張安榮 王志庚(正高級(jí)教師)

(1.山西省臨汾市第一實(shí)驗(yàn)中學(xué) 2.河北省唐山市教育局教研室)

題目(2022年全國(guó)乙卷第13題)常溫下,一元酸HA 的Ka(HA)＝1.0×10－3.在某體系中,H＋與A－不能穿過(guò)隔膜,未電離的HA 可自由穿過(guò)該膜,如圖1所示.

圖1

設(shè)溶液中c總(HA)＝c(HA)＋c(A－),當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),下列敘述正確的是().

A.溶液Ⅰ中c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－)

C.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)不相等

D.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c總(HA)之比為10－4

分析本題以HAc溶液中的電離平衡及移動(dòng)為素材,以通過(guò)“膜”隔離的2份pH 不同的溶液為情境,從電荷守恒、電離度計(jì)算、微粒濃度的大小判斷和溶液中的HAc總濃度之比的計(jì)算等角度進(jìn)行設(shè)問(wèn),突出考查了學(xué)生的理解與辨析、分析與推測(cè)、歸納與論證等關(guān)鍵能力.

1 知識(shí)分析——確定考查對(duì)象、知識(shí)點(diǎn)和化學(xué)原理

根據(jù)題意,一元酸HA 的電離常數(shù)很小,故為弱酸,在溶液中存在電離平衡:

在達(dá)到電離平衡時(shí),其電離平衡常數(shù)為

數(shù)值均為平衡濃度.在HA 酸中,電離度等于已電離的A－與電離之前總的HA 濃度之比:

2 研究裝置圖像——知含義、感受題目的創(chuàng)新性

我們以前接觸過(guò)的“膜”多為離子交換膜,用在電化學(xué)裝置中,本題沒有電極,不是電化學(xué)反應(yīng)裝置,這是題目的“清新”之處;“離子交換膜”也變成了僅中性的“HA 分子”可以自由通過(guò),H＋與A－不能通過(guò);微粒遷移的推動(dòng)力,也由“電性引力推動(dòng)”變?yōu)椤皾獠钔苿?dòng)”,這是題目的“脫俗”之處.

3 設(shè)問(wèn)分析——抓本質(zhì),避陷阱,靈活思考,不落俗套

選項(xiàng)A,考查學(xué)生的“理解與辨析”能力.

根據(jù)題目附圖,溶液Ⅰ、Ⅱ均含HA,那么都是純的HA 溶液?jiǎn)? 常溫下,溶液Ⅱ的pH 為1.0,可以假設(shè)為pH＝1.0的HA 溶液.

常溫下,HA 溶液為弱酸性,pH＜7.溶液Ⅰ的pH＝7.0,可以理解為在HA 的溶液中,加入了某些與HA 反應(yīng)的堿性物質(zhì)——堿或強(qiáng)堿弱酸鹽,因此溶液Ⅰ并不是純的HA 溶液,除了水分子、HA 分子、H＋、A－和OH－外,還一定有陽(yáng)離子(如Na＋).

HA 不斷稀釋,也可能無(wú)限接近pH＝7.0,相當(dāng)于純水,沒有意義,本文不予討論.

由于溶液Ⅰ的pH＝7,所以c(H＋)＝c(OH－),則c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－)不正確.若使等式成立,必須在左側(cè)增加一種陽(yáng)離子(如Na＋),這樣就變?yōu)榱穗姾墒睾闶?即c(Na＋)＋c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－).選項(xiàng)A 錯(cuò)誤.

點(diǎn)評(píng)pH＝7 時(shí),c(H＋)＝c(OH－)＝1.0×10－7mol·L－1,必有別的陽(yáng)離子來(lái)平衡A－所帶的負(fù)電荷,所以本選項(xiàng)比較簡(jiǎn)單.但本選項(xiàng)由于圖像只標(biāo)明HA,未標(biāo)明中和時(shí)所加物質(zhì),容易誘導(dǎo)學(xué)生當(dāng)作純的HA 溶液處理從而誤選A.

選項(xiàng)B,考查學(xué)生的“分析與推測(cè)”能力.

點(diǎn)評(píng)本選項(xiàng)容易因計(jì)算能力不足,對(duì)題意理解不到位而掉進(jìn)陷阱.若學(xué)生的數(shù)學(xué)能力比較好,溶液Ⅱ中HA 的電離度,可理解為

這很容易完成,從而快速判斷出選項(xiàng)B正確.

