平衡常數(shù)在“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”中的應(yīng)用研究

曾德元

(福建省晉江市子江中學(xué) 362200)

在新課改發(fā)展政策不斷推進(jìn)下，學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)學(xué)習(xí)主體，為此教師應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，而不是應(yīng)付應(yīng)試教育，在高中課堂教學(xué)過(guò)程中，化學(xué)是一門(mén)具有較強(qiáng)邏輯性、綜合性的學(xué)科，想要學(xué)生在考查中脫穎而出，教師需要在教學(xué)模式選擇和內(nèi)容規(guī)劃上，盡可能引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建扎實(shí)的學(xué)識(shí)和探析能力.

1 平衡常數(shù)概論

平衡常數(shù)在化學(xué)學(xué)科教學(xué)過(guò)程中，主要指的是在特殊化學(xué)反應(yīng)條件下，利用化學(xué)反應(yīng)，讓物質(zhì)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的反應(yīng)物質(zhì)濃度比，因此此種濃度比例通常以K作為基礎(chǔ)標(biāo)識(shí).化學(xué)科學(xué)教學(xué)時(shí)，水溶液中的離子反應(yīng)與平衡所具備的常數(shù)大小可以更清晰地展現(xiàn)出化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)狀，以此充分反映出化學(xué)正逆反應(yīng)的可能性，因此平衡常數(shù)數(shù)值越高，所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)程度越大.

在新高考發(fā)展背景下，福建省所使用的蘇教版高中化學(xué)教學(xué)材料中，水溶液中的離子反應(yīng)與平衡知識(shí)點(diǎn)主要包含：電解質(zhì)電離平衡、溶液酸堿程度、沉淀溶解平衡等，所以需要選擇相應(yīng)的題目進(jìn)行詳細(xì)分析.

2 平衡常數(shù)探索策略

平衡常數(shù)作為現(xiàn)階段高中化學(xué)考試的重要關(guān)鍵點(diǎn)之一，常見(jiàn)的考核模式主要包含：數(shù)據(jù)計(jì)算、參數(shù)對(duì)比、水溶液中的離子濃度以及守恒定律等方面，所以在考題的內(nèi)容和形式設(shè)定上，教師測(cè)試題目一般需要結(jié)合圖像，但是此種題目難度相對(duì)較大并且題目類(lèi)型具有明顯的不同，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法第一時(shí)間開(kāi)展正確地解釋.針對(duì)此種現(xiàn)狀，教師想要保證學(xué)生可以利用平衡常數(shù)解決題目，除了要求學(xué)生自身需要掌握平衡常數(shù)核心概念和計(jì)算方式，還應(yīng)利用平衡常數(shù)原理，結(jié)合題目圖像詳細(xì)分析.

在高考題目設(shè)定上，水溶液中的離子平衡從本質(zhì)上是一種系統(tǒng)性與綜合性的化學(xué)概念，由弱電離子平衡、鹽物質(zhì)水解離子平衡以及沉淀溶解離子平衡等共同構(gòu)成，在概念使用時(shí)，前兩者具有更為清晰與緊密的關(guān)聯(lián)性，為此題目設(shè)定或者元素使用上應(yīng)將兩者結(jié)合，而沉淀溶解離子平衡主要對(duì)溶解物質(zhì)中較為穩(wěn)定的強(qiáng)電解質(zhì)，為此此種概念與前兩者的聯(lián)系不大，在應(yīng)用上經(jīng)常被單獨(dú)使用.

2.1 試題研究目的

為充分了解平衡常數(shù)在水溶液中的離子反應(yīng)與平衡等知識(shí)點(diǎn)在高考題目中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，從中尋找出學(xué)生學(xué)習(xí)短板，并且在此基礎(chǔ)上，深入探索教師在日常課堂教學(xué)中是否重視變化觀念與平衡思想核心素養(yǎng)的作用，本次研究主要對(duì)2021年來(lái)福建首屆新高考化學(xué)題目、各地市的質(zhì)檢真題開(kāi)展信息調(diào)查和分析.

