促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)化的鹽類水解復(fù)習(xí)教學(xué)研究

徐宇峰+彭小平

摘要：通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)學(xué)生對鹽類水解相關(guān)內(nèi)容的知識(shí)結(jié)構(gòu)化程度不高，學(xué)生習(xí)慣從宏觀、定性、靜態(tài)和孤立的角度解釋鹽類水解問題，對鹽溶液中微粒間相互作用關(guān)系的理解不夠深刻。針對上述學(xué)情，提出在鹽類水解的復(fù)習(xí)課教學(xué)中以弱電解質(zhì)電離平衡為思考起點(diǎn)，以平衡常數(shù)為核心，從微觀、動(dòng)態(tài)、定量和系統(tǒng)的角度理解鹽類水解概念和規(guī)律，并幫助學(xué)生將相關(guān)知識(shí)建立起清晰的邏輯鏈，提高知識(shí)結(jié)構(gòu)化程度。

關(guān)鍵詞：鹽類水解；復(fù)習(xí)教學(xué)；平衡常數(shù)；知識(shí)結(jié)構(gòu)化

文章編號(hào)：1005–6629（2017）11–0049–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

鹽類水解是中學(xué)化學(xué)中的核心概念和原理，是離子反應(yīng)、化學(xué)平衡、弱電解質(zhì)電離平衡、水的電離及溶液酸堿性等知識(shí)的綜合運(yùn)用，對學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和邏輯思維能力要求較高。通過新課學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對鹽類水解有初步認(rèn)識(shí)，但難以主動(dòng)將之前所學(xué)的化學(xué)平衡、弱電解質(zhì)電離等內(nèi)容整合形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。復(fù)習(xí)課的重要任務(wù)之一是促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)化，要做到這一點(diǎn)，教師需要深刻了解學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)水平，分析其在知識(shí)和能力上存在的不足，這既是復(fù)習(xí)教學(xué)起點(diǎn)也是確定復(fù)習(xí)課目標(biāo)、重難點(diǎn)的依據(jù)。

1 學(xué)生對鹽類水解原理的認(rèn)識(shí)水平分析

筆者對溫州市某重點(diǎn)中學(xué)高二學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，15位調(diào)研對象是化學(xué)選考班的學(xué)生，已經(jīng)學(xué)習(xí)過了鹽類水解的相關(guān)內(nèi)容，他們的化學(xué)學(xué)科綜合水平在班級(jí)處于中等。調(diào)研測試情況見表1。

通過進(jìn)一步訪談，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對鹽類水解的認(rèn)識(shí)存在以下問題：

（1）學(xué)生在對水解本質(zhì)的認(rèn)識(shí)上深刻性和系統(tǒng)性不夠。學(xué)生未能深入認(rèn)識(shí)到弱電解質(zhì)電離和鹽類水解的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，普遍存在機(jī)械記憶現(xiàn)象（如：水解是微弱的）。在分析問題中習(xí)慣于從宏觀、定性和靜態(tài)的角度或直接用某些結(jié)論（如：水解是中和反應(yīng)的逆反應(yīng)，所以程度?。┻M(jìn)行說明。

（2）學(xué)生忽略了平衡常數(shù)在鹽類水解中的價(jià)值。大多數(shù)學(xué)生對鹽溶液中微粒濃度大小關(guān)系的認(rèn)識(shí)只停留在定性水平，這反映出學(xué)生對鹽溶液中微粒間相互作用的認(rèn)識(shí)水平不足。沒有認(rèn)識(shí)到平衡常數(shù)的價(jià)值，自然不能運(yùn)用平衡常數(shù)這個(gè)工具進(jìn)行定量計(jì)算。

鹽類水解是一個(gè)高度綜合的知識(shí)，對抽象思維、微觀想象的能力要求很高，上述問題看似簡單，但是要準(zhǔn)確回答需要將酸堿反應(yīng)、化學(xué)平衡、弱電解質(zhì)電離、溶液酸堿性和鹽類水解等知識(shí)根據(jù)學(xué)科內(nèi)在的邏輯進(jìn)行有效整合，利用邏輯推理的方法從微觀、定量和動(dòng)態(tài)的角度才能分析出問題的本質(zhì)。

2 鹽類水解原理的知識(shí)結(jié)構(gòu)分析

筆者認(rèn)為溶液中的離子反應(yīng)（非氧化還原反應(yīng)）本質(zhì)上就是微粒的解離和結(jié)合，鹽溶于水的過程就是不同的微粒在解離、結(jié)合的競爭過程中達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，可用平衡常數(shù)衡量各種微粒的定量關(guān)系。

