“弱電解質(zhì)的電離”課例的再研究

馮晴

摘要：人教版高中化學(xué)選修4第三章第一節(jié)“弱電解質(zhì)的電離”給教師二次開發(fā)留下了較大空間：可以通過對教材實驗內(nèi)容及實施方式進(jìn)行調(diào)整；利用數(shù)字化技術(shù)，提高課堂效率；增加配合弱電解質(zhì)電離平衡教學(xué)的實驗；引導(dǎo)學(xué)生運用假說-檢驗方法形成弱電解質(zhì)電離的微觀認(rèn)知，改進(jìn)實驗及其教學(xué)，適應(yīng)學(xué)生思維活動需要。

關(guān)鍵詞：弱電解質(zhì)的電離；課例研究；思維材料；實驗改進(jìn)；高中化學(xué)教學(xué)

文章編號：1005–6629（2016）9–0043–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 對教材內(nèi)容的再研究

人教版高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》[1]中的第三章第一節(jié)“弱電解質(zhì)的電離”，是該章“水溶液中的離子平衡”知識的開篇，其主要內(nèi)容涉及弱電解質(zhì)概念、電離平衡移動和電離常數(shù)，是研究電解質(zhì)溶液、學(xué)習(xí)電化學(xué)知識，進(jìn)行后續(xù)學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)；對前一章所學(xué)化學(xué)平衡理論又起著延伸、拓展和鞏固的作用。由于涉及到物質(zhì)微粒的荷電現(xiàn)象，涉及到物質(zhì)微粒的動態(tài)運動，它不但是中學(xué)化學(xué)的重要內(nèi)容，又是高中化學(xué)的難點內(nèi)容。

本節(jié)要求學(xué)生在已經(jīng)學(xué)過化學(xué)平衡理論并了解電解質(zhì)發(fā)生電離和發(fā)生離子反應(yīng)的條件等知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)概念，了解弱電解質(zhì)的電離平衡，濃度、溫度等條件對電離平衡的影響以及電離平衡常數(shù)。為使學(xué)生形成“電解質(zhì)有強(qiáng)弱之分”認(rèn)識，教材中安排了實驗3-1：

分別試驗等體積、等濃度的鹽酸、醋酸溶液與等量鎂條反應(yīng)；并測這兩種酸的pH。

筆者認(rèn)為，教材的設(shè)計意圖是通過等體積、等濃度的鹽酸、醋酸溶液與等量鎂條反應(yīng)，以及測這兩種酸的pH，為回答教材開頭提出的問題“不同電解質(zhì)的電離程度是否有區(qū)別？”提供事實依據(jù)，進(jìn)而判斷“HCl在水溶液中全部電離生成H+和Cl-；CH3COOH在水溶液中只有部分電離生成CH3COO-和H+”……以便引出強(qiáng)、弱電解質(zhì)的定義。這個實驗可以為學(xué)生認(rèn)識和理解電解質(zhì)“在電離程度上是有強(qiáng)、弱之分的”提供必要的思維材料，但對于幫助學(xué)生認(rèn)識弱電解質(zhì)的電離平衡就無能為力了。由于教材未安排其他實驗來彌補(bǔ)這個缺陷，教師有必要二次開發(fā)教材，對現(xiàn)有實驗加以改進(jìn)與創(chuàng)新，以適應(yīng)學(xué)生開展相應(yīng)思維活動的需要。此外，為什么由上述實驗可以得到“HCl在水溶液中全部電離生成H+和Cl-”結(jié)論，教材沒有做出說明，學(xué)生很可能不加注意，需要教師做出必要的引導(dǎo)。

在介紹了電離常數(shù)概念以及舉例醋酸、碳酸和硼酸的電離常數(shù)之后，人教版教材安排了實驗3-2觀察稀醋酸與飽和硼酸溶液分別滴加等濃度碳酸鈉溶液時的反應(yīng)情況，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象“推測醋酸、碳酸和硼酸三種弱酸的相對強(qiáng)弱，及其與電離常數(shù)大小的關(guān)系”，強(qiáng)化“不同弱電解質(zhì)的電離程度也有區(qū)別”的認(rèn)識。

