水溶液中展現(xiàn)出的內(nèi)在美和外在美
———以探究“弱電解質(zhì)的電離平衡”實驗為例

◇ 王曉麗

高中化學(xué)反應(yīng)原理知識理論性強、難度大，這無疑增加了學(xué)生理解的難度，筆者在教學(xué)過程中不斷研究如何讓抽象的問題形象化，如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的態(tài)度，如何更好地展現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的魅力．事實證明把實驗引進課堂既能讓學(xué)生宏觀上觀察到實驗現(xiàn)象又能讓學(xué)生感受到化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在變化．實驗是化學(xué)的靈魂，也是開啟智慧大門的鑰匙．

1 教學(xué)思路

本節(jié)課選自魯科版《化學(xué)反應(yīng)原理》第三章第2節(jié)“弱電解質(zhì)的電離 鹽類的水解”的第1課時“弱電解質(zhì)的電離平衡”，其內(nèi)容比較抽象．為使理論知識具體化，筆者通過對比實驗，定性和定量地測量濃度均為0．1mol·L－1的醋酸和鹽酸溶液的pH，讓學(xué)生了解弱電解質(zhì)在水溶液中不能完全電離，存在電離平衡．那么弱電解質(zhì)電離平衡的限度怎樣，如何衡量呢?教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)平衡思想的角度學(xué)習(xí)電離平衡常數(shù)和電離度．

2 基于學(xué)科素養(yǎng)的教學(xué)目標

1)通過對比實驗，能從宏觀辨識強、弱電解質(zhì)溶液與金屬反應(yīng)的實驗現(xiàn)象到微觀辨析強、弱電解質(zhì)在水溶液中離子濃度差異現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)弱電解質(zhì)溶液中存在電離平衡．

2)能運用變化觀念和平衡思想認識弱電解質(zhì)電離平衡的平衡常數(shù)和電離度，可以衡量弱電解質(zhì)電離程度的大小．

3)能通過運用證據(jù)推理和模型認知學(xué)會從本質(zhì)上分析溫度、濃度、外加物質(zhì)等因素對電離平衡的影響．

3 教學(xué)流程及情境設(shè)計

探究1認識弱電解質(zhì)的電離平衡

【問題】 0．1mol·L－1的鹽酸和0．1mol·L－1的醋酸分別與Zn粒反應(yīng)，現(xiàn)象有什么不同?主要是什么原因引起的?

【生】鋅與醋酸反應(yīng)較慢，是H＋濃度不同引起的．

【師】如何通過實驗證明0．1mol·L－1醋酸中H＋濃度比0．1mol·L－1鹽酸中H＋濃度小，引導(dǎo)學(xué)生討論實驗方案．

【動手實驗】

實驗1:定性對比．鋅粒分別與同濃度的鹽酸和醋酸反應(yīng)．

步驟1:取Zn粒1～2粒，分別加入兩支試管中；

步驟2:分別加入0．1 mol·L－1HCl溶液和0．1 mol·L－1CH3COOH溶液于兩試管中(液面約2cm高)，并將兩試管放入盛有熱水的小燒杯中，對比觀察實驗現(xiàn)象．

實驗2:定量檢測．用pH計 測0．1 mol·L－1CH3COOH溶液的pH．

具體操作:打開pH計的電源開關(guān)，把黑色冒蓋取下，將探頭浸入醋酸溶液液面以下，靜置1～2秒，讀數(shù)．實驗結(jié)束關(guān)閉開關(guān)．

【現(xiàn)象及結(jié)論】Zn粒與0．1 mol·L－1CH3COOH溶液反應(yīng)比較慢；0．1 mol·L－1CH3COOH溶液的pH大于1．說明CH3COOH在水溶液中不能完全電離，是弱電解質(zhì)．

【師】引導(dǎo)學(xué)生通過觀察辨識宏觀現(xiàn)象，運用多種方法驗證預(yù)測．

探究2認識衡量弱電解質(zhì)電離程度的量

【問題】弱電解質(zhì)在水溶液中的電離程度有多大?哪些量可以衡量其電離程度?引導(dǎo)學(xué)生寫出醋酸的電離方程式，列出平衡常數(shù)表達式．

【展示】資料數(shù)據(jù):室溫下，

【師】引導(dǎo)學(xué)生分析，弱電解質(zhì)電離程度與電離平衡常數(shù)有何關(guān)系?

【生】溫度一定時，電離常數(shù)Ka越大，該弱酸的電離程度越大，其酸性越強．

【師】當溫度相同時，如何比較0．10mol·L－1的醋酸和1mol·L－1醋酸的電離程度呢?