以醋酸鈉溶液為例，醋酸鈉為可溶性強(qiáng)電解質(zhì)，在中學(xué)階段一般視為在水中完全電離。醋酸和水都是弱電解質(zhì)，即醋酸根和氫氧根都具有結(jié)合氫離子的能力，根據(jù)醋酸和水的電離常數(shù)可知?dú)溲醺Y(jié)合氫離子能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過醋酸根離子。因此醋酸鈉溶液中醋酸根水解本質(zhì)是：醋酸根和氫氧根同時(shí)在競爭氫離子的動(dòng)態(tài)過程，競爭的直觀結(jié)果就是溶液酸堿性的變化（水解產(chǎn)生的弱電解質(zhì)通常難以檢測）。

不同的弱電解質(zhì)（包括水）電離能力的差異性使陰離子結(jié)合氫離子（或陽離子結(jié)合氫氧根）的能力不同，其衡量標(biāo)準(zhǔn)就是電離常數(shù)。由于水的電離常數(shù)比常見的弱電解質(zhì)小得多，因此通常鹽類水解是微弱的，由此可以進(jìn)一步推出溶液中各種微粒的濃度大小。如果某弱電解質(zhì)的電離常數(shù)接近于水甚至小于水，那么其鹽的水解程度將非常大。比如，乙醇的pKa為15.9[1]，因此乙醇鈉的水溶液堿性極強(qiáng)，在有機(jī)反應(yīng)中常常作為重要的強(qiáng)堿性催化劑。

綜上所述，在進(jìn)行鹽類水解復(fù)習(xí)教學(xué)時(shí)，我們需要用系統(tǒng)、整體的思維，以弱電解質(zhì)電離平衡為思考起點(diǎn)，以平衡常數(shù)為核心，經(jīng)過嚴(yán)密的邏輯推理幫助學(xué)生從定量角度進(jìn)一步理解鹽類水解的本質(zhì)，進(jìn)而對酸堿反應(yīng)、化學(xué)平衡、弱電解質(zhì)電離、溶液酸堿性和鹽類水解等概念和原理整合形成一個(gè)充分體現(xiàn)學(xué)科內(nèi)在邏輯的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

3 促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)化的鹽類水解復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)目標(biāo)

（1）能從微粒間相互作用的強(qiáng)弱關(guān)系（定性）和平衡常數(shù)（定量）的角度重構(gòu)對鹽類水解本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而深入理解影響鹽類水解的因素。

（2）以平衡常數(shù)為分析工具，學(xué)會(huì)判斷常見溶液中的微粒成分及其濃度大小比較。

（3）以醋酸鈉溶液為例，在分析鹽類水解的本質(zhì)過程中感受到邏輯推理的重要價(jià)值，并能運(yùn)用邏輯推理的方法解決類似的化學(xué)問題（氯化銨、碳酸鈉、氯化鐵等溶液）。

（4）能在思考分析過程中傾聽他人意見，相互啟發(fā)，體會(huì)到合作交流的重要。

3.2 教學(xué)重難點(diǎn)

以平衡常數(shù)為分析工具，整體考慮溶液中微粒的行為，從“競爭”、“動(dòng)態(tài)平衡”的視角理解鹽類水解的本質(zhì)及其影響因素，對混合溶液中微粒濃度大小比較進(jìn)行有序的分析。

3.3 教學(xué)結(jié)構(gòu)圖

教學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1。

3.4 教學(xué)流程

3.4.1 重構(gòu)鹽類水解的概念

引入：（投影）鹽類水解、溶液中的離子反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)速率平衡的思維導(dǎo)圖。

教師指出：鹽類水解是化學(xué)平衡的典型運(yùn)用，平衡常數(shù)是理解和解決鹽類水解問題的關(guān)鍵。

思考1：平衡常數(shù)大小可以衡量可逆反應(yīng)的進(jìn)行程度，K值越小，反應(yīng)進(jìn)行程度越低，所以H2O比HAc更難電離。那么逆反應(yīng)進(jìn)行程度如何？逆反應(yīng)分別代表哪一類反應(yīng)？endprint