相比之下，對于“弱電解質(zhì)的電離”這個重要內(nèi)容，教材卻沒有安排有關(guān)實驗，采用了直接介紹結(jié)論知識的方式，給教師進(jìn)行二次開發(fā)留下了很大的空間。

2 對改進(jìn)實驗及其教學(xué)的思考與實踐

2.1 對教材實驗內(nèi)容及實施方式進(jìn)行調(diào)整

在教材原有實驗3-1（測1 mol/L鹽酸與醋酸的pH）的基礎(chǔ)上，添加另外兩種不同濃度的鹽酸與醋酸，并添加同濃度的未知酸溶液，不僅可以引出強(qiáng)、弱電解質(zhì)的概念，還能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，比較弱電解質(zhì)的電離程度，分析和探究影響弱電解質(zhì)電離的因素。

考慮到課上時間有限，將9種溶液根據(jù)不同的共性分為A～F6個組別。同時將學(xué)生分為12組，各組別的實驗由兩組學(xué)生完成，每種溶液有四組學(xué)生同時測定，以排除個別測定可能受失誤影響，保證測定結(jié)果都有較高的可信度。

分組測定結(jié)束后，即可對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行三個層面的分析：由電解質(zhì)的強(qiáng)弱之分到強(qiáng)弱電解質(zhì)的差異，直至同為弱電解質(zhì)的醋酸與未知酸的差異。

2.2 利用數(shù)字化技術(shù)，提高課堂效率

利用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以將學(xué)生的實驗結(jié)果即時匯集到教師處，由軟件對數(shù)據(jù)加以處理后轉(zhuǎn)化為氫離子濃度，快速地呈現(xiàn)給學(xué)生，便于后續(xù)教學(xué)過程的開展。這樣做有下列優(yōu)點：

（1）通過比較三種濃度鹽酸與醋酸的pH，并測定未知酸的pH，可以強(qiáng)化強(qiáng)、弱電解質(zhì)的印象，同時引發(fā)對電解質(zhì)分類的思考。

（2）通過分別比較三種不同濃度的醋酸以及未知酸的pH，可以為學(xué)習(xí)電離平衡移動提供事實依據(jù)，引發(fā)學(xué)生思考是否存在其他影響電離平衡移動的因素以及如何驗證，為后續(xù)課程的展開進(jìn)行了鋪墊。

（3）通過比較等濃度的醋酸與未知酸的pH，可以學(xué)習(xí)比較弱酸酸性強(qiáng)弱的實驗方法，在剛學(xué)習(xí)過的化學(xué)平衡常數(shù)基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)電離平衡常數(shù)，學(xué)習(xí)如何根據(jù)電離平衡常數(shù)判斷電解質(zhì)的強(qiáng)弱。

（4）可以實現(xiàn)各組學(xué)生共享測定結(jié)果，引發(fā)全班學(xué)生進(jìn)行有層次、有容量、有深度的思維活動，提升思維品質(zhì)。

（5）提升課堂效率，同時還能為讓每位學(xué)生都體驗數(shù)字pH計測定溶液pH的操作提供更多的機(jī)會。

例如，研究溫度對電離平衡的影響，若只測定兩、三個溫度下溶液的pH是不夠的；通過數(shù)字化實驗既可顯示pH的變化趨勢，更便于學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)加以分析，大大提高課堂效率。