【生】當溫度相同時，平衡常數(shù)Ka大小一定．可從醋酸的電離度(轉(zhuǎn)化率)方面考慮．轉(zhuǎn)化率越大，其電離程度就越大．

【師】引導(dǎo)學(xué)生以化學(xué)平衡思想解決弱電解質(zhì)的電離平衡問題．

【結(jié)論】電離平衡常數(shù)和電離度均可在一定環(huán)境下衡量弱電解質(zhì)電離程度．但當外界條件改變時，會引起電離平衡的移動．

探究3認識弱電解質(zhì)電離平衡移動的本質(zhì)原因

【師】以“CH3COOH?CH3COO－＋H＋”為例分析，當溫度和濃度改變時，醋酸的電離程度如何改變呢?

【思考交流】分析表格，同一種醋酸溶液隨溫度升高，Ka如何變化?平衡如何移動?其電離程度如何變化?這說明什么問題?

【展示】資料數(shù)據(jù):不同溫度下醋酸的電離常數(shù)如表1所示．

表1

【生】通過以上數(shù)據(jù)說明弱電解質(zhì)電離的過程吸熱．升高溫度，Ka增大，醋酸的電離程度增大．

【思考交流】室溫下，將0．1 mol·L－1的醋酸溶液中加入醋酸鈉固體，醋酸的電離程度如何變化?

【生】溫度沒有發(fā)生改變，肯定不能從平衡常數(shù)的角度來判斷醋酸的電離程度，那就嘗試從電離度的角度進行判斷，首先根據(jù)當c(CH3COO－)增大時，Qc＞Ka可判斷醋酸的電離平衡向左移動，電離程度減?。?/p>

【師】引導(dǎo)學(xué)生注重證據(jù)推理的能力，用變化觀念與平衡思想解決弱電解質(zhì)電離平衡發(fā)生移動的本質(zhì)原因．

【實驗驗證】設(shè)計實驗驗證濃度改變對電離平衡的影響．

【設(shè)計方案】取少量稀氨水于試管中，加一滴酚酞，再加NH4Cl固體，觀察溶液顏色變化．

【現(xiàn)象與結(jié)論】取少量稀氨水于試管中，加一滴酚酞，溶液變成粉紅色．再加NH4Cl固體，溶液顏色逐漸變淺直至消失．說明c(OH－)減小，NH3·H2O的電離平衡向左移動，電離程度減弱．

實驗結(jié)果和理論推導(dǎo)結(jié)果統(tǒng)一，學(xué)生通過實驗可以直觀感受到弱電解質(zhì)在水溶液中的平衡移動．

【結(jié)論】溫度改變時，Ka發(fā)生改變，電離平衡發(fā)生移動．升溫，Ka增大，電離平衡向右移動；降溫，Ka減小，電離平衡向左移動．改變濃度時，Qc＜Ka時電離平衡向右移動；Qc＞Ka時電離平衡向左移動．

探究4捉住本質(zhì)，構(gòu)建模型

【師】引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維模型(如圖1)，學(xué)會從本質(zhì)上理解弱電解質(zhì)電離平衡移動的原因．

圖1 思維模型

【學(xué)以致用】試分析室溫下，將0．1 mol·L－1的醋酸溶液中加入等體積的蒸餾水(忽略體積變化)，醋酸的電離程度如何變化?

【結(jié)語】要判斷弱電解質(zhì)的電離平衡如何移動，首先應(yīng)明確外界因素的改變影響到哪些量的變化．從本質(zhì)上理解，如溫度的改變實質(zhì)上是改變了電離平衡常數(shù)而引起平衡移動，大多數(shù)弱電解質(zhì)的電離過程是吸熱的，所以溫度越高越促進電離．如濃度的改變(包含單一組分濃度的改變、多個組分濃度的改變)實質(zhì)是改變了Qc與Ka的相對大小關(guān)系．利用Qc＜Ka電離平衡向右移動，Qc＝Ka電離平衡不移動，Qc＞Ka電離平衡向左移動進行判斷．

4 教學(xué)反思

理解弱電解質(zhì)的電離平衡對于大部分學(xué)生來說都需要一段時間，如果從本質(zhì)上揭示原因，能便于學(xué)生建立模型．本節(jié)課以“認識弱電解質(zhì)的電離平衡—認識衡量弱電解質(zhì)電離程度的量—認識弱電解質(zhì)電離平衡移動的本質(zhì)原因”為主線促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展．

將化學(xué)實驗引進課堂激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和認知渴望．從視覺直觀地感受科學(xué)的魅力，讓枯燥的原理知識變得如此美妙與深奧．在備課過程中，從設(shè)計實驗到藥品準備都要考慮到細處，雖然給教師增大了難度，但在實施過程中，不僅在自主、合作、探究新知識的過程中提高了學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，還激發(fā)了他們學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣與熱情．