以“涉量型”離子反應(yīng)為例的微主題教學(xué)

王新文

摘要：水溶液中離子轉(zhuǎn)化的選擇性層次性思維過程和表征，是考查學(xué)生對(duì)水溶液中的物質(zhì)觀、變化觀、微粒觀和符號(hào)觀全面性與深刻性的重要內(nèi)容，也是培育學(xué)生量變與質(zhì)變的自然學(xué)科思想和反應(yīng)控制學(xué)科思想的重要載體，針對(duì)“涉量型”離子反應(yīng)成為當(dāng)前高考試題中熱點(diǎn)的事實(shí)，結(jié)合高中各模塊就此類反應(yīng)產(chǎn)生的“緣起、發(fā)展”，及如何準(zhǔn)確快速地表征，以微主題教學(xué)方式進(jìn)行了初步論述。

關(guān)鍵詞：離子反應(yīng)；用量與產(chǎn)物；定性與定量

文章編號(hào)：1008-0546（2014）08-0031-04中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.08.011

微主題的切口小，教學(xué)主題突出，能夠集中呈現(xiàn)問題的主要矛盾，便于揭示問題本質(zhì)，課時(shí)性特點(diǎn)顯著，對(duì)于離散型問題的教學(xué)效果尤其突出。微主題教學(xué)的層次性、結(jié)構(gòu)化、建構(gòu)性是教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

涉量型離子反應(yīng)指描述反應(yīng)物用量與產(chǎn)物類別或數(shù)量關(guān)系的一類反應(yīng)，這類反應(yīng)不僅體現(xiàn)了自然科學(xué)中“量變與質(zhì)變”的重要思想，也展示了“控制反應(yīng)”的可行性，還反映了“微粒觀”認(rèn)知深度。由于此類反應(yīng)融溶液中的物質(zhì)觀、變化觀、微粒觀及符號(hào)觀于一體，無疑是離子反應(yīng)中相對(duì)最為復(fù)雜的：學(xué)生理解和表征困難重重，教材沒有明晰的線索，教學(xué)往往是就題論題談解法。基于前人的研究，本文根據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律運(yùn)用分類思想，對(duì)此類反應(yīng)的產(chǎn)生及表征結(jié)合各模塊，抓住問題的“緣起、發(fā)展”，以微主題形式較系統(tǒng)地梳理出這類問題的產(chǎn)生過程及解決方法。

“涉量型”離子反應(yīng)從初中教材二氧化碳的性質(zhì)就蘊(yùn)含其中，在高中必修①氫氧化鋁制備中得到了較為明確地表述，隨著對(duì)溶液中離子性質(zhì)和離子反應(yīng)本質(zhì)認(rèn)識(shí)的深入，這種思維方式延伸到了更廣闊的領(lǐng)域，成為反映思維能力和學(xué)科方法的重要載體。

一、“涉量”型離子反應(yīng)的產(chǎn)生與反應(yīng)節(jié)點(diǎn)分析

1. 物質(zhì)連續(xù)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的用量不同產(chǎn)物不同型離子反應(yīng)

（1）可溶性多元弱酸（或其酸酐）與堿溶液反應(yīng)。在初三課程中，二氧化碳和堿溶液之間的反應(yīng)既有結(jié)合自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)提示，又有圍繞CO2性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究，成為理解和運(yùn)用“過量、少量”問題的基石。高中教材中又站在“正鹽與酸式鹽相互轉(zhuǎn)化”角度，結(jié)合“強(qiáng)制弱”觀念將此轉(zhuǎn)化關(guān)系滲透為物質(zhì)轉(zhuǎn)化的客觀規(guī)律，諸如H2S、SO2等均有下述轉(zhuǎn)化關(guān)系。轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖：

典型問題：CO2通入少量/過量NaOH溶液中；向碳酸鈉稀溶液中逐滴滴加少量稀醋酸等。

書寫方法：當(dāng)堿少量時(shí)（即CO2過量），“反應(yīng)物”為NaOH+CO2；“生成物”為NaHCO3。故，離子方程式為：OH-+CO2=HCO3-。方程式書寫其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要找準(zhǔn)反應(yīng)物，確定出生成物，將其依據(jù)守恒（質(zhì)量、電子、電荷）配平即可，可形象記作“直平法”。實(shí)踐證明，這是書寫這類方程式核心技能。至于碳酸鈉和稀醋酸的問題，只需要抓住碳酸根結(jié)合氫離子的本質(zhì)，在形式上保留醋酸的分子式即可，不再贅述。

注意事項(xiàng)：一般來說，堿液中通入過量CO2得到HCO3-。但通入少量CO2，未必一定為CO32-。因?yàn)檗D(zhuǎn)化的本質(zhì)是強(qiáng)制弱。結(jié)合選修④電離常數(shù)知識(shí)，可以很好理解這些“特殊情況”的本質(zhì)。H2CO3的電離常數(shù)Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.7×10-11，HClO的電離常數(shù)Ka=2.9×10-8，苯酚的電離常數(shù)Ka=1.28×10-10。因?yàn)樗嵝裕篐2CO3>HClO>HCO3-，H2CO3>C6H5-OH>HCO3-。所以，即便向次氯酸鈉/苯酚鈉溶液中通入少量CO2，得到的也只能是HCO3-。這是對(duì)“強(qiáng)制弱”定性描述的理性解釋。離子方程式略。

