張永蓮
(甘肅省武威市第一中學(xué),甘肅武威 733000)
在人教版高中化學(xué)選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》第三章水溶液中的離子平衡教學(xué)中,筆者發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)學(xué)生困惑不解。一是弱電解質(zhì)的電離平衡體系中,加水,平衡正向移動(dòng),即越稀越電離;加弱電解質(zhì)本身,平衡正向移動(dòng),即越濃越電離。學(xué)生存疑,加水,濃度減小,平衡正移,加冰醋酸,濃度增大,平衡正移,自相矛盾,難易辨別。二是鹽類水解平衡體系中,加水,平衡正移,即越稀越水解;加鹽本身,平衡正移,即越濃越水解。教科書及資料上也是直接給出結(jié)論,沒(méi)有相應(yīng)合理的解釋,學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí),只能死記硬背。這不符合新課改的知識(shí)建構(gòu)要求,針對(duì)這一現(xiàn)象,筆者從定性與定量的角度闡釋兩者的區(qū)別,意在幫助學(xué)生深入理解知識(shí)。
從碰撞理論來(lái)講,電離的實(shí)質(zhì)是水分子與醋酸分子有效碰撞致使CH3COOH 分子離解成CH3COO-和H+,在溶液中CH3COO-和H+被水分子包圍,同時(shí)CH3COO-和H+有效碰撞結(jié)合成CH3COOH 分子。當(dāng)溶液中V電離=V結(jié)合時(shí),弱電解質(zhì)達(dá)到電離平衡。
(1)在醋酸的電離平衡體系中,加入水。水分子個(gè)數(shù)增加,增大了水分子與醋酸分子有效碰撞頻率,V電離增大,同時(shí)因?yàn)橹蠧H3COO-和H+被水分子包圍,減小了CH3COO-和H+有效碰撞頻率,V結(jié)合減小,導(dǎo)致V電離>V結(jié)合,平衡向電離方向移動(dòng),即平衡正移。
(2)在醋酸的電離平衡體系中,加入冰醋酸。醋酸分子個(gè)數(shù)增加,增大了醋酸分子和水分的有效碰撞頻率,V電離增大,導(dǎo)致V電離>V結(jié)合,平衡向電離方向移動(dòng),即平衡正移。
從碰撞理論來(lái)講,水解的實(shí)質(zhì)是水分子與弱離子HCO3-有效碰撞,反應(yīng)后生成H2CO3和 OH-,同時(shí)H2CO3和 OH-有效碰撞生成HCO3-和 H2O。當(dāng)V水解=V結(jié)合時(shí),弱離子達(dá)到水解平衡。
(1)在碳酸氫鈉的水解平衡體系中,加水,水分子與弱離子HCO3-有效碰撞頻率增大,V水解增大,導(dǎo)致V水解>V結(jié)合,平衡向水解方向移動(dòng)。
(2)在碳酸氫鈉的水解平衡體系中,加碳酸氫鈉固體,HCO3-個(gè)數(shù)增加,弱離子HCO3-與水分子有效碰撞頻率增大,V水解增大,導(dǎo)致V水解>V結(jié)合,平衡向水解方向移動(dòng)。
理論基礎(chǔ):化學(xué)平衡常數(shù)K 等于平衡時(shí)成生物濃度冪之積與平衡時(shí)反應(yīng)物濃度冪之積的比值。K 僅與反應(yīng)方程式和溫度有關(guān),與濃度無(wú)關(guān)。適用于氣體體系和溶液體系。
濃度商Qc 等于任意時(shí)刻生成物濃度冪之積與任意時(shí)刻的反應(yīng)物濃度冪之積的比值。Qc 適用于氣體體系和溶液體系。
Qc <K,反應(yīng)正向進(jìn)行。
Qc=K,反應(yīng)達(dá)到平衡。
Qc >K,反應(yīng)逆向進(jìn)行。
常溫時(shí),設(shè)醋酸溶液體積為VL,平衡時(shí)的物質(zhì)的量為amol,CH3COO-和H+為bmol,
(1)在醋酸的電離平衡體系中,加入水,設(shè)體積變?yōu)閚VL(n>1),瞬間各微粒物質(zhì)的量不變,
(2)在醋酸的電離平衡體系中,再加入冰醋酸xmol,(x>0)。瞬間溶液體積不變?yōu)閂L,物質(zhì)的量變?yōu)椋╝+x)mol,CH3COO-和H+為bmol,則有,(x>0)即Qc <K,反應(yīng)正向進(jìn)行。所以,在醋酸電離平衡體系中,加入冰醋酸,平衡正向移動(dòng)。
常溫時(shí),設(shè)碳酸氫鈉溶液的體積為VL,水解達(dá)到平衡時(shí),HCO3-的物質(zhì)的量為mmol,H2CO3的物質(zhì)的量為cmol,OH-的物質(zhì)的量為dmol,
(1)在碳酸氫鈉的水解平衡體系中,加水使溶液體積變?yōu)閜VL,(p>1),瞬間各微粒物質(zhì)的量不變,
即Qc <K,反應(yīng)正向進(jìn)行。所以,在碳酸氫鈉的水解平衡體系中,加入水,平衡正向移動(dòng)。
(2)在碳酸氫鈉的水解平衡體系中,再加入固體NaHCO3ymol(y>0),瞬間溶液體積不變?yōu)閂L,HCO3-的物質(zhì)的量變?yōu)椋╩+y)mol, H2CO3的物質(zhì)的量為cmol,OH-的物質(zhì)的量為dmol,
即Qc <K,反應(yīng)正向進(jìn)行。所以,在碳酸氫鈉的水解平衡體系中,加入固體NaHCO3,平衡正向移動(dòng)。
綜上所述,以有效碰撞理論和平衡常數(shù)為知識(shí)生長(zhǎng)點(diǎn),可以有效解釋上述兩個(gè)難以理解的溶液中的平衡問(wèn)題,新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生在已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,自主理解建構(gòu)新的知識(shí)[1]。因此,教師應(yīng)改變傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法,深入研究教材,幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中遇到的難點(diǎn),從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。