山東 劉樹領 王 學

近年來隨著滴定實驗及滴定圖象試題的大量出現(xiàn)，使得對中和滴定實驗的深度教學研究成為必然。以中和滴定實驗基礎知識為基點，研究滴定曲線及pH突躍范圍，對理解指示劑選擇、用量、終點反應序列關系以及構建實驗設計及定量分析的思維模式具有重要作用，同時在突出教材權威性前提下，對教材知識的靈活處理及深度挖掘提供了極好的案例，也對學生理解“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”等學科核心素養(yǎng)以及數形結合、宏微結合、變化與守恒等學科思想具有更深刻的引領與指導作用。

酸堿中和滴定實驗出現(xiàn)在《化學反應原理》教材中，是高中化學最重要的定量實驗，也是在實際生產、生活中應用較廣的一個實驗，三個版本(人教、魯科、蘇教)教材中均將其置于實用的背景之下，以突出化學的學科核心素養(yǎng)。目前出現(xiàn)的關于滴定實驗及電解質溶液的考題大多源自于酸堿中和滴定的實驗素材，因此加強中和滴定實驗的深度教學研究對于提高學生化學學科素養(yǎng)及應試能力具有重要的意義。

一、重視演示，夯實中和滴定實驗的基礎性知識教學

通過對中和反應概念的復習，提出了中和反應在實際生產、生活中具有重要的應用，依此在滲透化學應用及社會責任等核心素養(yǎng)知識的同時引出中和滴定實驗主題，即通過利用已知濃度的酸(或堿)溶液測定出未知濃度的堿(或酸)溶液。筆者以0.10 mol/L的標準鹽酸溶液測定未知濃度(約為0.10 mol/L)的NaOH溶液為例，探討酸堿中和滴定實驗的基礎性教學。

1.提出問題，激發(fā)學生思維

為了提高學生的思維能力及實驗設計能力，針對滴定實驗可提出系列問題：(1)標準NaOH溶液與待測鹽酸溶液反應有何明顯現(xiàn)象？如何判斷二者恰好完全反應？(2)依據何種原理計算出待測鹽酸的濃度？(3)如何進行誤差分析(或實驗評價)？(4)應從哪些角度思考來提高待測鹽酸濃度的精確度？通過對諸如此類問題的引入使學生在問題鏈中不斷思考，從而將滴定實驗的相關知識有機連接在一起，并建立起邏輯關系。由問題(1)能引出加入酸堿指示劑(酚酞、甲基橙試液)，通過問題(2)(3)來引導出依據反應方程式找出計算關系式及誤差分析的依據，通過問題(4)能使學生聯(lián)想到儀器的精確度、標準液濃度的精確度、操作規(guī)范、反應終點的判斷等，進而來引出滴定管等儀器介紹的相關知識。

2.簡介儀器，演示實驗過程

滴定實驗最主要的儀器就是滴定管，因此實驗前應對滴定管的類型與結構、使用及讀數等通過實物向學生展示，讓學生觀看其結構特點及異同點，并通過多媒體圖片(如圖1、圖2)進一步強調其0刻度位置、使用、排空、讀數等規(guī)范操作知識點。通過真實實驗來展現(xiàn)實驗的過程，并通過多媒體圖片(如圖3)強調實驗滴定時操作的關鍵點，以強化學生的規(guī)范操作能力及意識。也可在適當機會讓學生走進實驗室，進行自我設計、操作滴定實驗以提高學生的實驗興趣及動手實驗能力。

3.歸納反思，構建知識脈絡

二、中和滴定實驗的深度探究

酸堿中和滴定實驗不應僅停留在宏觀演示上，也不應僅僅停留在物質性質驗證上，而應從粒子結構、性質及隱含的反應序列等角度給予分析與挖掘，以充分體現(xiàn)化學核心素養(yǎng)觀念及微粒觀、變化觀、構性觀、平衡觀、守恒觀等學科思想。