（2）鋁元素的“涉量”轉(zhuǎn)換

抓牢轉(zhuǎn)化條件，①中外加堿需為“強(qiáng)堿”，如果是氨水則轉(zhuǎn)化鏈終止于Al（OH）3；②中外加酸需為“強(qiáng)酸”，如果是碳酸則轉(zhuǎn)化鏈終止于Al（OH）3。

像“向偏鋁酸鈉溶液中通入過量CO2”的高考熱點(diǎn)問題，不過是揉“鋁化合物轉(zhuǎn)化鏈和過量CO2兩因素”于一體，抓住知識(shí)的形成，則很容易得知終產(chǎn)物為Al（OH）3和HCO3-。

（3）鐵元素的“涉量”轉(zhuǎn)化

該轉(zhuǎn)化線索蘊(yùn)含了“H+、NO3-的強(qiáng)氧化性”和“同種元素化合價(jià)升降規(guī)律”，在方程式書寫中隱含了配平、計(jì)算、推斷等變式思維，成為擴(kuò)張學(xué)生思維的重要內(nèi)容，屬于必修和選修中以能力立意問題的重要手段。

該建構(gòu)過程顯示了Fe和Fe3+轉(zhuǎn)化的體系條件：“溶液”，故Fe和Cl2的反應(yīng)只能生成FeCl3，也體現(xiàn)了學(xué)習(xí)離子反應(yīng)的意義。

（4）“向硝酸銀稀溶液中滴加稀氨水至過量（選修⑤：銀氨溶液的配制），向硫酸銅稀溶液中滴加稀氨水至過量（選修③：絡(luò)合物）”的案例，也是物質(zhì)涉量轉(zhuǎn)化中的典型案例。

物質(zhì)在溶液中反應(yīng)行為的本質(zhì)描述的是微粒的性質(zhì)，這應(yīng)該是拓展學(xué)生思維的基礎(chǔ)，也是教會(huì)學(xué)生用不同信息理解和運(yùn)用學(xué)科思想解決學(xué)科問題能力的基礎(chǔ)。教學(xué)應(yīng)將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的涉量關(guān)系案例作為學(xué)生理解和運(yùn)用涉量型離子反應(yīng)的緣起，抓住“微粒反應(yīng)觀”和“反應(yīng)順序”本源性問題，從定性到定量啟迪學(xué)生思維。

2. 由于微粒間反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)性產(chǎn)生的用量不同產(chǎn)物不同型離子反應(yīng)

（1）“復(fù)合式”物質(zhì)產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

所謂“復(fù)合式”物質(zhì)，指由能夠消耗同種離子的微粒所構(gòu)成的物質(zhì)，顯然是基于離子性質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用，綜合近年各地高考試題，可看出主要是考查銨鹽的復(fù)合式物質(zhì)和堿的少量/過量問題，常以酸式鹽和復(fù)鹽進(jìn)行包裝試題。

向碳酸氫銨稀溶液中滴加稀氫氧化鈉至過量的離子方程式如何書寫呢，像這種復(fù)合式物質(zhì)產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)性問題，可將復(fù)合式物質(zhì)的物質(zhì)的量定為1mol，通過“邏輯推理”確定反應(yīng)順序。

假設(shè)OH-先和NH4+反應(yīng)，則因?yàn)镹H3·H2O無法和HCO3-共存，則表明反應(yīng)的次序?yàn)椋合人崾礁箐@根。據(jù)上圖HCO3-+OH-[=]H2O+CO32-、NH4++OH-[=]NH3·H2O知，碳酸氫銨和OH-（氫氧化鈉）反應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為：1∶1和1∶2（為便于確定反應(yīng)節(jié)點(diǎn)，設(shè)NH4HCO3為1mol）。故滴加少量NaOH：HCO3-+OH-[=]H2O+CO32-；滴加過量NaOH：HCO3-+NH4++2OH-[=]H2O+CO32-+NH3·H2O。

如何分析向NH4Al（SO4）2稀溶液中滴加很少量/過量Ba（OH）2的離子方程式呢，首先，從過量和少量問題的產(chǎn)生來看，在于Al3+、NH4+和OH-之間；其次，SO42-和Ba2+之間的反應(yīng)是伴隨涉量反應(yīng)的平行反應(yīng)。

結(jié)合Al3+不能和NH3·H2O共存，推理可知Al3+先于NH4+和OH-反應(yīng)，初定“先后”再看“程度”，即是Al3+轉(zhuǎn)化為AlO2-后OH-再和NH4+反應(yīng)；還是Al3+轉(zhuǎn)化為Al（OH）3后OH-和NH4+反應(yīng)，最后Al（OH）3和OH-反應(yīng)呢。根據(jù)AlO2-和NH4+之間會(huì)雙水解，故得反應(yīng)順序依次為：Al3+→Al（OH）3、NH4+→NH3、H2O、Al（OH）3→AlO2-。設(shè)NH4Al（SO4）2為1mol，易得其反應(yīng)節(jié)點(diǎn)和離子方程式：

