黃生芳 周立芳

(1.海南省瓊海市嘉積中學(xué) 571400；2.海南師范大學(xué) 571127)

溶液中離子濃度的大小比較是歷年高考的重點(diǎn)內(nèi)容，也是日常教學(xué)中研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，涉及化學(xué)中的微粒觀、變化觀、守恒觀，是學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)內(nèi)容.大部分學(xué)生的思維障礙主要集中在宏微分離且不會(huì)表示，發(fā)現(xiàn)變化但不善于抓住變化中的守恒關(guān)系.如何幫助學(xué)生運(yùn)用一定認(rèn)知模型分析此部分的內(nèi)容，并做到思路清晰，結(jié)果判斷不出錯(cuò)呢？筆者根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出“一原理、二理論、三守恒”的認(rèn)知模型.

1 模型解析

1.1 “一原理”

原理即化學(xué)反應(yīng)原理.要想理解溶液中微粒間的濃度大小，前提是找出溶液中存在的各種微粒，而想要準(zhǔn)確判斷溶液中微粒的種類，前提條件是準(zhǔn)確分析溶液中溶質(zhì)的成分.對(duì)于已知的單一溶液，學(xué)生能迅速判斷溶質(zhì)，如醋酸溶液的溶質(zhì)為CH3COOH、氨水的溶質(zhì)為NH3·H2O、氯化銨溶液的溶質(zhì)為NH4Cl，而混合溶液則需要根據(jù)溶質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行溶質(zhì)成分分析.如：

①將等濃度等體積的NaOH溶液與HCl溶液混合：在此體系中，氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(化學(xué)方程式如下)，生成等物質(zhì)的量的氯化鈉，此時(shí)溶液的溶質(zhì)則不再是NaOH、HCl而是NaCl.

②將物質(zhì)的量之比為1∶1的HCl溶液與Na2CO3溶液混合：在此體系中，HCl與Na2CO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)方程式如下，生成碳酸氫鈉與氯化鈉，此時(shí)溶液的溶質(zhì)是碳酸氫鈉與氯化鈉而不僅只是氯化鈉.

③向20mL 0.1mol/L CH3COOH溶液中滴加0.1mol/L NaOH溶液，滴定曲線如圖1所示.

圖1

點(diǎn)A時(shí)溶液中未加入氫氧化鈉，此時(shí)溶質(zhì)為CH3COOH；點(diǎn)B時(shí)加入了10mL 0.1mol/L的NaOH溶液，此時(shí)氫氧化鈉與醋酸按1∶1的比例發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成等濃度的CH3COONa，同時(shí)溶液中還剩下一半的CH3COOH未參與反應(yīng)，因此，此時(shí)溶液對(duì)應(yīng)的溶質(zhì)為CH3COONa、CH3COOH兩種物質(zhì)，且兩者物質(zhì)的量濃度之比為1∶1；點(diǎn)C時(shí)，溶液pH=7,呈中性，由于醋酸為弱酸，且由圖1可知，此時(shí)溶液中還存在醋酸分子，此時(shí)溶液中的溶質(zhì)依舊是CH3COONa、CH3COOH兩種物質(zhì)，但醋酸鈉的物質(zhì)的量濃度大于醋酸的物質(zhì)的量濃度；點(diǎn)D時(shí)，加入20mL 0.1mol/L NaOH溶液，兩者恰好完全反應(yīng)，因此溶液中的溶質(zhì)為CH3COONa.

1.2 “二理論”

理論即電離理論與水解理論，弱電解質(zhì)在水溶液中會(huì)發(fā)生電離(微弱)，弱酸的陰離子(弱堿的陽(yáng)離子)則會(huì)結(jié)合水中的氫離子(氫氧根)生成弱電解質(zhì)(微弱)，從而影響離子的濃度.如:

(1)NH4Cl溶液

(2)NH4HSO4溶液

a: NH4HSO4電離：

(3)氨水

a:NH3·H2O電離：

案例2 0.1mol/L Na2CO3溶液中離子濃度大小關(guān)系.

a:碳酸鈉在水溶液中電離：

c:碳酸根離子的水解：

案例3 0.1mol/L NaHCO3溶液.

a:碳酸氫鈉在水溶液中電離：

b:碳酸氫根離子電離:

c:水自身電離：

d:碳酸根離子水解：

案例4 0.1mol/L NaHSO3溶液.

a:亞硫酸氫鈉在水溶液中電離：

b:亞硫酸氫根離子電離:

d:亞硫酸根離子水解：

1.3 “三守恒”

“三守恒”即電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒.利用守恒可以判斷溶液中的等量關(guān)系，在具體應(yīng)用判斷時(shí)還需關(guān)注不同守恒關(guān)系式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).

1.3.1 電荷守恒

電解質(zhì)溶液總是呈中性的，因此溶液中陽(yáng)離子所帶正電荷數(shù)等于陰離子所帶的負(fù)電荷數(shù).如：

(1)Na2CO3溶液

(2)CH3COONa溶液

該混合溶液中存在的離子為Na+、CH3COO-、H+、OH-，因此，該溶液的電荷守恒為：

1.3.2 物料守恒(元素守恒)

在電解質(zhì)溶液中，某些離子發(fā)生水解或電離可能引起某些元素的存在形式發(fā)生變化，但變化前后各元素的原子個(gè)數(shù)保持不變(不考慮氧元素和氫元素).如:

(1)0.1mol/LNa2SO3溶液

亞硫酸鈉溶液在水溶液中完全電離：

(2)0.1mol/LNaHSO3溶液

亞硫酸氫鈉在水溶液中電離：

(3)等濃度Na2SO3溶液、NaHSO3溶液混合

同理可得:

c(Na元素)/c(S元素)=3/2

即：2c(Na元素)=3c(S元素)

1.3.3 質(zhì)子守恒

水電離出來(lái)的氫離子和水電離出來(lái)的氫氧根的濃度相等.質(zhì)子守恒等式較為復(fù)雜，一般不讓學(xué)生直接書寫，而是通過(guò)電荷守恒與物料守恒疊加得到.如：

(1)Na2CO3溶液存在如下等量關(guān)系：

(2)NaHCO3溶液存在如下等量關(guān)系：

1.4 小結(jié)

“一原理”即根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，準(zhǔn)確分析溶液中溶質(zhì)的成分.“二理論”即根據(jù)電離理論與水解理論判斷各離子在水溶液中的行為.“三守恒”即根據(jù)電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒判斷溶液中的等量關(guān)系.

2 模型應(yīng)用

例1 常溫下，用0.1000mol/LNaOH溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L CH3COOH溶液所得滴定曲線如圖2所示，下列說(shuō)法正確的是( ).

圖2

A.點(diǎn)a所示溶液中：

c(CH3COO-)+c(OH-)=c(CH3COOH)+c(H+)

B.點(diǎn)b所示溶液中：

c(Na+)=c(CH3COOH)+c(CH3COO-)

C.點(diǎn)c所示溶液中：

c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+)

D.滴定過(guò)程中可能出現(xiàn)：

c(CH3COOH)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(Na+)>c(OH-)

例2 向2L 0.1mol/L的NaOH溶液中通入448mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)CO2，所得溶液離子濃度大小正確( ).

例2 用物質(zhì)的量都是0.01mol的HCN和NaCN配成1L混合溶液，已知其中c(CN-)

A.c(H+)>c(OH-)

B.c(OH-)>c(H+)

C.c(HCN)=c(CN-)

D.c(HCN)+c(CN-)=0.02mol/L

答案：例1 D；例2 D；例3 A