化學問題解決的推理方式及其優(yōu)化

王云生+吳新建+張賢金

摘要：解決化學問題一般運用算法推理或概念推理。運用教學實例說明算法推理要建立在對科學概念的深刻理解的基礎(chǔ)之上，不能機械套用由化學語言、化學符號和數(shù)學模型來解決問題。當解決的問題情景較為復(fù)雜，需要綜合運用各種知識和概念創(chuàng)造性地解決的問題，需要把概念推理和算法推理結(jié)合起來。

關(guān)鍵詞：問題解決;算法推理;概念推理

文章編號：1008-0546（2014）12-0009-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.004

學生解決化學問題中的推理方式一般有兩種：算法推理和概念推理。某些學生偏向于運用算法推理，某些學生偏向于運用概念推理。多數(shù)學生所運用的算法推理是通過記憶和執(zhí)行一系列程序或計算式來解決問題。概念推理則是在深刻理解與所解決問題相關(guān)的核心概念的基礎(chǔ)上，通過邏輯推理來解決問題的。事實上，結(jié)構(gòu)良好的算法推理程序也是建立在對科學概念的深刻理解的基礎(chǔ)之上的[1]。

例如，定量地分析溶液組成、濃度和化學反應(yīng)的質(zhì)量和能量變化的問題。運用算法推理解答，步驟規(guī)則清晰、明確，有章可循，易于模仿。然而初學時由于較為抽象，理解困難，需要通過反復(fù)練習才能獨立地運用。運用概念推理方式，易于理解，但是，沒有固定的程序、步驟，推理方法靈活，對思維能力要求較高。例如，下列問題的解決。

例1 ? 溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)36.5%的濃鹽酸，密度是1.19 g·mL-1。

①多少升HCl（標況）通入1.00 L水中，才能得到上述濃鹽酸？

②求該鹽酸的物質(zhì)的量濃度。

習題要求用一定體積的氣體溶質(zhì)和已知體積的溶劑來配制一定質(zhì)量分數(shù)的溶液。涉及有關(guān)一定質(zhì)量分數(shù)溶液的配制計算，配制摩爾溶液的計算，氣體物質(zhì)的質(zhì)量、在標況下的體積和物質(zhì)的量的換算。運用這些計算規(guī)則的計算式，通過推理計算，可以解答問題，例如：

也可以利用這些計算式，推演、組合成總的計算式，代入數(shù)據(jù)，即可解答問題：

依題意，設(shè)用V L HCl（標況）通入1.00 L水中，能得到題設(shè)濃鹽酸，依下式即可求出所需要的HCl體積V（標況下）：

×100%=36.5%

如果運用概念推理的方式解答，從試題的情景出發(fā)，第1小題的解答，可以先運用溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的概念，通過類比（見下圖），可以求得習題所求的氯化氫的質(zhì)量。再運用物質(zhì)的量、摩爾單位和氣體摩爾體積的概念，把氯化氫的質(zhì)量換算成標況下的體積。

第2小題的解答，只要從物質(zhì)的量濃度概念的出發(fā)，求得1L 36.5%濃鹽酸（密度1.19 g·mL-1）中所含有的氯化氫的物質(zhì)的量。

運用算法推理解決問題，需要幫助學生深刻理解相關(guān)的核心概念的基礎(chǔ)上，形成一系列具有良好結(jié)構(gòu)的規(guī)則和程序。如果只靠機械地記憶一系列解決問題的程序來解決問題，知其然而不知其所以然，即使解決了問題，也無助于學生對化學概念和相應(yīng)的解決問題規(guī)則和程序的理解，不能幫助學生提高思維能力和思維品質(zhì)。例如，運用離子方程式解決有關(guān)電解質(zhì)在溶液中反應(yīng)的問題就是一例。

化學過程中，物質(zhì)微觀粒子的存在狀態(tài)，在質(zhì)和量上發(fā)生的變化，可以用化學語言、化學符號或數(shù)學模型（通常以計算式或函數(shù)圖像表示）來表征。因此，可以運用算法推理來推演變化過程和結(jié)果，分析和解決問題。例如，解答有關(guān)用離子方程式來表示電解質(zhì)在溶液中的化學反應(yīng)的問題，教科書在學生初學階段，給學生介紹離子方程式書寫的規(guī)則和四個步驟，幫助學生運用算法推理方式來解答問題。這些規(guī)則和步驟是：