邏輯推理的依據(jù)是微粒間的共存（注意雙水解），方程式書寫的關(guān)鍵是推知反應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。這種練習(xí)既有助于學(xué)生鞏固元素化合物知識(shí)，也有利于學(xué)科思維能力培養(yǎng)，是當(dāng)前高考的熱點(diǎn)。如將NH4Al（SO4）2換作NH4Fe（SO4）2，就可將練習(xí)放在不同模塊（學(xué)段）培育學(xué)生思維。

還可變化問題形式變相考查對(duì)微粒性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。如“寫出使‘SO42-恰好沉淀的離子方程式”，設(shè)NH4Al（SO4）2為1mol，顯然需2molBa（OH）2，則4molOH-應(yīng)分配為“Al3+→Al（OH）3、NH4++NH3→H2O”，故離子方程式為：Al3++NH4++2SO42-+2Ba2++4OH-[=]Al（OH）3↓+2BaSO4↓+NH3+H2O。

endprint

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該“指令型”離子方程式和前面1∶2反應(yīng)同質(zhì)，顯然問題解決策略一致。

（2）混合液產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

① 和H+的涉量反應(yīng)

向等濃度NaOH和Na2CO3混合的稀溶液中逐滴滴加稀鹽酸，對(duì)應(yīng)鹽酸用量的離子方程式如何分析呢，根據(jù)常溫下，Kw=1.0×10-14，H2CO3的電離常數(shù)Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.7×10-11，據(jù)弱電解質(zhì)的電離常數(shù)可知反應(yīng)順序依次為：OH-+H+=H2O、CO32-+H+=HCO3-、HCO3-+H+=CO2↑+H2O。由于NaOH和Na2CO3物質(zhì)的量可以不同，只需根據(jù)反應(yīng)順序經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算后便可得出反應(yīng)的階段。

弱酸根結(jié)合質(zhì)子的先后順序一般需根據(jù)其電離常數(shù)進(jìn)行確定。

② 和OH-的涉量反應(yīng)

向等濃度FeCl3、CuCl2混合的稀溶液中逐滴滴加NaOH稀溶液至過量，反應(yīng)順序由溶度積常數(shù)計(jì)算得出。如“c（Fe3+）=0.1mol/L，c（Cu2+）=0.1mol/L” 時(shí)，據(jù)Ksp［Fe（OH）3］=4.0×10-38（20℃），即c3（OH-）·c（Fe3+）=4.0×10-38，得c（OH-）=1.6×10-13。同理據(jù)Ksp［Cu（OH）2］=2.2×10-20（20℃），知c（OH-）=4.5×10-10。故反應(yīng)順序依次為：Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓、Cu2++2OH-=Cu（OH）2↓，通過控制NaOH的用量便可控制反應(yīng)的歷程。

沉淀反應(yīng)的先后順序一般均可據(jù)溶度積常數(shù)進(jìn)行確定。

以上分析反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)知識(shí)主要集中在選修④模塊。

（3）氧化還原產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

從氧化還原反應(yīng)規(guī)律知，當(dāng)一種氧化性微粒遇到還原性強(qiáng)弱不同的多種微粒時(shí)，反應(yīng)自然遵循先強(qiáng)后弱。如向FeI2溶液中緩緩?fù)ㄈ隒l2至過量，如何分析反應(yīng)的節(jié)點(diǎn)呢。

常見微粒還原性順序：S2->SO2>I->Fe2+>Br->Cl-，故Cl2先和“I-”反應(yīng)，再和“Fe2+”反應(yīng)。

設(shè)FeI2物質(zhì)的量為1mol。根據(jù)2I-+Cl2=I2+2Cl-，2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-，可確定出離子反應(yīng)后的存在形態(tài)，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算知：

當(dāng)0

當(dāng)n（Cl2）≥1.5mol時(shí)，“I-”和“Fe2+”均已全完反應(yīng)，故FeI2和Cl2反應(yīng)的比例為1∶3/2，所以，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe2++4I-+3Cl2=2Fe3++6Cl-+2I2。

當(dāng)1mol

3. 配比差異產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

當(dāng)酸式鹽（酸式根）和堿（氫氧根）組成比例不協(xié)調(diào)，當(dāng)一種組成離子恰好完全反應(yīng)時(shí)，另種組成離子不能恰好反應(yīng)（有剩余或不足），而導(dǎo)致產(chǎn)物和用量有關(guān)的反應(yīng)。

如Ca（HCO3）2溶液和少量/過量NaOH溶液反應(yīng)該如何思考呢，首先，分析反應(yīng)的本質(zhì)。由于HCO3-[?]H++CO32-、NaOH=Na++OH-，故反應(yīng)的“根”是“OH-+H+=H2O”，而Ca2++CO32-=CaCO3↓為其平行反應(yīng)。其次，反應(yīng)節(jié)點(diǎn)分析。由于每摩爾Ca（HCO3）2能產(chǎn)生2molHCO3-，所以，設(shè)Ca（HCO3）2為1mol時(shí)，H+消耗NaOH的量的節(jié)點(diǎn)可以是1mol或2mol。