1.對滴定曲線的探究

滴定曲線是理解反應實質的關鍵，是體現(xiàn)宏微結合、定性與定量結合、數形結合思想的重要載體，因而對于滴定曲線的探究應予以重視。

(1)利用手持技術繪制pH曲線

取20.00 mL的待測NaOH溶液置于磁力攪拌器上面的小燒杯中，然后再滴加2滴酚酞試液，把pH電極插入到溶液的中間位置，并與pH傳感器、適配器及電腦連接起來，如圖4所示。打開磁力攪拌器攪拌并開始滴加0.10 mol/L鹽酸溶液，用pH傳感器測量溶液pH的變化，通過專用軟件可以很直觀地繪制出鹽酸溶液滴入氫氧化鈉溶液的滴定曲線(圖5)。同時為了增加對比度，按照同樣方法繪制了0.10 mol/L醋酸溶液滴入氫氧化鈉溶液的滴定曲線(圖6)，并通過平移圖5、圖6中的曲線得到圖7。

(2)pH曲線特點分析

在學生驚奇地看到滴定曲線變化時，很自然地觀察到pH突躍的客觀存在。說明pH出現(xiàn)突躍現(xiàn)象是在滴定終點前后多加或少加1滴滴定液所致的原因后，引導學生分析觀察圖7。①pH突躍范圍不同：強酸與強堿互相滴定時pH突躍范圍比較大；弱酸與強堿或強酸與弱堿互相滴定時都會出現(xiàn)pH突躍范圍較小，故推知弱酸與弱堿相互滴定時pH突躍范圍更小。②pH突躍中點位置不同，即等當點(化學計量點)不同：強酸強堿相互滴定時等當點pH為7；弱酸與強堿相互滴定時因鹽水解導致等當點pH大于7；強酸與弱堿相互滴定時因鹽水解導致等當點pH小于7。③曲線起點相同但終點不同：強酸終點低弱酸終點高，進而推知同種堿滴定不同種等濃度酸時曲線起點不同，即強酸起點低、弱酸起點高。針對③還可以提出若把氫氧化鈉溶液滴入等濃度、等體積的鹽酸溶液、醋酸溶液時，其pH曲線的起點又是如何呢？這樣通過具體分析，可使學生對酸堿中和滴定的現(xiàn)象與事實產生深刻理解。

(3)pH突躍的定量分析

為進一步增強學生數形結合思想、模型構建能力及計算能力，深刻理解“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”等學科素養(yǎng)內容。在假設NaOH溶液濃度為 0.10 mol/L 時，可設計如下幾個問題，由學生分組、合作完成。

問題1：0.10 mol/L鹽酸溶液滴定20.00 mL 0.10 mol/L NaOH溶液時，請計算鹽酸體積分別為19.95 mL(即少滴1滴)、20.00 mL、20.05 mL(即多滴1滴)時，混合溶液的pH分別為多少？

問題2：0.10 mol/L醋酸溶液(Ka=1.8×10-5)滴定20.00 mL 0.10 mol/L NaOH溶液時，請計算醋酸溶液體積分別為19.95 mL(即少滴1滴)、20.00 mL、20.05mL(即多滴1滴)時，混合溶液的pH分別為多少？

通過實際運算，使學生在本質上更能深度理解pH突躍存在的原因，理解完全中和(即等當點pH)與溶液恰好呈中性是兩個不同的概念，以及溶液中存在的粒子種類及濃度大小關系，進而逐漸養(yǎng)成運用實驗手段及相關數據來構建思維模型的能力，通過數形結合、定量與定性結合策略來分析、解決相關化學問題。

2.對指示劑選擇、用量及反應先后的探究

在酸堿中和滴定實驗中，指示劑的選擇、作用及用量是重要的學習內容，但學生往往對于指示劑選擇的依據及用量問題理解不清楚，尤其是對隱含的指示劑變色反應序列問題常常忽視，因而需要教師的指導與解惑。

(1)指示劑選擇的探究

消費者團體也對如何標記基因編輯食品提出了警告。雖然美國國會通過了一項法律，要求食品制造商自2016年起需要明確標識食品的轉基因成分，但是這些規(guī)定可能不適用于通過基因編輯技術新近上市的食品。

