廣東 劉漢國(guó)

電解質(zhì)溶液是歷年高考的必考點(diǎn)和熱點(diǎn)，多以選擇題的形式出現(xiàn)，選項(xiàng)主要考查“守恒關(guān)系”、微粒大小比較和判斷比值變化及計(jì)算。但是這部分題型得分率較低，主要原因是學(xué)生不能快而準(zhǔn)地寫(xiě)出“守恒關(guān)系”，不能熟練掌握微粒大小比較與判斷比值變化的方法。本文通過(guò)構(gòu)建“守恒關(guān)系”思維模型、“微粒大小比較”思維模型和“比值”思維模型，突破考查電解質(zhì)溶液知識(shí)的難題，供同仁們?cè)诮虒W(xué)時(shí)參考借鑒。

一、思維模型的構(gòu)建與應(yīng)用

1.“守恒關(guān)系”的思維模型

通過(guò)對(duì)n元弱酸HnA和n元弱堿B(OH)n溶液中的離子種類和A(B)的存在形式探究發(fā)現(xiàn)：n元弱酸HnA溶液中的陰離子種類為酸根和氫氧根，共n+1種；n元弱堿B(OH)n溶液中的陽(yáng)離子種類為堿對(duì)應(yīng)的陽(yáng)離子和氫離子。n元弱酸HnA溶液中A的存在形式為酸根和弱酸分子，共n+1種；n元弱堿B(OH)n溶液中的B的存在形式為堿對(duì)應(yīng)的陽(yáng)離子和弱堿本身。另外，amol BOH(一元弱堿)的溶液與含有bmol H2A(二元弱酸)溶液混合前后，溶液中的陰、陽(yáng)離子種類、A(B)的存在形式及其物質(zhì)的量均不發(fā)生變化。

鹽可以看成對(duì)應(yīng)的酸和堿反應(yīng)的產(chǎn)物。根據(jù)此思想和探究的結(jié)論，構(gòu)建了電荷守恒和物料守恒的思維模型如圖1和圖2所示。

圖1 電荷守恒書(shū)寫(xiě)的思維模型圖

圖2 物料守恒書(shū)寫(xiě)的思維模型圖

對(duì)于質(zhì)子守恒，只有單一的電解質(zhì)溶液可以直接書(shū)寫(xiě)，而對(duì)于混合的電解質(zhì)溶液是無(wú)法直接書(shū)寫(xiě)的。但是無(wú)論單一溶液還是混合溶液，都可以通過(guò)電荷守恒和物料守恒合并得到，所以這里不再構(gòu)建質(zhì)子守恒書(shū)寫(xiě)的思維模型。

( )

圖3

(2)(2017·江蘇卷·14，節(jié)選)常溫下，Ka(HCOOH)=1.77×10-4，Ka(CH3COOH)=1.75×10-5，Kb(NH3·H2O)=1.76×10-5，下列說(shuō)法正確的是

( )

C.0.2 mol·L-1HCOOH與0.1 mol·L-1NaOH等體積混合后的溶液中：c(HCOO-)+c(OH-)=c(HCOOH)+c(H+)

(2)根據(jù)思維模型寫(xiě)出電荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(HCOO-)+c(OH-)和物料守恒式：2c(Na+)=c(HCOO-)+c(HCOOH)，兩式消去c(Na+)即可得到質(zhì)子守恒c(HCOO-)+2c(OH-)=c(HCOOH)+2c(H+)，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。

【變式訓(xùn)練1】(2016·天津卷·6，節(jié)選)室溫下，用相同濃度的NaOH溶液，分別滴定濃度均為0.1 mol·L-1的三種酸(HA、HB和HD)溶液，滴定的曲線如圖4所示，下列判斷錯(cuò)誤的是

( )

圖4

C.pH=7時(shí)，三種溶液中：c(A-)=c(B-)=c(D-)

D.當(dāng)中和百分?jǐn)?shù)達(dá)100%時(shí)，將三種溶液混合后：c(HA)+c(HB)+c(HD)=c(OH-)-c(H+)

【解析】根據(jù)思維模型寫(xiě)出電荷守恒式：c(Na+)+c(H+)=c(A-)+c(OH-)、c(Na+)+c(H+)=c(B-)+c(OH-)和c(Na+)+c(H+)=c(D-)+c(OH-)，pH=7時(shí)，c(OH-)=c(H+)，所以c(Na+)=c(A-)、c(Na+)=c(B-)=c(D-)和c(Na+)=c(D-)，但是三種溶液中的c(Na+)并不相等，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。根據(jù)思維模型寫(xiě)出電荷守恒式：c(Na+)+c(H+)=c(A-)+c(B-)+c(D-)+c(OH-)和物料守恒式：c(Na+)=c(A-)+c(B-)+c(D-)+c(HA)+c(HB)+c(HD)，消去c(Na+)即可得到質(zhì)子守恒c(HA)+c(HB)+c(HD)+c(H+)=c(OH-)，故D選項(xiàng)正確。