所以，Ca（HCO3）2和NaOH的反應(yīng)節(jié)點(diǎn)為1∶1和1∶2，對(duì)應(yīng)的離子方程式分別為：Ca2++HCO3-+OH-=H2O+CaCO3↓、Ca2++2HCO3-+2OH-=2H2O+CaCO3↓+CO32-。如果把Ca（HCO3）2形象地看做“二元”，NaOH看做“一元”，那么就可抽象出分析“二元和一元”反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的模型。

按照上述思維模型，就可容易得出NaHCO3和Ca（OH）2的反應(yīng)節(jié)點(diǎn)為1∶1和2∶1。

二、涉量型離子反應(yīng)的表征

離子方程式無疑是表征離子反應(yīng)本質(zhì)的有效手段，但對(duì)于非節(jié)點(diǎn)處的離子反應(yīng)，常常需要運(yùn)用數(shù)形結(jié)合的思想，將復(fù)雜涉量型離子方程式的書寫思維過程形象化。

（1）數(shù)軸法表征與離子方程式書寫

研究反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)與產(chǎn)物之間的關(guān)系時(shí)，使用類似數(shù)軸的方法可以收到直觀形象的效果。如，寫出向溶有0.3mol氨的稀溶液中通入0.2molSO2的離子方程式。

借助CO2和NaOH的反應(yīng)模型，可知SO2和NH3·H2O的反應(yīng)節(jié)點(diǎn)為1∶1和1∶2。故，可得以下數(shù)軸模型。

當(dāng)n（NH3·H2O）/n（SO2）=0.3/0.2=3/2時(shí)，該值介于節(jié)點(diǎn)之間，兩種反應(yīng)物已完全反應(yīng)，產(chǎn)物為NH4HSO3和（NH4）2SO3，故方程式為：0.3NH3·H2O+0.2SO2=xNH4HSO3+y（NH4）2SO3

根據(jù)“N、S元素”守恒，可得，x+y=0.2和x+2y=0.3，則x=0.1、y=0.1。將其帶入并化整之后可得化學(xué)方程式為：3NH3·H2O+2SO2=NH4HSO3+（NH4）2SO3，離子方程式略。

其實(shí)，落入節(jié)點(diǎn)間的反應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)的離子方程式書寫的本身就帶有計(jì)算的性質(zhì)，數(shù)軸法無疑使問題的解決的思維模型更顯清晰和直觀。

當(dāng)向含1molFeI2的稀溶液中通入1.2molCl2時(shí)，借助數(shù)軸知，由于1<[]<1.5，所以反應(yīng)

物恰完全反應(yīng)，故化學(xué)方程式：FeI2+1.2Cl2=xFeCl3+yFeCl2+I2。碘的計(jì)量數(shù)“1”是根據(jù)原子守恒確定的，根據(jù)“Fe、Cl元素”守恒，可得，x+y=1和3x+2y=2.4，得x=0.4、y=0.6。故化學(xué)方程式為：5FeI2+6Cl2=2FeCl3+3FeCl2+5I2。離子方程式略。

數(shù)軸法表征溶液中離子間的反應(yīng)關(guān)系有利于化抽象為具體，便于學(xué)生構(gòu)建思維的模型，具有較強(qiáng)的程序性和可操作性。

（2）二維圖像表征與離子方程式書寫

向含有SO32-、Fe2+、Br-、I-各0.1mol的溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氯氣，請(qǐng)畫出通入氯氣的體積和溶液中四種離子的物質(zhì)的量的關(guān)系。

顯然，氯氣和溶液中四種離子分反應(yīng)關(guān)系的確立是問題解決的基礎(chǔ)，即二維圖像也是離子方程式表征的常用手段。根據(jù)四種離子在溶液中還原性由強(qiáng)到弱的順序：SO32->I->Fe2+>Br-，可知氯氣通入中依次發(fā)生的反應(yīng)為：H2O+SO32-+Cl2=SO42-+2Cl-+2H+（需根據(jù)電荷守恒對(duì)之配平）；2I-+Cl2=I2+2Cl-；2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；2Br-+Cl2=Br2+2Cl-，消耗氯氣的物質(zhì)的量依次分別為0.1mol、0.05mol、0.05mol、0.05mol。從而，由于依據(jù)方程式的用量關(guān)系永遠(yuǎn)是種線性變化，可繪制出下列圖像。

離子方程式的不同表征形式體現(xiàn)了對(duì)化學(xué)語言的理解和表達(dá)能力，及思維的全面性、深刻性，不同表達(dá)形式之間的轉(zhuǎn)換也反映了學(xué)科思想和思維模式構(gòu)建的深度。

