化學(xué)模型在水溶液平衡備考的初步應(yīng)用

楊少鋒

（廣州市第六十六中學(xué)，廣東 廣州）

一、問(wèn)題提出

水溶液中存在多種平衡，包括H2O的電離平衡、弱電解質(zhì)電離平衡、鹽類(lèi)離子水解平衡，筆者把它們統(tǒng)稱(chēng)為水溶液平衡。水溶液平衡在歷年高考中既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)，是全體師生既愛(ài)又恨的考點(diǎn)之一。愛(ài)是因?yàn)樗昴昕迹键c(diǎn)穩(wěn)定，備考相對(duì)穩(wěn)定，老師都有著豐富的備考經(jīng)驗(yàn)。恨是因?yàn)榭疾榈姆绞?、題型多變、可考查的物質(zhì)多變，不容易得分，考生普遍反映難！

教育部在新課程改革中提出了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”。如何把這個(gè)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)在日常教學(xué)環(huán)節(jié)中？筆者結(jié)合化學(xué)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，在日常教學(xué)中不斷摸索、實(shí)踐，把核心素養(yǎng)的培養(yǎng)形成探究性教學(xué)，筆者以高考中常見(jiàn)考點(diǎn)水溶液平衡為教學(xué)案例做一淺析。

二、設(shè)計(jì)思路

筆者按化學(xué)模型開(kāi)發(fā)、建立、拓展運(yùn)用的過(guò)程，構(gòu)建了水溶液平衡模型，嘗試解決水溶液中高考常見(jiàn)的兩種問(wèn)題，即判斷離子濃度大小與溶液離子等式對(duì)錯(cuò)，進(jìn)一步發(fā)揮化學(xué)模型在水溶液平衡備考中的作用。

筆者提倡用具體的案例代替抽象的理論說(shuō)明推導(dǎo)，本文分別以 0.1mol·L-1NH4Cl溶液與 0.1mol·L-1Na2CO3溶液為例，演示了模型的初步建立到模型拓展。NH4Cl溶液存在一個(gè)單一的離子水解平衡，把它作為水溶液平衡的雛形，更適合學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，有信心通過(guò)模型來(lái)認(rèn)知水溶液的各種平衡。再以Na2CO3溶液為例，從再到可以讓學(xué)生清晰地感受到水溶液平衡的拓展。水溶液平衡模型旨在幫助學(xué)生形成水溶液各種平衡建立的過(guò)程，理解各種微粒的來(lái)源及改變情況。水溶液平衡是化學(xué)平衡中的一種，所以化學(xué)平衡移動(dòng)原理同樣適用于水溶液平衡，再結(jié)合溶液電中性原理，建立各種常見(jiàn)的等式，可以幫助學(xué)生掌握這類(lèi)知識(shí)點(diǎn)的考查。筆者的化學(xué)模型就是建立在這樣的具體案例上，讓學(xué)生更好地理解并初步掌握模型認(rèn)知的學(xué)習(xí)能力。

三、教學(xué)過(guò)程

1.開(kāi)門(mén)見(jiàn)山，直接展示水溶液平衡模型。

［模型引入］ 以0.1mol·L-1NH4Cl水溶液為例，建立水溶液平衡的化學(xué)模型。如下所示。

水溶液平衡模型

［師生互動(dòng)］ 我們進(jìn)行模型拆解、說(shuō)明。

（1）先寫(xiě)所有水溶液中一定存在平衡，也就是①式水電離平衡。

①H2O?H++OH-

（2）再寫(xiě)出溶質(zhì)的電離，即②式。

（3）最后考慮，溶質(zhì)電離出的離子能否建立新的平衡，即③式。

設(shè)計(jì)意圖：模型以簡(jiǎn)單的NH4Cl溶液為例，展示了模型的建立過(guò)程，讓學(xué)生直觀、容易接受、可模仿。降低了學(xué)生對(duì)模型認(rèn)知的畏懼心理，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。

2.探究活動(dòng)一：水溶液中離子濃度大小比較

模型認(rèn)知是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，模型越是簡(jiǎn)單，背后所隱藏的、可拓展的信息也就越豐富。

［引出問(wèn)題］ 建立水溶液平衡后，水溶液中各種微粒濃度大小如何比較呢？

［方法展示］ 建立水溶液平衡，尋找離子的來(lái)源，可以輕松完成離子濃度大小比較。仍然以0.1mol·L-1NH4Cl為例，比較溶液中各種離子濃度大小。

首先建立水溶液平衡。

①H2O?H++OH-

②

［模型拓展1］ ②式中，配上具體濃度的數(shù)據(jù)更直觀。

離子減少示意圖

通過(guò)水溶液平衡的建立，我們可以直觀看到各種離子的來(lái)源。如H+的來(lái)源，即①③式。

所以我們可以輕松地得出c（H+）>c（OH-），c（H+）>c（NH3·H2O）。

設(shè)計(jì)意圖：展示模型的拓展，學(xué)生可以清晰地認(rèn)識(shí)知識(shí)的延伸，模型豐富性，讓學(xué)生可以樹(shù)立掌握更多知識(shí)的信心。