1.寫出反應(yīng)的化學方程式。

2.把溶于水且完全電離的物質(zhì)寫成離子形式，難溶于水或難電離的物質(zhì)仍用化學式表示。

3.刪去化學方程式兩邊不參加反應(yīng)的離子。

4. 檢查離子方程式兩邊各元素的原子數(shù)目和離子所帶電荷總數(shù)是否相等[2]。

一些教師用“寫、拆、刪、查”概括這四個步驟。幫助學生運用這些規(guī)則、步驟，來解決問題，要注意讓學生了解規(guī)則、步驟是建立在哪些化學核心概念上。離子方程式的書寫是以電解質(zhì)和離子反應(yīng)的概念、化學反應(yīng)基本規(guī)律為基礎(chǔ)，借助化學符號和數(shù)學運算形式來表征電解質(zhì)在溶液中的反應(yīng)。步驟1的完成，是以正確認識電解質(zhì)在溶液中實際發(fā)生的化學反應(yīng)為前提;步驟4要求學生牢固地掌握化學反應(yīng)遵循的質(zhì)量守恒定律。這兩個步驟是化學方程式書寫的基本規(guī)則。步驟2、3的完成，需要依據(jù)電解質(zhì)電離和離子反應(yīng)的概念，判斷實際參加反應(yīng)和生成的物質(zhì)及其在反應(yīng)體系中存在的狀態(tài)（離子、分子或固體）。

一些學生沒有理解這些書寫規(guī)則和步驟是建立在有關(guān)電解質(zhì)電離、離子反應(yīng)的概念上的。只是機械地記憶套用離子反應(yīng)的四個步驟和規(guī)則來解答問題，問題解決過程只是算法的機械操演，沒有依據(jù)概念進行的邏輯推理。因而會產(chǎn)生許多錯誤。隨意拆、刪化學方程式中反應(yīng)物、生成物的化學式，憑臆斷拼湊出錯誤的“離子”方程式。只有建立在對化學反應(yīng)、電解質(zhì)電離和離子反應(yīng)發(fā)生條件等概念深刻理解的基礎(chǔ)之上，經(jīng)過一段時間的學習，就可以熟練地運用概念推理方式，直接寫出反應(yīng)的離子方程式。反之，機械按四個步驟做算法推演，是不可能學好離子反應(yīng)及離子方程式的書寫技能的。

許多教學實例都說明，如果學生運用算法推理解決問題，沒有真正感知和理解問題情景中化學事物，不能把化學事物的微觀表征和符號表征聯(lián)系起來，只是孤立地記憶、套用由化學語言、化學符號和數(shù)學模型來解決問題，就會產(chǎn)生錯誤和困難。

當解決的問題情景較為復(fù)雜，需要綜合運用各種知識和概念創(chuàng)造性地解決的問題，則需要把概念推理和算法推理結(jié)合起來。

例如，下面一道問題，沒有解答類似問題經(jīng)驗的學生往往難以入手：

例2 ? 已知25℃時，F(xiàn)e（OH）3 的Ksp=2.79×10-39。求該溫度下反應(yīng) Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O的平衡常數(shù)K。

不少沒有解答過類似問題的學生，覺得解決問題難以入手。有的教師告訴這些學生，利用溶度積的計算式和水的離子積常數(shù)的計算式，做數(shù)學變換，就可以輕易解答：

25℃時，F(xiàn)e（OH）3 ?Ksp=c（Fe3+）×c3（OH-）=2.79×10-39，

c（H+）×c（OH-）=Kw=1×10-14;

因此，反應(yīng)Fe（OH）3+3H+Fe3++ 3H2O的平衡常數(shù)：

K====2.79×103。

學生運用上述算法推理，可以解決問題。但他們不理解上述算法的推理的基礎(chǔ)，即，不知道解答思路是怎么“想”出來的。即使解答了問題，對化學概念的理解并未得到提高，分析解答問題的能力也沒有得到提高。只有幫助學生意識到，在Fe（OH）3 的濁液中存在Fe（OH）3 的溶解平衡和水的電離平衡，加入酸溶液，引入了Fe（OH）3和H+離子反應(yīng)的平衡體系。一定條件下，反應(yīng)液中三種平衡體系達到平衡狀態(tài)，c（H+）、c（OH-）、c（Fe3+）的數(shù)值都是定值，且同時滿足三個平衡體系的平衡常數(shù)計算式。因此，可以從水的離子積和Fe（OH）3溶度積的計算式，通過簡單的代換，運用相同溫度下水的離子積、Fe（OH）3的溶度積，求得Fe（OH）3和酸反應(yīng)的平衡常數(shù)。

只有揭示出算法推理方式的基礎(chǔ)，即算法推理所依據(jù)的科學概念，幫助學生理解化學事物的符號表征和微觀表征的關(guān)系，才能讓學生獲得頓悟，更深刻地理解、更牢固的掌握算法推理的規(guī)則和程序。同時，提高學生運用概念推理方式解決問題的能力。