涉量型微主題教學(xué)行為是參考高中化學(xué)教材的主題性特點(diǎn)，針對(duì)溶液體系中物質(zhì)的反應(yīng)行為，從基本原理基本規(guī)律視角將知識(shí)進(jìn)行多元化構(gòu)建結(jié)構(gòu)化展示，這種微主題式教學(xué)有利于幫助學(xué)生打通模塊間的壁壘，彰顯必修模塊知識(shí)的具體性和選修模塊知識(shí)上位性統(tǒng)攝性特點(diǎn)，有利于核心化學(xué)思想及化學(xué)觀念的培育和應(yīng)用。當(dāng)然在單元復(fù)習(xí)或高三復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)中需著重關(guān)注知識(shí)的層次性、建構(gòu)性 、系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)化，以及對(duì)理解溶液中離子平衡大主題的輔助性。

參考文獻(xiàn)

［1］宋心琦.化學(xué)①（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：69

［2］宋心琦.化學(xué)選修4（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：43、d65

［3］宋心琦.化學(xué)選修5（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：57

［4］宋心琦.化學(xué)選修3（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：42

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該“指令型”離子方程式和前面1∶2反應(yīng)同質(zhì)，顯然問題解決策略一致。

（2）混合液產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

① 和H+的涉量反應(yīng)

向等濃度NaOH和Na2CO3混合的稀溶液中逐滴滴加稀鹽酸，對(duì)應(yīng)鹽酸用量的離子方程式如何分析呢，根據(jù)常溫下，Kw=1.0×10-14，H2CO3的電離常數(shù)Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.7×10-11，據(jù)弱電解質(zhì)的電離常數(shù)可知反應(yīng)順序依次為：OH-+H+=H2O、CO32-+H+=HCO3-、HCO3-+H+=CO2↑+H2O。由于NaOH和Na2CO3物質(zhì)的量可以不同，只需根據(jù)反應(yīng)順序經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算后便可得出反應(yīng)的階段。

弱酸根結(jié)合質(zhì)子的先后順序一般需根據(jù)其電離常數(shù)進(jìn)行確定。

② 和OH-的涉量反應(yīng)

向等濃度FeCl3、CuCl2混合的稀溶液中逐滴滴加NaOH稀溶液至過量，反應(yīng)順序由溶度積常數(shù)計(jì)算得出。如“c（Fe3+）=0.1mol/L，c（Cu2+）=0.1mol/L” 時(shí)，據(jù)Ksp［Fe（OH）3］=4.0×10-38（20℃），即c3（OH-）·c（Fe3+）=4.0×10-38，得c（OH-）=1.6×10-13。同理據(jù)Ksp［Cu（OH）2］=2.2×10-20（20℃），知c（OH-）=4.5×10-10。故反應(yīng)順序依次為：Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓、Cu2++2OH-=Cu（OH）2↓，通過控制NaOH的用量便可控制反應(yīng)的歷程。

沉淀反應(yīng)的先后順序一般均可據(jù)溶度積常數(shù)進(jìn)行確定。

以上分析反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)知識(shí)主要集中在選修④模塊。

（3）氧化還原產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

從氧化還原反應(yīng)規(guī)律知，當(dāng)一種氧化性微粒遇到還原性強(qiáng)弱不同的多種微粒時(shí)，反應(yīng)自然遵循先強(qiáng)后弱。如向FeI2溶液中緩緩?fù)ㄈ隒l2至過量，如何分析反應(yīng)的節(jié)點(diǎn)呢。

常見微粒還原性順序：S2->SO2>I->Fe2+>Br->Cl-，故Cl2先和“I-”反應(yīng)，再和“Fe2+”反應(yīng)。

設(shè)FeI2物質(zhì)的量為1mol。根據(jù)2I-+Cl2=I2+2Cl-，2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-，可確定出離子反應(yīng)后的存在形態(tài)，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算知：

當(dāng)0

當(dāng)n（Cl2）≥1.5mol時(shí)，“I-”和“Fe2+”均已全完反應(yīng)，故FeI2和Cl2反應(yīng)的比例為1∶3/2，所以，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe2++4I-+3Cl2=2Fe3++6Cl-+2I2。

當(dāng)1mol

3. 配比差異產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

當(dāng)酸式鹽（酸式根）和堿（氫氧根）組成比例不協(xié)調(diào)，當(dāng)一種組成離子恰好完全反應(yīng)時(shí)，另種組成離子不能恰好反應(yīng)（有剩余或不足），而導(dǎo)致產(chǎn)物和用量有關(guān)的反應(yīng)。

如Ca（HCO3）2溶液和少量/過量NaOH溶液反應(yīng)該如何思考呢，首先，分析反應(yīng)的本質(zhì)。由于HCO3-[?]H++CO32-、NaOH=Na++OH-，故反應(yīng)的“根”是“OH-+H+=H2O”，而Ca2++CO32-=CaCO3↓為其平行反應(yīng)。其次，反應(yīng)節(jié)點(diǎn)分析。由于每摩爾Ca（HCO3）2能產(chǎn)生2molHCO3-，所以，設(shè)Ca（HCO3）2為1mol時(shí)，H+消耗NaOH的量的節(jié)點(diǎn)可以是1mol或2mol。

所以，Ca（HCO3）2和NaOH的反應(yīng)節(jié)點(diǎn)為1∶1和1∶2，對(duì)應(yīng)的離子方程式分別為：Ca2++HCO3-+OH-=H2O+CaCO3↓、Ca2++2HCO3-+2OH-=2H2O+CaCO3↓+CO32-。如果把Ca（HCO3）2形象地看做“二元”，NaOH看做“一元”，那么就可抽象出分析“二元和一元”反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的模型。