［學(xué)生交流］

下面請(qǐng)看2012年廣東高考真題：對(duì)于常溫下pH為2的鹽酸，表述正確的是 （ ）

A.c（H+）=c（Cl-）+c（OH-）

B.與等體積pH=12的氨水混合后所得溶液顯酸性

C.由 H2O 電離出的 c（H+）=1.0×10-12mol·L-1

D.與等體積0.01mol·L-1乙酸鈉溶液混合后所得溶液中：c（Cl-）=c（CH3COO-）

［教師點(diǎn)撥］ B選項(xiàng)，混合后所得溶液其實(shí)為，NH4Cl與氨水的混合溶液且氨水過(guò)量。建立水溶液平衡如下①H2O?H++OH-，③從離子的來(lái)源可以得出，c（OH-）>c（H+）即顯堿性，故 B 錯(cuò)。

D選項(xiàng)，pH=2的鹽酸濃度0.01mol·L-1，與乙酸鈉混合后所得溶液其實(shí)為，乙酸與NaCl的混合溶液。建立水溶液平衡H2O?H++OH-CH3COOH?H++CH3COO-，c（Cl-）>c（CH3COO-），故 D錯(cuò)。

［模型拓展2］ 以0.1mol·L-1Na2CO3溶液為例，比較溶液中各種離子濃度大小。根據(jù)先寫(xiě)出水的平衡、溶質(zhì)電離、離子水解新平衡，可以得出以下水溶液平衡。

0.1mol·L-1Na2CO3水溶液平衡

（1）H2O?H++OH-

配上離子大小數(shù)據(jù)，

再看其他離子來(lái)源，我們可以輕松得出它們的大小比較。

①H2O?H++OH-

c（OH-）>c再?gòu)?fù)雜一點(diǎn)的，c（OH-）

［設(shè)計(jì)意圖］ 選用Na2CO3溶液為拓展，是因?yàn)棰谑疆a(chǎn)生的會(huì)繼續(xù)建立新的平衡，即③式，學(xué)生會(huì)直接完成的兩步水解過(guò)程，比較難理解的實(shí)際水解過(guò)程。這樣處理也體現(xiàn)了模型拓展循序漸進(jìn)的特點(diǎn)。

3.探究活動(dòng)二：水溶液平衡的兩種守恒

［師生互動(dòng)］（1）電荷守恒，根據(jù)溶液呈電中性的原理。即溶液中所有陽(yáng)離子的正電荷之和等于所有陰離子的負(fù)電荷之和。如在0.1mol·L-1NH4Cl溶液中，根據(jù)水溶液平衡，陽(yáng)離子有 Na+、H+，陰離子有 Cl-、OH-。它們建立的等式為+c（H+）=c（Cl-）+c（OH-）。又如在0.1mol·L-1Na2CO3溶液中，根據(jù)水溶液平衡，陽(yáng)離子有Na+、H+，陰離子有它們建立的等式為：c（Na+）+c（H+）

（2）物料守恒，即原子守恒關(guān)系。如在0.1mol·L-1NH4Cl溶液中，根據(jù)水溶液平衡得知在離子建立新的平衡前=c（Cl-）=0.1mol·L-1。所以我們建立 c（N）=0.1mol·L-1，由于所以我們得出：

［學(xué)生交流］（2013安徽高考）已知NaHSO3溶液顯酸性，溶液中存在以下平衡：

向0.1mol·L-1的NaHSO3溶液中分別加入以下物質(zhì)，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是 （ ）

A.加入少量金屬 Na，平衡①左移，平衡②右移，溶液中c（HSO3-）增大

B.加入少量 Na2SO3固體，則 c（H+）+c（Na+）=c（HSO3-）+c（OH-）

C.加入少量NaOH溶液，的值均增大

［教師點(diǎn)撥］ B選項(xiàng)。雖然加入了Na2SO3，但根據(jù)電中性原理，可以輕松建立等式：則所以B選項(xiàng)明顯錯(cuò)誤。

四、實(shí)踐感悟

水溶液中存在各種平衡，一直以來(lái)都是高考命題者喜歡的熱點(diǎn)，而水溶液平衡本身也是化學(xué)平衡的主要組成部分。命題人可以在考查的物質(zhì)上做變動(dòng)，還可以在數(shù)據(jù)表征上做改變，甚至結(jié)合最近喜歡用的圖像坐標(biāo)來(lái)增加難度，不管怎么變，其考查的本質(zhì)是不會(huì)改變的。水溶液平衡模型的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，恰恰抓住了這一本質(zhì)，可以幫助考生牢牢掌握這類(lèi)題型的考查，在高考中從容答題拿分。

“模型認(rèn)知與證據(jù)推理”化學(xué)核心素養(yǎng)之一，結(jié)合化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與學(xué)生認(rèn)知角度，建立水溶液平衡模型，可以幫助學(xué)生更直觀、清晰地學(xué)習(xí)相關(guān)化學(xué)知識(shí)，可以幫助學(xué)生更好地掌握模型認(rèn)知的學(xué)習(xí)能力。