在電離平衡問題解決中構(gòu)建思維模型

王春陽

（郟縣第一高級中學(xué) 河南 平頂山 467100）

一、模型思維和電離平衡的特點

模型思維是通過構(gòu)建思維模型，設(shè)法將新問題轉(zhuǎn)化為已有知識經(jīng)驗中相似的問題即模型，通過比較二者之間的聯(lián)系，從而利用已有問題的解決方法來解決新問題的一種思維方法①，問題解決是以已有的知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)的，離開了相關(guān)的已有知識，問題解決則無法進(jìn)行，在解決化學(xué)問題中，建立一些經(jīng)典的思維模型，也是化學(xué)知識應(yīng)用的一種重要策略。

電解質(zhì)在溶液中的電離狀態(tài)，往往相對復(fù)雜，存在多個動態(tài)的電離平衡狀態(tài)，一種微粒的變化會引起多種微粒的變化，甚至導(dǎo)致溶液中電離平衡狀態(tài)從一種主體狀態(tài)向另一種主體狀態(tài)的改變，溶液的性質(zhì)也會引起質(zhì)的變化，學(xué)生往往難以把握其中的變化，導(dǎo)致問題解決無從開始。高中階段是培養(yǎng)學(xué)生辯證思維的重要階段，因此，在這一階段學(xué)習(xí)中，給學(xué)生建立一些常見的、經(jīng)典的思維模型也是非常必要和必須的。這可以豐富學(xué)生的思維原型，快速匹配當(dāng)前要解決的問題。

二、電離平衡中常見的思維模型

1.關(guān)于溶液稀釋的思維模型

溶液中各種微粒處于動態(tài)平衡狀態(tài)中，當(dāng)溶液稀釋時，原來平衡狀態(tài)將被打破，重新建立新的平衡狀態(tài)，在新的平衡狀態(tài)中，各微粒是如何變化的，變化的程度如何，許多學(xué)生難以把握，我們可以建立關(guān)于這一類問題解決的模型，使學(xué)生在解決問題時，通過快速匹配，或者通過轉(zhuǎn)化后快速匹配，就可以使這一類問題很好地解決。例如25℃，0.1mol／L的CH3COOH溶液中加入水溶液體積擴(kuò)大至10倍時，分析各微粒濃度的變化（已知25℃醋酸的電離度為1.32%，約為1%）。

模型1如表1

表1 醋酸溶液稀釋前后各微粒濃度的變化情況

因此，醋酸稀釋前后各微粒濃度的變化，可以很容易地弄清楚各微粒濃度在溶液中的動態(tài)變化過程，進(jìn)而也可以求出各微粒濃度稀釋前后比值的變化趨勢，并以此為模型，類推出其它弱電解質(zhì)稀釋前后各微粒的變化趨勢。

2.關(guān)于溶液中矛盾思維模型的建立

電解質(zhì)溶液中，c（H+）·c（OH-）=Kw，在溶液稀釋過程中或者是酸-酸、堿-堿溶液混合時，c（H+）、c（OH-）不可能同時增大或同時減小，所以在分析酸性溶液中，要以 c（H+）主要矛盾進(jìn)行分析，再根據(jù) Kw 推出 c（OH-）的變化，反之亦然。例如25℃時pH=12和pH=10的氫氧化鈉溶液等體積混合后，計算混合后溶液的pH值。

模型2

pH=12→pOH=2 → c（OH-）=10-2mol／L； pH=10→pOH=4→c（OH-）=10-4mol／L；c（OH-）混合=（10-2+10-4）／2 mol／L≈10-2／2 mol／L →c（H+）混合=Kw／c（OH-）mol／L=2×10-2mol／L→ pH=12-lg2

如果沒有抓住堿溶液環(huán)境中以c（OH-）為主要矛盾進(jìn)行分析、計算，而是以c（H+）為主要進(jìn)行計算，勢必會導(dǎo)致問題解決結(jié)果與事實大相徑庭，事與愿違。