按照上述思維模型，就可容易得出NaHCO3和Ca（OH）2的反應(yīng)節(jié)點(diǎn)為1∶1和2∶1。

二、涉量型離子反應(yīng)的表征

離子方程式無疑是表征離子反應(yīng)本質(zhì)的有效手段，但對(duì)于非節(jié)點(diǎn)處的離子反應(yīng)，常常需要運(yùn)用數(shù)形結(jié)合的思想，將復(fù)雜涉量型離子方程式的書寫思維過程形象化。

（1）數(shù)軸法表征與離子方程式書寫

研究反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)與產(chǎn)物之間的關(guān)系時(shí)，使用類似數(shù)軸的方法可以收到直觀形象的效果。如，寫出向溶有0.3mol氨的稀溶液中通入0.2molSO2的離子方程式。

借助CO2和NaOH的反應(yīng)模型，可知SO2和NH3·H2O的反應(yīng)節(jié)點(diǎn)為1∶1和1∶2。故，可得以下數(shù)軸模型。

當(dāng)n（NH3·H2O）/n（SO2）=0.3/0.2=3/2時(shí)，該值介于節(jié)點(diǎn)之間，兩種反應(yīng)物已完全反應(yīng)，產(chǎn)物為NH4HSO3和（NH4）2SO3，故方程式為：0.3NH3·H2O+0.2SO2=xNH4HSO3+y（NH4）2SO3

根據(jù)“N、S元素”守恒，可得，x+y=0.2和x+2y=0.3，則x=0.1、y=0.1。將其帶入并化整之后可得化學(xué)方程式為：3NH3·H2O+2SO2=NH4HSO3+（NH4）2SO3，離子方程式略。

其實(shí)，落入節(jié)點(diǎn)間的反應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)的離子方程式書寫的本身就帶有計(jì)算的性質(zhì)，數(shù)軸法無疑使問題的解決的思維模型更顯清晰和直觀。

當(dāng)向含1molFeI2的稀溶液中通入1.2molCl2時(shí)，借助數(shù)軸知，由于1<[]<1.5，所以反應(yīng)

物恰完全反應(yīng)，故化學(xué)方程式：FeI2+1.2Cl2=xFeCl3+yFeCl2+I2。碘的計(jì)量數(shù)“1”是根據(jù)原子守恒確定的，根據(jù)“Fe、Cl元素”守恒，可得，x+y=1和3x+2y=2.4，得x=0.4、y=0.6。故化學(xué)方程式為：5FeI2+6Cl2=2FeCl3+3FeCl2+5I2。離子方程式略。

數(shù)軸法表征溶液中離子間的反應(yīng)關(guān)系有利于化抽象為具體，便于學(xué)生構(gòu)建思維的模型，具有較強(qiáng)的程序性和可操作性。

（2）二維圖像表征與離子方程式書寫

向含有SO32-、Fe2+、Br-、I-各0.1mol的溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氯氣，請(qǐng)畫出通入氯氣的體積和溶液中四種離子的物質(zhì)的量的關(guān)系。

顯然，氯氣和溶液中四種離子分反應(yīng)關(guān)系的確立是問題解決的基礎(chǔ)，即二維圖像也是離子方程式表征的常用手段。根據(jù)四種離子在溶液中還原性由強(qiáng)到弱的順序：SO32->I->Fe2+>Br-，可知氯氣通入中依次發(fā)生的反應(yīng)為：H2O+SO32-+Cl2=SO42-+2Cl-+2H+（需根據(jù)電荷守恒對(duì)之配平）；2I-+Cl2=I2+2Cl-；2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；2Br-+Cl2=Br2+2Cl-，消耗氯氣的物質(zhì)的量依次分別為0.1mol、0.05mol、0.05mol、0.05mol。從而，由于依據(jù)方程式的用量關(guān)系永遠(yuǎn)是種線性變化，可繪制出下列圖像。

離子方程式的不同表征形式體現(xiàn)了對(duì)化學(xué)語言的理解和表達(dá)能力，及思維的全面性、深刻性，不同表達(dá)形式之間的轉(zhuǎn)換也反映了學(xué)科思想和思維模式構(gòu)建的深度。

涉量型微主題教學(xué)行為是參考高中化學(xué)教材的主題性特點(diǎn)，針對(duì)溶液體系中物質(zhì)的反應(yīng)行為，從基本原理基本規(guī)律視角將知識(shí)進(jìn)行多元化構(gòu)建結(jié)構(gòu)化展示，這種微主題式教學(xué)有利于幫助學(xué)生打通模塊間的壁壘，彰顯必修模塊知識(shí)的具體性和選修模塊知識(shí)上位性統(tǒng)攝性特點(diǎn)，有利于核心化學(xué)思想及化學(xué)觀念的培育和應(yīng)用。當(dāng)然在單元復(fù)習(xí)或高三復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)中需著重關(guān)注知識(shí)的層次性、建構(gòu)性 、系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)化，以及對(duì)理解溶液中離子平衡大主題的輔助性。