選項(xiàng)C,考查學(xué)生的“歸納與論證”能力.

根據(jù)題意,未電離的HA 可以自由穿過(guò)隔膜,那么假設(shè)時(shí)間足夠長(zhǎng),則兩邊的HA 會(huì)不斷擴(kuò)散,直到濃度相等.故溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)相等,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.

點(diǎn)評(píng)在自然界普遍存在著“擴(kuò)散”現(xiàn)象.氣體、溶液中的微粒,甚至固體中,都存在著“高濃度”向“低濃度”擴(kuò)散的普遍現(xiàn)象,直到濃度相等.

溶液中粒子的擴(kuò)散是溶液的基本性質(zhì),溶液中的微粒,如分子、離子等,都存在著由于熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的物質(zhì)遷移現(xiàn)象,微粒的擴(kuò)散主要由濃差、溫差和湍流運(yùn)動(dòng)引起,直到濃度相等.

選項(xiàng)D,考查學(xué)生的“讀取信息和處理信息”能力.

要求出溶液Ⅰ和Ⅱ中的c總(HA)之比,則需分別求出溶液Ⅰ和溶液Ⅱ中的c總(HA),再求出其比值.

在常溫下,溶液Ⅰ的pH＝7.0,則

由題意可得

代入電離平衡常數(shù)表達(dá)式可得

溶液Ⅱ的pH＝1.0,即c(H＋)＝0.1mol·L－1,由題意可得

將c平(A－)＝c總(HA)－c平(HA)代入電離平衡常數(shù)表達(dá)式可得c總(HA)＝1.01·c平(HA).

由于HA 可自由穿過(guò)隔膜,故達(dá)平衡后,溶液Ⅰ和Ⅱ中的c平(HA)相等,溶液Ⅰ和Ⅱ中c總(HA)之比為(104＋1)·c(HA)∶1.01c(HA)＝(104＋1)∶1.01,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.

點(diǎn)評(píng)進(jìn)行選項(xiàng)D的運(yùn)算,需要把Ka＝中的c(A－)替換成c總(HA)－c平(HA),再知道c平(HA)相等即可.雖然難度并不是很大,但由于情境較新,在緊張的考試中,能夠計(jì)算正確也絕非易事.學(xué)生如果計(jì)算到這一步,也是迫不得已而為之,畢竟在分秒如金的考場(chǎng)上,誰(shuí)也不愿意耗費(fèi)這么多時(shí)間去推算,因?yàn)檫x項(xiàng)B 也是運(yùn)算,若選項(xiàng)B 計(jì)算正確則沒有必要再計(jì)算選項(xiàng)D,而計(jì)算選項(xiàng)D 時(shí)還要用到選項(xiàng)C 中c平(HA)相等的結(jié)論.故平時(shí)的練習(xí)中,我們要更多地引導(dǎo)學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識(shí),總結(jié)思維方法,避免讓學(xué)生陷入題目設(shè)置的計(jì)算陷阱之中.

4 反思感悟——?jiǎng)?wù)必加強(qiáng)化學(xué)計(jì)算的教學(xué)

本題情境新穎、不落俗套,立足學(xué)生必備知識(shí),考查學(xué)生的關(guān)鍵能力,充分體現(xiàn)了高考試題“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”的核心功能.答好本題,需要有扎實(shí)的基本功,需要學(xué)生有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維,能夠創(chuàng)造性地思考和解決問(wèn)題.

反思?xì)v年高考化學(xué)中的電解質(zhì)溶液選擇題,多為壓軸題,題目思維容量大,考查角度除了三大守恒、粒子濃度大小比較外,還設(shè)置雙重或多重情境,加入化學(xué)計(jì)算和推理,而難點(diǎn)往往就落在“計(jì)算與推理”上.

破解類似的問(wèn)題,首先要研究題目的信息,理解命題者的意圖,揭示圖像已知信息里蘊(yùn)含的和沒有明示的信息;靈活運(yùn)用常見的三段式、三大守恒式、電離度、平衡常數(shù)表達(dá)式等進(jìn)行計(jì)算;在各種數(shù)據(jù)之間靈活切換;要舍得花時(shí)間,平時(shí)做好扎扎實(shí)實(shí)的訓(xùn)練,在關(guān)鍵時(shí)刻,才能讀好、處理好信息,克敵制勝.

(完)