設(shè)計(jì)意圖：（1）從學(xué)生熟悉的弱電解質(zhì)電離平衡入手，根據(jù)可逆反應(yīng)的特點(diǎn)，以平衡常數(shù)為紐帶將“弱電解質(zhì)的電離、強(qiáng)酸制弱酸”等已有的知識(shí)進(jìn)行整合，初步形成邏輯鏈，再根據(jù)這個(gè)邏輯鏈推理出鹽溶于水時(shí)微粒在溶液中的各種行為及程度大小，促使學(xué)生從“競爭”和“動(dòng)態(tài)平衡”的角度深入理解鹽類水解本質(zhì)，同時(shí)也提高了相關(guān)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化水平。（2）根據(jù)弱電解質(zhì)（醋酸和水）電離平衡常數(shù)推導(dǎo)出水解平衡的平衡常數(shù)數(shù)值，促進(jìn)學(xué)生將原有的定性認(rèn)識(shí)逐步發(fā)展到定量認(rèn)識(shí)。

3.4.2 形成分析微粒濃度大小的有序思維

情境創(chuàng)設(shè)：無論通過實(shí)驗(yàn)測定還是運(yùn)用K值計(jì)算，均可得到如下結(jié)論：

25℃時(shí)，1mol/L醋酸溶液，醋酸的電離度約為0.14%；1mol/L醋酸鈉溶液，醋酸根的水解程度約為0.01%；醋酸鈉固體溶于水，視為100%電離；純水的電離度約為10-7%。

問題解決1：根據(jù)K分析，弱酸HX及其鈉鹽NaX形成濃度均為0.1mol/L的混合溶液pH為6，請分析溶液中的微粒成分及濃度大小關(guān)系。

問題解決2：根據(jù)溶液pH，進(jìn)一步分析上述微粒的具體濃度大小。

學(xué)生通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)：雖然都是“>”，但其差別非常大：c（X-）、c（Na+）和c（HX）極為接近，c（HX）遠(yuǎn)大于c（H+）。

設(shè)計(jì)意圖：利用平衡常數(shù)將不同物質(zhì)電離程度進(jìn)行半定量化，既有助于學(xué)生對“微弱”有直觀認(rèn)識(shí)，也便于學(xué)生在分析溶液中微粒濃度大小時(shí)能形成主次有序的思維方法，促進(jìn)學(xué)生有序思維的發(fā)展[2]。通過進(jìn)一步計(jì)算具體濃度，可以促進(jìn)學(xué)生對常見的“比較大小”、電荷守恒和物料守恒有更加深刻直觀的認(rèn)識(shí)。

3.4.3 對鹽類水解影響因素的再認(rèn)識(shí)

思考4：在鹽類水解學(xué)習(xí)中我們常常說“越弱越水解”，能否從平衡常數(shù)的角度進(jìn)行說明？

學(xué)生：酸根水解的平衡常數(shù)表達(dá)式為Kw/Ka，酸越弱，Ka越小，則水解平衡常數(shù)越大，即水解程度越大。

思考5：已知室溫下HX，Ka=10-6，HY，Ka=10-7。請分析NaX溶液和NaY溶液的pH大小關(guān)系。請解釋原因。影響水解程度大小的因素有哪些？

學(xué)生：不能比較，因?yàn)樗獬潭却笮∨c物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也與濃度、溫度和溶液中的某些微粒（如氫離子、氫氧根等）有關(guān)。

思考6：以1L 0.1mol/L NaAc溶液為例，當(dāng)溶液稀釋到2L時(shí)，請從平衡常數(shù)的角度進(jìn)行說明“越稀越水解”？

學(xué)生討論得出：根據(jù)K和Qc的比較可以判斷出，稀釋促使水解平衡正向進(jìn)行，即水解程度增大。

設(shè)計(jì)意圖：在新課教學(xué)中對影響鹽類水解程度因素的分析是通過實(shí)驗(yàn)和勒夏特列原理展開的，學(xué)生常常記住一些諸如“越弱越水解”的結(jié)論，本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)在于從平衡常數(shù)角度分析影響水解程度的因素，將定性的經(jīng)驗(yàn)結(jié)論上升到定量的理論依據(jù)，從而促進(jìn)學(xué)生對水解規(guī)律的深刻認(rèn)識(shí)。