參考文獻(xiàn)

［1］宋心琦.化學(xué)①（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：69

［2］宋心琦.化學(xué)選修4（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：43、d65

［3］宋心琦.化學(xué)選修5（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：57

［4］宋心琦.化學(xué)選修3（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：42

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該“指令型”離子方程式和前面1∶2反應(yīng)同質(zhì)，顯然問題解決策略一致。

（2）混合液產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

① 和H+的涉量反應(yīng)

向等濃度NaOH和Na2CO3混合的稀溶液中逐滴滴加稀鹽酸，對(duì)應(yīng)鹽酸用量的離子方程式如何分析呢，根據(jù)常溫下，Kw=1.0×10-14，H2CO3的電離常數(shù)Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.7×10-11，據(jù)弱電解質(zhì)的電離常數(shù)可知反應(yīng)順序依次為：OH-+H+=H2O、CO32-+H+=HCO3-、HCO3-+H+=CO2↑+H2O。由于NaOH和Na2CO3物質(zhì)的量可以不同，只需根據(jù)反應(yīng)順序經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算后便可得出反應(yīng)的階段。

弱酸根結(jié)合質(zhì)子的先后順序一般需根據(jù)其電離常數(shù)進(jìn)行確定。

② 和OH-的涉量反應(yīng)

向等濃度FeCl3、CuCl2混合的稀溶液中逐滴滴加NaOH稀溶液至過量，反應(yīng)順序由溶度積常數(shù)計(jì)算得出。如“c（Fe3+）=0.1mol/L，c（Cu2+）=0.1mol/L” 時(shí)，據(jù)Ksp［Fe（OH）3］=4.0×10-38（20℃），即c3（OH-）·c（Fe3+）=4.0×10-38，得c（OH-）=1.6×10-13。同理據(jù)Ksp［Cu（OH）2］=2.2×10-20（20℃），知c（OH-）=4.5×10-10。故反應(yīng)順序依次為：Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓、Cu2++2OH-=Cu（OH）2↓，通過控制NaOH的用量便可控制反應(yīng)的歷程。

沉淀反應(yīng)的先后順序一般均可據(jù)溶度積常數(shù)進(jìn)行確定。

以上分析反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)知識(shí)主要集中在選修④模塊。

（3）氧化還原產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

從氧化還原反應(yīng)規(guī)律知，當(dāng)一種氧化性微粒遇到還原性強(qiáng)弱不同的多種微粒時(shí)，反應(yīng)自然遵循先強(qiáng)后弱。如向FeI2溶液中緩緩?fù)ㄈ隒l2至過量，如何分析反應(yīng)的節(jié)點(diǎn)呢。

常見微粒還原性順序：S2->SO2>I->Fe2+>Br->Cl-，故Cl2先和“I-”反應(yīng)，再和“Fe2+”反應(yīng)。

設(shè)FeI2物質(zhì)的量為1mol。根據(jù)2I-+Cl2=I2+2Cl-，2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-，可確定出離子反應(yīng)后的存在形態(tài)，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算知：

當(dāng)0

當(dāng)n（Cl2）≥1.5mol時(shí)，“I-”和“Fe2+”均已全完反應(yīng)，故FeI2和Cl2反應(yīng)的比例為1∶3/2，所以，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe2++4I-+3Cl2=2Fe3++6Cl-+2I2。

當(dāng)1mol

3. 配比差異產(chǎn)生的涉量型離子反應(yīng)

當(dāng)酸式鹽（酸式根）和堿（氫氧根）組成比例不協(xié)調(diào)，當(dāng)一種組成離子恰好完全反應(yīng)時(shí)，另種組成離子不能恰好反應(yīng)（有剩余或不足），而導(dǎo)致產(chǎn)物和用量有關(guān)的反應(yīng)。

如Ca（HCO3）2溶液和少量/過量NaOH溶液反應(yīng)該如何思考呢，首先，分析反應(yīng)的本質(zhì)。由于HCO3-[?]H++CO32-、NaOH=Na++OH-，故反應(yīng)的“根”是“OH-+H+=H2O”，而Ca2++CO32-=CaCO3↓為其平行反應(yīng)。其次，反應(yīng)節(jié)點(diǎn)分析。由于每摩爾Ca（HCO3）2能產(chǎn)生2molHCO3-，所以，設(shè)Ca（HCO3）2為1mol時(shí)，H+消耗NaOH的量的節(jié)點(diǎn)可以是1mol或2mol。

所以，Ca（HCO3）2和NaOH的反應(yīng)節(jié)點(diǎn)為1∶1和1∶2，對(duì)應(yīng)的離子方程式分別為：Ca2++HCO3-+OH-=H2O+CaCO3↓、Ca2++2HCO3-+2OH-=2H2O+CaCO3↓+CO32-。如果把Ca（HCO3）2形象地看做“二元”，NaOH看做“一元”，那么就可抽象出分析“二元和一元”反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的模型。