3.關(guān)于弱酸或弱堿與其對應(yīng)鹽的混合溶液中溶液性質(zhì)分析思維模型的建立

弱酸或弱堿與其對應(yīng)鹽混合溶液中，弱酸或弱堿的電離與其對應(yīng)鹽的水解雖然都是動態(tài)平衡狀態(tài)，但其酸堿性恰好相反，準(zhǔn)確的分析其相互關(guān)系和變化特點，也需要建立思維模型，使學(xué)生碰到類似的問題時進(jìn)行快速準(zhǔn)確地匹配，有效地解決此類問題。例如25℃時 0.1mol／L的弱酸 HA 和 0.1mol／LNaA 的混合溶液中，溶液酸堿性分析及其相互關(guān)系。（Ka·Kh=Kw）

模型3

HA?H++A-Ka

A-+H2O?HA+OH-Kh

若 Ka﹥Kh則 pH﹤7；若 Ka﹤Kh則 pH﹥7；若 Ka=Kh則pH=7。兩種電離平衡狀態(tài)是相互抑制的，因為對于 HA 電離平衡中，c（HA） ＞＞ c（H+），即 HA 對鹽類水解的抑制作用大于H+對鹽類水解的促進(jìn)作用，反之亦然。如果不是等濃度時可以通過計算c（H+）和c（OH-）判斷出溶液的酸堿性及其相互關(guān)系。

4.多元弱酸的酸式鹽溶液中酸堿性的判斷

多元弱酸的酸式鹽溶液有時顯酸性，有時顯堿性。例如NaHXOn溶液中溶液酸堿性的分析。

模型4

HXOn-?H++XOn2-K1

HXOn-+H2O?H2XOn+OH-K2

通過比較K1和K2的大小即可判斷溶液的酸堿性，并記住一些特例（如 NaHCO3、NaHS、Na2HPO4溶液顯堿性，NaHSO3、NaH2PO4溶液顯酸性），這一類問題就可以輕松解決。

三、思維模型的應(yīng)用

通過建立這些基本的思維模型，在解決電離平衡問題時就可以引導(dǎo)學(xué)生通過類比、轉(zhuǎn)化等策略，與這些思維模型進(jìn)行匹配，從而達(dá)到很好地培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和有效解決問題的能力。例如20mL 0.4mol／L 的 CH3COOH 溶 液 與 20 mL 0.2mol／L 的NaOH溶液充分混合后，溶液中各濃度的大小及其關(guān)系的比較。

分析：先讓20mL 0.4mol／L的CH3COOH溶液與20m L 0.2mol／L的 NaOH溶液完全反應(yīng) → 40mL 0.1mol／L 的 CH3COOH 溶液與 0.1mol／L 的 CH3COONa溶液→匹配模型3→查閱CH3COOH的Ka即可判斷混合后溶液的酸堿性及其相互關(guān)系。

總之，通過建立經(jīng)典的思維模型，不但有利于電離平衡化學(xué)問題的快速簡便解決，而且可以引導(dǎo)學(xué)生在其它知識模塊，特別是理論性較強(qiáng)的知識模塊，如化學(xué)平衡、電化學(xué)等建立一些經(jīng)典的思維模型，并形成一套完整的思維策略，讓這些思維策略形成自覺意識，使新課程理念真正運(yùn)用到實踐中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究能力，也是教育者值得進(jìn)一步思考的一個方向。

［1］ 王后雄.新理念化學(xué)課程教學(xué)論［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2009：120-121

［2］ 王春陽.矛盾理論在電離平衡中的應(yīng)用［J］.中小學(xué)試驗與裝備，2007，（2）：21-22

［3］ 伊秀鳳.淺談化學(xué)平衡思維模型的建立［J］.遼寧師專學(xué)報，2008，（4）：25-26