3.4.4 拓寬鹽類水解的固有思維

拓展視野：如果某種弱酸HQ的電離程度略小于水的電離程度。則將適量的NaQ固體溶入水中，請推測Q-的水解程度大小，并寫出其水解離子方程式。

學(xué)生討論，得出結(jié)論：由于HQ電離程度略小于水，意味著Q-比OH-結(jié)合H+能力略強(qiáng)，從微粒間“競爭和動(dòng)態(tài)平衡”角度分析，因此會(huì)有大部分Q-發(fā)生了水解。

閱讀材料：（百度百科）乙醇的Ka=10-16，比水更難電離。乙醇鈉，又稱乙氧基鈉，白色或微黃色吸濕性粉末，可溶于無水乙醇而不分解，遇水分解成氫氧化鈉和乙醇；用作強(qiáng)堿性催化劑、乙氧基化劑以及作為一種凝聚劑和還原劑用于有機(jī)合成中。

師生共同研讀閱讀材料。

設(shè)計(jì)意圖：鹽類的水解通常是微弱的。學(xué)生往往將此作為“重要結(jié)論”，在分析微粒濃度大小的時(shí)候，這個(gè)觀點(diǎn)是重要依據(jù)。實(shí)質(zhì)上，其根本原因在于常見弱電解質(zhì)的電離常數(shù)比水要大得多。以假想的HQ為對象，利用剛剛學(xué)習(xí)過的知識(shí)方法分析其水解反應(yīng)，再提供乙醇鈉相關(guān)的閱讀材料目的在于讓學(xué)生對鹽類水解的理解更加全面，避免認(rèn)識(shí)固化。

4 教學(xué)反思

中學(xué)化學(xué)屬于化學(xué)學(xué)科教育的基礎(chǔ)階段，需要對一些概念和原理進(jìn)行簡化處理便于學(xué)生初步認(rèn)識(shí)化學(xué)學(xué)科。為了幫助學(xué)生學(xué)習(xí)特別是為了解題需要，教師常常歸納出一些經(jīng)驗(yàn)性方法或結(jié)論，這些經(jīng)驗(yàn)性的方法或結(jié)論適用范圍較窄或不夠嚴(yán)謹(jǐn)，也容易導(dǎo)致學(xué)生機(jī)械記憶，因此學(xué)生對化學(xué)學(xué)科內(nèi)在的邏輯性感受不如物理學(xué)科那么深刻。細(xì)細(xì)考察鹽類水解原理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)鹽類水解具有良好的邏輯性，平衡常數(shù)是邏輯鏈的核心，在復(fù)習(xí)教學(xué)中充分體現(xiàn)學(xué)科內(nèi)在的邏輯結(jié)構(gòu)，既能幫助學(xué)生深入理解概念、原理，又能讓學(xué)生對化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)有新的認(rèn)識(shí)。

布魯納在《教育過程》中指出：任何學(xué)科都具有其固有的基本結(jié)構(gòu)，學(xué)科基本結(jié)構(gòu)指知識(shí)的整體性和事物的普遍聯(lián)系，而非孤立的事實(shí)本身和零碎的知識(shí)結(jié)論。教師需要充分考察學(xué)生的認(rèn)知水平，精心設(shè)計(jì)教學(xué)以促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)相吻合，一般而言，學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與化學(xué)學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)吻合度越高，其合理性就越大，就更具有遷移應(yīng)用的能力。在本節(jié)課的設(shè)計(jì)中從弱電解質(zhì)（以醋酸和水為例）電離平衡開始，根據(jù)平衡常數(shù)特點(diǎn)分析電離的逆向過程，初步認(rèn)識(shí)到微粒間的相互作用關(guān)系，進(jìn)而猜想醋酸鈉固體溶于水時(shí)的微粒行為，又用平衡常數(shù)證明了猜測結(jié)果，水到渠成地重新建構(gòu)了鹽類水解概念，再繼續(xù)推演出微粒濃度比較的基本方法和影響鹽類水解的因素。本節(jié)課凸顯了將宏觀-微觀和定性-定量之間充分結(jié)合，依據(jù)嚴(yán)密的邏輯推理形成新的知識(shí)，使新、舊知識(shí)之間通過牢固的邏輯鏈，形成結(jié)構(gòu)良好的知識(shí)組塊，這不僅有助于學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)，也有助于知識(shí)的提取和遷移，為化學(xué)問題解決提供了基本思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢其毅.基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2005：29.

[2]徐宇峰，彭小平.理清學(xué)生解題錯(cuò)誤原因，提高習(xí)題教學(xué)效率——從一個(gè)教學(xué)案例說起[J].化學(xué)教育，2015，（13）：36～39.endprint