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        運(yùn)用模型思想解決“溶液中的離子濃度大小比較”

        2019-08-26 08:05:06吳文萍
        數(shù)理化解題研究 2019年22期
        關(guān)鍵詞:弱酸電離電解質(zhì)

        吳文萍

        (浙江省溫州市泰順中學(xué) 325500)

        電解質(zhì)溶液是高中化學(xué)重要的基礎(chǔ)理論之一, 而“電解質(zhì)溶液中離子濃度大小的比較”涉及電離平衡、水的電離、離子反應(yīng)、鹽類(lèi)水解等基本概念的掌握和運(yùn)用,考查知識(shí)點(diǎn)較多,綜合性較強(qiáng),對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力要求較高是高中化學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn). 再?gòu)慕滩姆治鎏K教版教材“鹽類(lèi)的水解”節(jié)中并未單獨(dú)以標(biāo)題的形式給出電解質(zhì)溶液中離子濃度大小的比較,但整節(jié)內(nèi)容中以H+和OH-的相對(duì)大小為貫穿線滲透了離子濃度大小比較的知識(shí)點(diǎn).

        一、考題分析,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

        就學(xué)生思維能力提升而言,“電解質(zhì)溶液中離子濃度大小比較”要求學(xué)生具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ),靈活的方法策略和綜合的運(yùn)用能力.但學(xué)生對(duì)系統(tǒng)地比較離子濃度大小和守恒規(guī)律的掌握并沒(méi)有到位,遇到相關(guān)問(wèn)題總是胡子眉毛一把抓,沒(méi)有形成清晰的解決問(wèn)題的思路和方法.以2016年10月浙江省學(xué)考選考試題的第23題為例,該題的得分率很低,僅47.6%.

        例123.[2016·浙江10月選考] 常溫下,用濃度為0.1000 mol·L-1的NaOH溶液分別逐滴加入到20.00 mL 0.100 0 mol·L-1的HX、HY溶液中,pH隨NaOH溶液體積的變化如圖.下列說(shuō)法正確的是( ).

        A.V(NaOH)=0 mL時(shí),兩份溶液中,c(X-)>c(Y-)

        B.V(NaOH)=10.00 mL時(shí),c(X-)>c(Na+)>c(HX)>c(H+)>c(OH-)

        C.V(NaOH)=20.00 mL時(shí),c(OH-)>c(H+)>c(Na+)>c(X-)

        D.pH=7時(shí),兩份溶液中,c(X-)=c(Na+)=c(Y-)

        本題答案是B,不少學(xué)生錯(cuò)選D,少部分學(xué)生選了A或C.

        學(xué)生錯(cuò)選A,很大的原因是對(duì)圖像分析不到位,讀圖能力不夠,無(wú)法從圖像中分析出0.100 0 mol·L-1的HX、HY溶液,HY的pH為1是強(qiáng)酸,HX的pH為3是弱酸,相同濃度的HX、HY,酸性強(qiáng)的離子濃度大.

        學(xué)生錯(cuò)選C的原因,一是對(duì)酸堿中和反應(yīng)不了解,不能分析出V(NaOH)=20.00 mL時(shí),溶液中的溶質(zhì)為NaX,二是對(duì)鹽的水解是微弱的不了解,誤認(rèn)為是完全水解的,加上水電離的OH-故而c(OH-)最大,而錯(cuò)選C選項(xiàng).

        選D的學(xué)生知道pH=7時(shí),c(H+)=c(OH-),根據(jù)電荷守恒,兩份溶液中c(X-)=c(Na+),c(Na+)=c(Y-),據(jù)此推出c(X-)=c(Y-).未考慮到兩份溶液中pH=7時(shí)所加NaOH溶液體積不同,c(Na+)不同.

        對(duì)于B選項(xiàng),學(xué)生表示不知如何去分析,說(shuō)明學(xué)生對(duì)于混合溶液中的離子濃度大小比較缺少系統(tǒng)的解題思維和解題模型,不會(huì)判斷溶液中與量有關(guān)的酸堿反應(yīng)情況,不懂得利用電離平衡和水解平衡是微弱的特點(diǎn),不能根據(jù)圖中信息結(jié)合酸堿性來(lái)比較HX和NaX的電離和水解能力的相對(duì)大小.

        通過(guò)對(duì)學(xué)生的測(cè)試結(jié)果和訪談情況進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論:一是學(xué)生不能很好的區(qū)分強(qiáng)酸弱堿或是強(qiáng)堿弱酸中和時(shí)反應(yīng)后溶液呈中性的關(guān)系.二是分析混合溶液中離子濃度大小時(shí),學(xué)生不知道何時(shí)考慮電離平衡,何時(shí)考慮水解平衡.