2.2 題目考點(diǎn)研究

實(shí)際開(kāi)展題目?jī)?nèi)容設(shè)定時(shí)，由于水溶液中的離子平衡化學(xué)反應(yīng)主要包含碘離子平衡、鹽物質(zhì)水解平衡以及溶解離子平衡，所以在考試題目?jī)?nèi)容規(guī)劃環(huán)節(jié)上，平衡常數(shù)概念內(nèi)涵、綜合實(shí)驗(yàn)以及平衡參數(shù)等成為主要考核內(nèi)容.因此需要從以下幾個(gè)方面綜合分析.

第一，根據(jù)題目的圖像有效判斷出強(qiáng)弱電解的基礎(chǔ)反應(yīng).第二，平衡常數(shù)概念以及應(yīng)用效果.第三，溶液離子常數(shù)、電離常數(shù)參數(shù)計(jì)算和應(yīng)用.第四，水溶液中的離子反應(yīng)與平衡中混合溶液酸堿性詳細(xì)判斷和使用.第五，水溶液pH參數(shù)計(jì)算、數(shù)據(jù)使用以及信息對(duì)比等方面.第六，水溶液中所包含微觀粒子物質(zhì)的基礎(chǔ)數(shù)量占比以及數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算.第七，水溶液實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)上，物質(zhì)基礎(chǔ)濃度參數(shù)的計(jì)算以及應(yīng)用.以上考核內(nèi)容在設(shè)定上，不僅需要包含選擇題目類(lèi)型，還應(yīng)增加非選擇題目類(lèi)型，比如：判斷正確和錯(cuò)誤題目類(lèi)型，除此之外，在題目?jī)?nèi)容的設(shè)計(jì)和規(guī)劃上，還應(yīng)包含守恒定律、平衡常數(shù)概念、設(shè)計(jì)圖像以及實(shí)驗(yàn)流程等.

2.3 命題解析

在化學(xué)科學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)上，新課標(biāo)以及新教材作為強(qiáng)化化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)條件，在題目?jī)?nèi)容設(shè)定上，要對(duì)水溶液中的離子反應(yīng)與平衡知識(shí)點(diǎn)考核方面強(qiáng)化環(huán)境方案設(shè)計(jì)，以此作為基礎(chǔ)條件設(shè)定相對(duì)復(fù)雜的函數(shù)圖像，有效考驗(yàn)高中學(xué)生對(duì)于化學(xué)科學(xué)的探索和研究能力，強(qiáng)調(diào)有關(guān)知識(shí)的融會(huì)貫通的綜合運(yùn)用能力，并結(jié)合其他學(xué)科知識(shí)(如：數(shù)學(xué)學(xué)科的有關(guān)函數(shù))，對(duì)學(xué)生進(jìn)行考查.

因此，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，合理搭配考試內(nèi)容與考查要點(diǎn)，幫助學(xué)生練習(xí)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)，探索考查重點(diǎn)突破化學(xué)思維障礙.

3 平衡常數(shù)探索題目

3.1 研究題目一

用0.1 mol·L-1NaOH溶液滴定20 mL 0.1 mol·L-1H2C2O4溶液的滴定曲線如圖1所示.已知：H2C2O4的lgKa1=-1.3，lgKa2=-4.3，Ksp(CaC2O4)=4.0×10-8.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ).

圖1

C.若往c點(diǎn)溶液中加入30 mL 0.1 mol·L-1CaCl2溶液，能產(chǎn)生CaC2O4沉淀

由圖1，溶液滴定曲線結(jié)構(gòu)可知：

該題目設(shè)定環(huán)節(jié)上，主要考核的內(nèi)容是水溶液酸堿混合溶液中離子反應(yīng)和平衡的內(nèi)涵，以此作為基礎(chǔ)條件，從多個(gè)角度對(duì)水溶液中電離平衡常數(shù)定義、水溶液基礎(chǔ)體積等專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行綜合研究和使用，從而有效把握水溶液反應(yīng)后的溶液物質(zhì)、電解、水解以及離子物質(zhì)基礎(chǔ)濃度之間的聯(lián)系，除此之外，教師想要培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)綜合素養(yǎng)，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注化學(xué)物質(zhì)守恒的基礎(chǔ)使用水平，重點(diǎn)把握平衡常數(shù)變化實(shí)際情況，確保水溶液體積產(chǎn)生變化后，物質(zhì)基礎(chǔ)濃度也隨之產(chǎn)生明顯變化.