2.“微粒大小比較”的思維模型

“微粒大小比較”時(shí)，首先確定電解質(zhì)溶液的組分，然后對(duì)組成組分的微粒按照“直接組成微?！焙汀半婋x或水解生成微?！边M(jìn)行分組，因?yàn)殡婋x或水解都比較微弱，所以“直接組成微?！睗舛却笥凇半婋x或水解生成微?！睗舛?。對(duì)于直接組成微粒，先假設(shè)微粒不發(fā)生電離或水解，按照微粒數(shù)目比較大小，若微粒數(shù)目相同，則再考慮微粒是否發(fā)生電離或水解。對(duì)于電離或水解生成的微粒，先判斷溶液的酸堿性，若溶液顯酸性，則在該組中c(H+)最大，c(OH-)最小，其他電離或水解生成的微粒在中間。構(gòu)建的“微粒大小比較”思維模型如圖5所示。

圖5 “微粒大小比較”的思維模型

【例2】(2017·江蘇卷·14，節(jié)選)常溫下，Ka(HCOOH)=1.77×10-4，Ka(CH3COOH)=1.75×10-5，Kb(NH3·H2O)=1.76×10-5，下列說(shuō)法正確的是

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D.0.2 mol·L-1CH3COONa與0.1 mol·L-1鹽酸等體積混合后的溶液中(pH<7)：c(CH3COO-)>c(Cl-)>c(CH3COOH)>c(H+)

【解析】根據(jù)“微粒大小比較”思維模型，CH3COONa與鹽酸混合后溶液的組分為等濃度CH3COOH、CH3COONa和NaCl三種溶質(zhì)的混合溶液，該組分直接組成微粒CH3COOH、CH3COO-和Cl-，假設(shè)CH3COOH不發(fā)生電離、CH3COO-不發(fā)生水解，則CH3COOH、CH3COO-和Cl-三者相等，但混合后的溶液中pH<7，意味著CH3COOH電離比CH3COO-水解程度大，故c(CH3COO-)>c(Cl-)>c(CH3COOH)；“電離生成微?！睘镠+，故c(H+)最小，故D選項(xiàng)正確。

【變式訓(xùn)練2】(2016·上海卷·31，節(jié)選)已知：碳酸(H2CO3)，Ki1=4.3×10-7，Ki2=5.6×10-11；草酸(H2C2O4)，Ki1=5.9×10-2，Ki2=6.4×10-5。若將等濃度的草酸溶液和碳酸溶液等體積混合，各種離子濃度大小的順序正確的是________。(選填編號(hào))

3.“比值”的思維模型

判斷比值變化或計(jì)算比值時(shí)，先根據(jù)題干信息寫(xiě)出平衡常數(shù)表達(dá)式，然后把表達(dá)式變形成題干中的形式，再根據(jù)題目條件，判斷出比值的變化。構(gòu)建“比值變化”思維模型如圖6所示。

圖6 “比值”的思維模型

【例3】(2017·全國(guó)卷Ⅰ·13，節(jié)選)常溫下將NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中，混合溶液的pH與離子濃度變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是

( )

圖7

【變式訓(xùn)練3】(2016·全國(guó)卷Ⅲ·13，節(jié)選)下列有關(guān)電解質(zhì)溶液的說(shuō)法正確的是

( )

二、電解質(zhì)溶液考點(diǎn)的備課建議

高中知識(shí)紛繁復(fù)雜，高中生學(xué)業(yè)繁重，電解質(zhì)溶液是高考的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)，教師在教學(xué)中如何幫助學(xué)生突破該考點(diǎn)的瓶頸呢？

1.精心研究考綱，把握命題動(dòng)向

研究考綱是高三復(fù)習(xí)的前提。通過(guò)對(duì)近幾年高考題的研究，把握今后的命題方向。把考綱和命題動(dòng)向作為復(fù)習(xí)和練習(xí)的主要依據(jù)，使復(fù)習(xí)和練習(xí)更具有針對(duì)性。

2.深挖事物本質(zhì)，抓住核心知識(shí)

越是看似錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題，越是要回歸原點(diǎn)，所以在復(fù)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)，把握核心知識(shí)。只有抓住核心知識(shí)，才能以不變應(yīng)萬(wàn)變應(yīng)對(duì)高考。

3.探究知識(shí)規(guī)律，構(gòu)建思維模型

解題是學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行內(nèi)化的過(guò)程，更是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的過(guò)程。解題思路的正確與否直接關(guān)系到解題的效率和正確性。只有科學(xué)掌握知識(shí)，遵循客觀規(guī)律，才能在正確的解題思維指導(dǎo)下正確解題。在教學(xué)中，應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生探究知識(shí)規(guī)律，構(gòu)建思維模型。只有探究規(guī)律，才能應(yīng)用規(guī)律。在某些問(wèn)題的解決中，思維模型的作用是其他手段無(wú)法替代的。思維模型的構(gòu)建，不僅簡(jiǎn)化了解題過(guò)程，提升了解題效率，而且培養(yǎng)了學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)核心素養(yǎng)。