巧用數(shù)軸法書寫質(zhì)子守恒表達(dá)式探析

云南 朱全歡

1.問題背景

質(zhì)子守恒表達(dá)式的書寫是歷年高考化學(xué)考試考查的熱門和難點，一般都是通過聯(lián)立電荷守恒表達(dá)式和物料守恒表達(dá)式得到，該處理方法繁瑣、低效又容易出錯，還不利于檢查判斷是否正確。

為簡便快捷地書寫質(zhì)子守恒表達(dá)式，有許多的相關(guān)研究，例如：葉書林老師和洪賽君老師的用數(shù)軸法書寫質(zhì)子守恒表達(dá)式。很多都只是介紹了單一方法、單一溶液、混合溶液中的一項，部分方法還比較抽象，如葉書林老師和洪賽君老師的數(shù)軸法，雖然解決質(zhì)子守恒表達(dá)式時直觀新穎、書寫單一溶液較簡捷，但是混合溶液的書寫不易理解、刻度的確定容易出錯。

因此，行之有效且簡便快捷的書寫質(zhì)子守恒表達(dá)式方法很有必要，經(jīng)查閱大量期刊文獻(xiàn)和結(jié)合教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)了如何用數(shù)軸法來巧寫質(zhì)子守恒表達(dá)式以達(dá)到快速、簡捷、準(zhǔn)確的目的。后文中將結(jié)合實例，逐一分析。

2.理論依據(jù)

酸堿質(zhì)子理論是數(shù)軸法書寫質(zhì)子守恒表達(dá)式的基礎(chǔ)，酸堿質(zhì)子理論：酸是質(zhì)子的給予體(即任何能釋放出質(zhì)子的含有氫原子的分子或離子都是酸);堿是質(zhì)子的接受體(即任何能與質(zhì)子相結(jié)合的分子或離子都是堿)。酸給出質(zhì)子后生成的堿是這種酸的共軛堿;堿接受質(zhì)子后生成的酸是這種堿的共軛酸。按照酸堿質(zhì)子理論酸與堿之間的關(guān)系可用“酸=質(zhì)子(H+)+堿”來表示。

3.基本步驟

(3)將數(shù)軸上微粒與其對應(yīng)刻度的絕對值相乘后相加，由質(zhì)子得失守恒可知：∑(“0”左側(cè)微粒濃度×|對應(yīng)刻度|)=∑(“0”右側(cè)微粒濃度×|對應(yīng)刻度|)，將得到的式子變式處理后即可得到質(zhì)子守恒表達(dá)式。如在NaHCO3溶液中，由數(shù)軸圖可得關(guān)系式：

4.實例

4.1 單一溶液

( )

【答案】D

【解析】D選項中，c(Na+)=2c(總)的溶液中溶質(zhì)為Na2C2O4，檢驗的目的是書寫Na2C2O4溶液中的質(zhì)子守恒表達(dá)式。

因此，由上述方法分析可知，D選項正確(A、B、C三個選項與本研究無關(guān)，不再闡述)。

【例2】書寫NH4HC2O4質(zhì)子守恒表達(dá)式。

4.2 混合溶液

當(dāng)書寫混合溶液的質(zhì)子守恒表達(dá)式時，將溶液中的各溶質(zhì)進(jìn)行分離對待，用數(shù)軸法寫出單一溶液各溶質(zhì)的質(zhì)子守恒表達(dá)式，調(diào)整質(zhì)子守恒表達(dá)式，使其c(H+)或c(OH-)在等號同側(cè)，然后分別乘對應(yīng)溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度后相加，化簡即得到混合溶液的質(zhì)子守恒表達(dá)式。

【例3】書寫xmol/L Na2C2O4和ymol/L NaHC2O4混合溶液的質(zhì)子守恒表達(dá)式。

得到質(zhì)子守恒表達(dá)式為

得到質(zhì)子守恒表達(dá)式為

因此，混合溶液的質(zhì)子守恒表達(dá)式：①×x+②×y，

【例4】書寫0.3 mol/L NH3·H2O和0.1 mol/L NH4Cl混合溶液的質(zhì)子守恒表達(dá)式。

以NH3·H2O和H2O為參考基準(zhǔn)對應(yīng)的數(shù)軸圖為

得到的質(zhì)子守恒表達(dá)式為

得到的質(zhì)子守恒表達(dá)式為

c(OH-)+c(NH3·H2O)=c(H+) ④

因此，混合溶液的質(zhì)子守恒表達(dá)式：③×0.3+④×0.1即

即得質(zhì)子守恒表達(dá)式：

5.總結(jié)

綜合上述分析，基于酸堿質(zhì)子理論的數(shù)軸法，通過把抽象復(fù)雜的化學(xué)問題與數(shù)學(xué)圖形相結(jié)合的方式，將難、繁、低效、抽象分別化為易、簡、高效、直觀，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機和興趣，促進(jìn)學(xué)生理解以及掌握，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新思維，有利于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成，從而提高教學(xué)效率。