3.2 研究題目二

如圖2為某實(shí)驗(yàn)測(cè)得0.1mol·L-1NaHCO3溶液在升溫過(guò)程中(不考慮水揮發(fā))的pH變化曲線.下列說(shuō)法正確的是( ).

圖2

A.a點(diǎn)溶液的c(OH-)比c點(diǎn)溶液的小

B.a點(diǎn)時(shí)，Kw

第一，如果選A，平衡參數(shù)隨著溫度的不斷提升而不斷增加，那么a水溶液的pH數(shù)值與c水溶液的pH數(shù)值基本上處于相同數(shù)值，但是c水溶液的基礎(chǔ)溫度較高，所以a水溶液c(OH-)明顯比a溶液小.

該試題在研究過(guò)程中，重點(diǎn)考核鹽類(lèi)水溶液中平衡常數(shù)的使用效果，因此該題目?jī)?nèi)容規(guī)劃和設(shè)定上需要重點(diǎn)明確鹽類(lèi)溶液的水解原理、水溶液酸堿程度以及水溶液pH關(guān)系作為題目解答關(guān)鍵.所以在題目解答環(huán)節(jié)上需重點(diǎn)關(guān)注圖像中的a、c兩個(gè)位置點(diǎn)，圖中雖然pH數(shù)值雖然相同，但是溫度不同，此時(shí)Kw物質(zhì)已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的區(qū)別.

3.3 研究題目三

當(dāng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度達(dá)到25℃，需要使用用0.1 mol·L-1NaOH溶液分別滴定20mL濃度均為0.1 mol·L-1的HCl、CH3COOH，所加NaOH溶液的體積與反應(yīng)后溶液pH的關(guān)系如圖3所示.現(xiàn)用0.1 mol·L- 1NaOH溶液滴定20 mL濃度均為0.1 mol·L-1的HCl和CH3COOH的混合酸溶液，下列敘述正確的是( ).

圖3

A. CH3COOH 的電離常數(shù)Ka約為 1×10-6

B．滴定混合酸至pH=4.4 時(shí)，僅發(fā)生反應(yīng)：

C．滴定混合酸至pH=7時(shí)，

c(Na+)=c(CH3COO-)+c(CH3COOH)

D．滴定混合酸至pH=8.2時(shí)，c(Na+)>c(Cl-)>c(CH3COO-)>c(OH-)

第二，如果選B，可以從圖像曲線發(fā)展趨勢(shì)得知，混合溶液的pH數(shù)值為4.4時(shí)，CH3COOH物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生中和反應(yīng).

第三，如果選擇C，當(dāng)水溶液進(jìn)行混合操作并且pH數(shù)值為7時(shí)，c(Na+)>c(Cl-)

第四，如果選擇D，滴定混合酸至 pH=8.2 時(shí)，c(Na+)>c(Cl-)>c(CH3COO-)>c(OH-).

該試題在內(nèi)容設(shè)定和規(guī)劃上，主要以NaOH水溶液與混合酸溶液的離子物質(zhì)反應(yīng)以及平衡作為基礎(chǔ)條件，綜合考核電離子平衡關(guān)系、水解平衡關(guān)系以及物質(zhì)守恒關(guān)系等專(zhuān)業(yè)理論知識(shí).除此之外，在學(xué)習(xí)能力上則要求學(xué)生要從定量的角度解決化學(xué)相關(guān)的問(wèn)題.

在化學(xué)學(xué)科研究環(huán)節(jié)上，為保證高中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量水平和效果，本次研究針對(duì)福建省化學(xué)試卷題目以及試題內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分析和深入探索，同時(shí)根據(jù)水溶液離子平衡作為實(shí)際教學(xué)案例，從中詳細(xì)分析題目中的重點(diǎn)問(wèn)題，有效總結(jié)出化學(xué)高中考核的要點(diǎn)問(wèn)題.