        二、建構(gòu)模型,解決問(wèn)題

        針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中暴露的問(wèn)題,筆者認(rèn)為應(yīng)在教學(xué)中通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生建立電離、水解的關(guān)系,采用一定的思維模型,將學(xué)生零散知識(shí)系統(tǒng)化,從而游刃有余的解答此類(lèi)問(wèn)題.

        1.構(gòu)建溶液中電離、水解模型

        模型1 弱酸、弱堿的電離程度很小,數(shù)量級(jí)只有1%(因?yàn)閮H僅是模型,不必過(guò)于苛求電離平衡、水解平衡中的真實(shí)數(shù)值);

        模型2 鹽的水解程度很小,數(shù)量級(jí)只有約1%(因?yàn)閮H僅是模型,不必過(guò)于苛求電離平衡、水解平衡中的真實(shí)數(shù)值);

        模型3 等濃度的一元弱酸及其正鹽共存于溶液中時(shí),以NaX和HX的混合溶液為例:溶液中有NaX=Na++X-

        令NaX和HX分別為1,則有Na+=1,從圖中信息可知該混合體系pH=4呈酸性,則HX的電離程度大于X-水解程度,因此有HX<1,X->1,從而得出c(X-)>c(Na+)>c(HX)>c(H+)>c(OH-).

        模型4 弱酸酸式鹽中的離子濃度大小的比較,以NaHCO3為例:溶液中有

        2.基于模型思想的數(shù)字與圖形結(jié)合的解題實(shí)例

        例2(2017.2溫州二模)常溫下,用0.1000 mol·L-1NaOH溶液分別滴定20.00 mL濃度均為0.1000 mol/L的HX,HY溶液,pH隨NaOH溶液體積的變化如圖所示.下列說(shuō)法正確的是( ).

        A.當(dāng)V(NaOH)=0mL時(shí),c(X-)>c(Y-)

        B.a點(diǎn)時(shí):c(Y-)+c(HY)=0.1000 mol/L

        C.b點(diǎn)時(shí):c(HX)>c(Na+)>c(X-)>c(OH-)>c(H+)

        D.當(dāng)V(NaOH)=20.00mL時(shí),NaX、NaY兩溶液中的陰離子總數(shù)相對(duì)大小:N前者>N后者

        解析選項(xiàng) A 由圖可知0.1000 mol/L HX,HY的pH都大于1,且HX的pH比HY的大,有HY的酸性比HX的強(qiáng),相同濃度的HX、HY,c(Y-)>c(X-)

        選項(xiàng)Ba點(diǎn)時(shí),溶液中的溶質(zhì)為0.001 mol HY和0.001 mol NaY,溶液體積V=30 mL,根據(jù)物料守恒c(Y-)+c(HY)=3/2×0.1000mol/L

        選項(xiàng)C b點(diǎn)時(shí),溶液中的溶質(zhì)為0.001 mol HX和0.001mol NaX,由圖得混合溶液呈堿性, NaX水解程度大于HX電離程度,有c(HX)>c(Na+)>c(X-)>c(OH-)>c(H+),選項(xiàng)C正確.

        選項(xiàng)D 當(dāng)v(NaOH)=20.00 mL時(shí) ,溶液的溶質(zhì)分別為NaX、NaY,由電荷守恒c(Na+)+c(H+)=c(X-)+c(OH-),c(Na+)+c(H+)=c(Y-)+c(OH-),兩溶液的陰離子總數(shù)等于兩溶液的陽(yáng)離子總數(shù),V(NaOH)=20.00 mL兩溶液中c(Na+)相等,相同濃度NaX溶液的堿性大于NaY溶液的堿性,NaX溶液的c(H+)小于NaY溶液的c(H+),NaX、NaY兩溶液中的陰離子總數(shù)相對(duì)大?。篘前者

        在分析酸堿混合后溶液中離子的濃度大小時(shí),一定要注意分析電解質(zhì)在溶液中的行為是化學(xué)反應(yīng)還是電離、水解,首先要考慮化學(xué)反應(yīng),再考慮混合溶液中的電解質(zhì)的電離和生成的鹽的水解,最后一定要結(jié)合三個(gè)守恒的運(yùn)用,通過(guò)這樣的思維模型的建立,利于培養(yǎng)學(xué)生的元素觀、微粒觀(微觀表征)、平衡觀(電離平衡、水解平衡)、守恒觀(電荷守恒、質(zhì)量守恒)等基本化學(xué)觀念.

        沒(méi)有思考的學(xué)習(xí)不會(huì)具有創(chuàng)造性,教師要更加關(guān)注學(xué)生思維的變化,適時(shí)推進(jìn),總結(jié)探索出適合學(xué)生自身情況的一般思維模型和方法.在高三化學(xué)的二輪復(fù)習(xí)中,通過(guò)構(gòu)建一定的解題思維模型來(lái)解決學(xué)考選考中的重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題,對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升將有很大的幫助.

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