中學階段，常見的酸堿指示劑有甲基橙、酚酞、石蕊等試液，其變色范圍如下：

指示劑變色范圍(pH)酸色堿色酚酞8.2～10.0 粉紅色無色紅色甲基橙3.1～4.4 橙色紅色黃色石蕊5.0～8.0 紫色紅色藍色

通過對三種指示劑的變色范圍的了解，使學生領悟鹽酸滴定氫氧化鈉溶液時為何選擇酚酞或甲基橙的原因，即指示劑的選擇必須使其變色范圍處于pH突躍范圍內(或與pH突躍范圍部分重合)，再附以人眼對紫、紅、藍色之間變化較難分辨的說明，就易使學生形成中和滴定實驗選擇指示劑的思維模式，即強酸與強堿互滴時選用甲基橙或酚酞試液均可；弱酸與強堿互滴時選用酚酞試液；強酸與弱堿互滴時選用甲基橙。

(2)指示劑的用量及反應先后探究

酸堿指示劑從類別上來講屬于有機弱酸或有機弱堿，如酚酞為有機弱酸,甲基橙為有機弱堿，通過了解酸堿指示劑，使學生自然想到指示劑添加過多必然會消耗一定量待測溶液或標準溶液，太少會因顏色變化不明顯而影響終點判斷問題，由此徹底理解了酸堿指示劑用量一般為 2～3 滴的原因。針對終點判斷問題，提出一個容易被忽略而又涉及反應優(yōu)先進行問題，即指示劑在終點時的變色與主要反應相比誰優(yōu)先進行來激發(fā)學生的深度思考，即終點變色反應后期進行才能體現(xiàn)出其用于終點判斷的功能。

三、典題例析，深度感悟中和滴定實驗的基礎性與應用性

中和滴定實驗是各種滴定實驗的基礎，其他滴定實驗則是對中和滴定實驗的延伸與深化，因此通過適當典題訓練對于深度理解酸堿中和滴定實驗的基礎作用具有重要的意義。

1.以滴定曲線為載體，強化滴定過程及終點判斷方法

滴定曲線不但能較好地體現(xiàn)滴定反應過程，而且還體現(xiàn)出變化觀、微粒觀、平衡觀等學科觀念及宏微結合、數形結合、證據推理等學科素養(yǎng)內涵。

【例1】室溫下，將1.00 0 mol·L-1鹽酸滴入20.00 mL 1.00 0 mol·L-1氨水中，溶液pH和溫度隨加入鹽酸體積變化曲線如圖8所示。下列有關說法正確的是

( )

A.a點由水電離出的c(H+)=1.0×10-14mol/L

D.d點后，溶液溫度略下降的主要原因是NH3·H2O電離吸熱

【答案】C

【評析】形式上是雙曲線圖象題，但其考查的實質仍是對中和滴定過程中粒子濃度變化及終點判斷問題，凸顯了“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”等學科素養(yǎng)。氨水與鹽酸反應屬于放熱反應，因而在反應過程中必然伴隨著溫度變化，所以溫度變化曲線上的最高點d點就表示了氨水與鹽酸恰好完全中和反應生成氯化銨溶液,d點之后是鹽酸過量導致溶液質量增加而出現(xiàn)溫度降低現(xiàn)象。通過此題進一步使學生理解滴定實驗的終點判斷是依據明顯的實驗現(xiàn)象變化，除使用酸堿指示劑之外，還有諸如電導、溫度(本題)等極點變化來判斷終點方法。

2.以考查指示劑選擇為背景，強化反應序列問題

酸堿指示劑的選擇基本上憑經驗即可解答，但在氧化還原滴定、配位滴定、沉淀滴定實驗中指示劑的選擇則需要理解多個反應之間存在序列規(guī)律才能準確解答。

【例2】莫爾法是一種沉淀滴定法。以K2CrO4為指示劑，用標準硝酸銀溶液滴定待測液，進而測定溶液中Cl-的濃度。已知：

物質AgClAgBrAgCNAg2CrO4AgSCN顏色白淺黃白磚紅白溶解度(mol·L-1)1.34×10-67.1×10-71.1×10-86.5×10-51.0×10-6

(1)滴定終點的現(xiàn)象是滴定最后一滴標準溶液，生成磚紅色沉淀。

A．NaCl B．BaBr2C．Na2CrO4

四、結語