2.3 增加配合弱電解質(zhì)電離平衡教學(xué)的實驗

除了改變溫度之外，向醋酸溶液中滴加少量濃鹽酸，改變氫離子濃度也是影響電離平衡移動的因素。如何進(jìn)行驗證？由于之前剛使用過數(shù)字pH計，學(xué)生可能回答用pH計測溶液pH，此時教師可指出：如果向100mL 0.1 mol/L的醋酸溶液中滴加1mL的濃鹽酸，最終溶液中由鹽酸電離產(chǎn)生的氫離子濃度約為0.12 mol/L，而由醋酸電離產(chǎn)生的氫離子濃度約為1.5×10-7 mol/L，前者是后者的八萬倍，醋酸電離產(chǎn)生的氫離子此時小到忽略不計，根本無法用儀器測量，無法驗證醋酸電離產(chǎn)生的氫離子濃度是否變化、如何變化；進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生思考：能否通過更換弱電解質(zhì)，通過測定溶液中其他微粒的濃度，例如引入某一有色弱電解質(zhì)，利用其分子、離子顏色不同的特性，觀察向其中滴加濃鹽酸時體系顏色變化情況來進(jìn)行驗證；再讓學(xué)生推測并解釋堿對其電離平衡移動的影響并驗證。最后告訴學(xué)生酸堿指示劑一般都是弱電解質(zhì)，它們的變色原理涉及弱電解質(zhì)電離平衡的移動。endprint

除此之外，還可以用數(shù)字化實驗設(shè)備來探究溫度如何影響醋酸電離平衡，認(rèn)識溫度對弱電解質(zhì)電離平衡的影響。

2.4 重視引導(dǎo)學(xué)生形成弱電解質(zhì)電離的認(rèn)識

由上述實驗可以觀察到產(chǎn)生小氣泡、溶液顏色變化、pH計讀數(shù)變化等宏觀現(xiàn)象，并不能直接觀察到弱電解質(zhì)分子離解成粒子的微觀情景。前人由宏觀實驗事實形成電解質(zhì)電離的微觀認(rèn)識經(jīng)歷了很長的一段時間，假說-驗證方法在這個過程中起了決定性的作用?？梢哉f，沒有電離假說及其驗證，人們就不可能認(rèn)識到弱電解質(zhì)的電離。宏觀認(rèn)識與微觀認(rèn)識相聯(lián)系，對于化學(xué)科學(xué)來說十分重要。假說-驗證方法是溝通宏觀認(rèn)識與微觀認(rèn)識的橋梁，因而是化學(xué)科學(xué)的重要方法。也許，我們的學(xué)生能夠輕易地用弱電解質(zhì)電離來解釋許多宏觀的實驗現(xiàn)象，但這不過是教師和教材已經(jīng)有意無意地提前滲透、灌輸了弱電解質(zhì)電離結(jié)論的結(jié)果。如果他們碰到類似的新情況，恐怕也難免處于長期的困惑當(dāng)中。因此，我們不能就事論事地做實驗和進(jìn)行實驗教學(xué)，必須重視電離過程微觀解釋的探究討論，利用這個題材生動地進(jìn)行假說-驗證科學(xué)方法的教育。

為此，可以提出一系列問題引發(fā)學(xué)生的思考和討論。例如：

為什么有些化合物在水溶液當(dāng)中或者在熔融狀態(tài)時能夠?qū)щ姡行┗衔飫t不能？你能用事實來證明嗎？

電解質(zhì)是在通電后才離解的嗎？如果不通電，是不是能夠發(fā)生電離？你能用事實來證明嗎？

哪些事實可以證明弱電解質(zhì)只有一部分發(fā)生電離？

怎樣用符號來表征弱電解質(zhì)在溶液中的電離平衡？……

實際上，化學(xué)平衡涉及宏觀認(rèn)識與微觀認(rèn)識的聯(lián)系，它可以作為學(xué)生認(rèn)識電離平衡的基礎(chǔ)，或者說，作為學(xué)生認(rèn)識電離平衡的“圖式”（schema，皮亞杰，1970）[3]。本節(jié)課教學(xué)充分利用這種“圖式”的作用，引導(dǎo)學(xué)生在化學(xué)平衡的基礎(chǔ)上認(rèn)識電離平衡，可以帶來教學(xué)的便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)反應(yīng)原理[M].北京：人民教育出版社，2007：39～44.

[2]吳子生，嚴(yán)忠.東北師范大學(xué)文庫物理化學(xué)實驗指導(dǎo)書[M].長春：東北師范大學(xué)出版社，1995：125～133.

[3]吳俊明，王祖浩著.化學(xué)學(xué)習(xí)論[M]南寧：廣西教育出版社，1996：38.endprint