5×10-7mol·L-1

        例如:求CH3COOH和CH3COONa混合液為中性時,兩者的濃度比。

        分析:設(shè)CH3COOH和CH3COONa的濃度為c1、c2mol·L-1,c(H+)為xmol·L-1,

        c1c20

        c1-xc2+xx

        也就是當(dāng)CH3COOH和CH3COONa混合液中,當(dāng)兩者濃度之比為1∶200時溶液接近中性,這對理解溶液的性質(zhì),量的關(guān)系有一定的化學(xué)意義。

        所以CH3COOH與CH3COONa濃度比為1∶1時,溶液呈酸性,這是比較溶液離子濃度的前提。

        3.抓大放小(抓主放次)的處理方法

        抓大放小,分清主次的處理方法,可以快速比較溶液中粒子濃度的大小,快速近似地計算等。

        例如:已知NaHSO3溶液呈現(xiàn)酸性,比較NaHSO3溶液中的粒子濃度大小。

        ②方程式c(H2SO3)=c(OH-),

        同樣考慮水的電離③可得c(OH-)>c(H2SO3)。

        所以離子濃度大小關(guān)系為

        例如:N2H4易溶于水,是與氨相類似的弱堿,已知其常溫下電離常數(shù)K1≈1.0×10-6,常溫下,將0.2 mol·L-1N2H4·H2O與0.1 mol·L-1鹽酸等體積混合(忽略體積變化),則此時溶液的pH等于___________(忽略N2H4的二級電離)。

        分析:N2H4·H2O與鹽酸反應(yīng)后,N2H4·H2O與N2H5Cl的濃度均為0.05 mol·L-1,首先要判斷該溶液是酸性還是堿性,酸性則以水解為主,而堿性則以電離為主,根據(jù)N2H4·H2O的K值與NH3·H2O的K值接近,可判斷為堿性(NH3·H2O與NH4Cl為1∶1時,溶液為堿性遷移過來),則

        0.05-x0.05+xx

        所以pH=8。

        以此類推,若HCN與NaCN 1∶1的溶液呈堿性,則以水解方程式近似計算。

        三、電解質(zhì)溶液學(xué)科思想或觀點

        1.微粒觀、存在觀

        (浙江高考2017年4月第23題)25℃時,在含CH3COOH和CH3COO-的溶液中,CH3COOH和CH3COO-二者中各自所占的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(α)隨溶液pH變化的關(guān)系如圖所示。下列說法不正確的是

        ( )

        A.在pH<4.76的溶液中,c(CH3COO-)

        B.在pH=7的溶液中,α(CH3COOH)=0,α(CH3COO-)=1.0

        C.在pH>4.76的溶液中,c(CH3COO-)與c(OH-)之和可大于c(H+)

        D.在pH=4.76的溶液中加鹽酸,α(CH3COOH)與α(CH3COO-)之和保持不變

        點評:B項是錯的,pH=7時,從圖象上看,似乎α(CH3COOH)=0,α(CH3COO-)=1.0是對的,本題的考查學(xué)生的微粒觀、存在觀,盡管此時α(CH3COOH)很小,但不可能為0,高考第一次出現(xiàn),有一定的隱蔽性。

        2.守恒觀

        電解質(zhì)溶液中存在電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒等。

        3.變化觀、平衡移動觀

        量變引起質(zhì)變,如CH3COOH與CH3COONa的兩者量的比例變化導(dǎo)致溶液酸堿性的變化。多元弱酸的電離逐級減弱,如H2SO3的電離:

        4.離子相互牽制觀

        同一離子同時牽制幾個平衡,如在HF、CH3COOH的水解溶液中,c(H+)同時制約HF、CH3COOH、H2O的電離平衡。

        溶液中c(H+)=c(F-)+c(CH3COO-)+c(OH-),溶液的氫離子的總濃度同時制約三個平衡,有

        四、電解質(zhì)溶液中的離子反應(yīng)

        弱電解質(zhì)電離的強弱,決定相應(yīng)陽離子、酸根離子的水解程度,也影響多離子反應(yīng)的反應(yīng)順序。

        弱電解質(zhì)的分步電離→水解程度大小→離子反應(yīng)順序,如:

        碳酸電離:

        碳酸鈉水解:

        向碳酸鈉與碳酸氫鈉混合液滴加鹽酸的反應(yīng)順序:

        理解反應(yīng)先后的本質(zhì)原因,掌握判斷的方法。如在CH3COOH和HCl的混合溶液中加入NaOH溶液,HCl先反應(yīng),反應(yīng)本質(zhì)是H+與OH-的中和反應(yīng),若CH3COOH先與NaOH反應(yīng)生成CH3COONa,HCl又會與CH3COONa反應(yīng)生成CH3COOH。反應(yīng)順序、定量關(guān)系是高考考查主要思想之一。下列化學(xué)反應(yīng)都要考慮順序:

        ①CH3COOH、HCl(HX、HY)的混合液中滴加NaOH溶液

        ②NaOH、Ca(OH)2混合溶液中通入CO2

        ③Na2CO3、NaHCO3混合溶液中滴加鹽酸

        ④NH4Cl、AlCl3混合溶液中滴加NaOH溶液

        ⑤HCl、MgCl2、AlCl3混合溶液中滴加NaOH溶液

        ⑦NH4Fe(SO4)2、NH4Al(SO4)2溶液中分別滴入Ba(OH)2溶液

        ⑧NaHCO3與Ca(OH)2溶液相互滴加

        五、典型試題解析

        (浙江高考2013年第12題)25℃時,用濃度為0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL濃度均為0.100 0 mol·L-1的三種酸HX、HY、HZ,滴定曲線如圖所示。下列說法正確的是

        ( )

        A.在相同溫度下,同濃度的三種酸溶液的導(dǎo)電能力順序:HZ

        B.根據(jù)滴定曲線,可得Ka(HY)≈10-5

        C.將上述HX、HY溶液等體積混合后,用NaOH溶液滴定至HX恰好完全反應(yīng)時:c(X-)>c(Y-)>c(OH-)>c(H+)

        此題考查強弱酸的判斷,pH的變化,離子濃度的變化,守恒思想的應(yīng)用,K值的求算,c(H+)的表達式。此題滲透K值的相對處理、反應(yīng)順序、離子的相互牽制等學(xué)科思想。

        浙江省金華市外國語學(xué)校)

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