按照上述思維模型，就可容易得出NaHCO3和Ca（OH）2的反應(yīng)節(jié)點(diǎn)為1∶1和2∶1。

二、涉量型離子反應(yīng)的表征

離子方程式無疑是表征離子反應(yīng)本質(zhì)的有效手段，但對(duì)于非節(jié)點(diǎn)處的離子反應(yīng)，常常需要運(yùn)用數(shù)形結(jié)合的思想，將復(fù)雜涉量型離子方程式的書寫思維過程形象化。

（1）數(shù)軸法表征與離子方程式書寫

研究反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)與產(chǎn)物之間的關(guān)系時(shí)，使用類似數(shù)軸的方法可以收到直觀形象的效果。如，寫出向溶有0.3mol氨的稀溶液中通入0.2molSO2的離子方程式。

借助CO2和NaOH的反應(yīng)模型，可知SO2和NH3·H2O的反應(yīng)節(jié)點(diǎn)為1∶1和1∶2。故，可得以下數(shù)軸模型。

當(dāng)n（NH3·H2O）/n（SO2）=0.3/0.2=3/2時(shí)，該值介于節(jié)點(diǎn)之間，兩種反應(yīng)物已完全反應(yīng)，產(chǎn)物為NH4HSO3和（NH4）2SO3，故方程式為：0.3NH3·H2O+0.2SO2=xNH4HSO3+y（NH4）2SO3

根據(jù)“N、S元素”守恒，可得，x+y=0.2和x+2y=0.3，則x=0.1、y=0.1。將其帶入并化整之后可得化學(xué)方程式為：3NH3·H2O+2SO2=NH4HSO3+（NH4）2SO3，離子方程式略。

其實(shí)，落入節(jié)點(diǎn)間的反應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)的離子方程式書寫的本身就帶有計(jì)算的性質(zhì)，數(shù)軸法無疑使問題的解決的思維模型更顯清晰和直觀。

當(dāng)向含1molFeI2的稀溶液中通入1.2molCl2時(shí)，借助數(shù)軸知，由于1<[]<1.5，所以反應(yīng)

物恰完全反應(yīng)，故化學(xué)方程式：FeI2+1.2Cl2=xFeCl3+yFeCl2+I2。碘的計(jì)量數(shù)“1”是根據(jù)原子守恒確定的，根據(jù)“Fe、Cl元素”守恒，可得，x+y=1和3x+2y=2.4，得x=0.4、y=0.6。故化學(xué)方程式為：5FeI2+6Cl2=2FeCl3+3FeCl2+5I2。離子方程式略。

數(shù)軸法表征溶液中離子間的反應(yīng)關(guān)系有利于化抽象為具體，便于學(xué)生構(gòu)建思維的模型，具有較強(qiáng)的程序性和可操作性。

（2）二維圖像表征與離子方程式書寫

向含有SO32-、Fe2+、Br-、I-各0.1mol的溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氯氣，請(qǐng)畫出通入氯氣的體積和溶液中四種離子的物質(zhì)的量的關(guān)系。

顯然，氯氣和溶液中四種離子分反應(yīng)關(guān)系的確立是問題解決的基礎(chǔ)，即二維圖像也是離子方程式表征的常用手段。根據(jù)四種離子在溶液中還原性由強(qiáng)到弱的順序：SO32->I->Fe2+>Br-，可知氯氣通入中依次發(fā)生的反應(yīng)為：H2O+SO32-+Cl2=SO42-+2Cl-+2H+（需根據(jù)電荷守恒對(duì)之配平）；2I-+Cl2=I2+2Cl-；2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；2Br-+Cl2=Br2+2Cl-，消耗氯氣的物質(zhì)的量依次分別為0.1mol、0.05mol、0.05mol、0.05mol。從而，由于依據(jù)方程式的用量關(guān)系永遠(yuǎn)是種線性變化，可繪制出下列圖像。

離子方程式的不同表征形式體現(xiàn)了對(duì)化學(xué)語言的理解和表達(dá)能力，及思維的全面性、深刻性，不同表達(dá)形式之間的轉(zhuǎn)換也反映了學(xué)科思想和思維模式構(gòu)建的深度。

涉量型微主題教學(xué)行為是參考高中化學(xué)教材的主題性特點(diǎn)，針對(duì)溶液體系中物質(zhì)的反應(yīng)行為，從基本原理基本規(guī)律視角將知識(shí)進(jìn)行多元化構(gòu)建結(jié)構(gòu)化展示，這種微主題式教學(xué)有利于幫助學(xué)生打通模塊間的壁壘，彰顯必修模塊知識(shí)的具體性和選修模塊知識(shí)上位性統(tǒng)攝性特點(diǎn)，有利于核心化學(xué)思想及化學(xué)觀念的培育和應(yīng)用。當(dāng)然在單元復(fù)習(xí)或高三復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)中需著重關(guān)注知識(shí)的層次性、建構(gòu)性 、系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)化，以及對(duì)理解溶液中離子平衡大主題的輔助性。

參考文獻(xiàn)

［1］宋心琦.化學(xué)①（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：69

［2］宋心琦.化學(xué)選修4（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：43、d65

［3］宋心琦.化學(xué)選修5（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：57

［4］宋心琦.化學(xué)選修3（第3版）［M］.北京：人民教育出版社，2007：42