中學化學學習中，有關(guān)電解質(zhì)混合溶液中的離子濃度大小的分析，對高中學生來說是比較困難的問題。因為它的分析解答，需要的認知即推理方式較為復(fù)雜?；旌先芤褐懈鹘M分電解質(zhì)的組成、濃度、電離程度，混合溶液的pH、溫度，各組分間的相互作用（包括某些鹽類的水解反應(yīng)）都是影響離子濃度的因素。要依據(jù)問題情景，抓住主要矛盾，做周密的分析、推理不容易。為了幫助學生應(yīng)付這類習題和試題。不少老師，補充了大學分析化學有關(guān)電解質(zhì)溶液組成的三個算法推理規(guī)則（物料守恒、電荷守恒、質(zhì)子守恒），用大量范例和練習做解題訓練。其實，這些結(jié)構(gòu)良好的算法推理也是建立在對科學概念的深刻理解的基礎(chǔ)之上的。教學中應(yīng)該研究怎樣在不增加學生學習負擔的基礎(chǔ)上，幫助學生理解、掌握電解質(zhì)溶液組成相關(guān)概念。

對電解質(zhì)溶液離子組成進行定性、定量分析的問題，應(yīng)該在理解并熟練掌握有關(guān)電解質(zhì)電離、離子反應(yīng)、水的電離、鹽的水解原理等知識的基礎(chǔ)上，幫助學生形成下列核心概念，提高運用核心概念進行邏輯推理和邏輯判斷的能力。

①認識電解質(zhì)的水溶液中一定存在強電解質(zhì)的電離、水的電離平衡、弱電解質(zhì)的電離平衡。如果溶液中存在能發(fā)生水解的鹽，還存在鹽的水解平衡，分析一定濃度的電解質(zhì)溶液中的離子組成和濃度關(guān)系，要全面考慮這些影響因素。

②幾種電解質(zhì)同時溶解于水中，或者幾種電解質(zhì)溶液的混合，可能發(fā)生反應(yīng)。要注意分析是否發(fā)生反應(yīng)。若有反應(yīng)發(fā)生，要依據(jù)反應(yīng)后得到的溶液的組成來分析溶液的離子組成和離子濃度大小關(guān)系。

③知道不論電解質(zhì)在溶液中發(fā)生什么變化，電解質(zhì)溶液總是呈電中性的，陰、陽離子所帶正、負電荷總量一定相等。比如，NaHCO3 溶液中一定有：

c（H+）+c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（OH-）

④知道電解質(zhì)溶液中，組成該電解質(zhì)的各元素的原子總數(shù)不會發(fā)生變化。即，某一組分的原始濃度應(yīng)等于它在溶液中以各種形式存在的離子和分子得濃度總和。如，在NaHCO3 溶液中一定有：

c（HCO3-）+c（CO32-）+c（H2CO3）=c（Na+）

⑤認識電解質(zhì)溶液中水以及電解質(zhì)所得到或失去質(zhì)子（H+）的總的物質(zhì)的量是相等的。

如，在NaHCO3 溶液中一定有：c（H+） +c（H2CO3）= c（CO32-）+c（OH-）

又如，在H3PO4溶液中有：

c（H+）=c（H2PO4-）+ 2c（HPO42-） + 3c（PO43-） +c（OH-）

學生牢固地掌握了這些概念，離子濃度的分析，就不是難事。如下述問題的解答。

例3 ?下列有關(guān)電解質(zhì)溶液中微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是（ ）

A.在0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中：

c（Na+）>c（HCO3-）>c（CO32-）>c（H2CO3）

B.在0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中：

c（OH-）-c（H+）=c（HCO3-）+2c（H2CO3）

C.向0.2 mol·L-1 NaHCO3溶液中加入等體積0.1 mol·L-1 NaOH溶液：

c（CO32-）> c（HCO3-）> c（OH-）>c（H+）

D.常溫下，某CH3COONa和CH3COOH混合溶液，已知pH=7，c（Na+）=0.1 mol·L-1，則：

c（Na+）=c（CH3COO-）>c（CH3COOH ）>c（H+）=c（OH-）

（答案：B D）

運用上述核心概念，通過概念推理方式，可以順利解決問題。

0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中，HCO3-在溶液中存在水解與電離兩個過程。NaHCO3溶液呈弱堿性，HCO3-電離程度很小，HCO3-在溶液中水解程度大于電離程度，水解產(chǎn)生的H2CO3多于電離產(chǎn)生的CO32-，因此有： c（HCO3-）>c（CO32-）;c（H2CO3）>c（CO32-）?？膳袛?，選項A c（HCO3-）>c（CO32-），符合題意，而c（CO32-）>c（H2CO3），不符合題意。

若依B項所設(shè)，0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中，c（OH-）=c（HCO3-）+2c（H2CO3-） + c（H+），則說明溶液中的c（OH-）（即水失去氫離子的產(chǎn)物）等于CO32-轉(zhuǎn)化為HCO3-和H2CO3所結(jié)合的氫離子濃度、溶液中尚存在的自由氫離子濃度的總和，符合事實。因此，該項符合題意。

選項C，向0.2 mol·L-1 NaHCO3溶液中加入等體積0.1 mol·L-1NaOH溶液，所得到的新溶液相當于0.05 mol·L-1的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的混合液。因為Na2CO3的水解程度大于NaHCO3，由于水解，CO32-離子濃度的降低大于HCO3-離子濃度的降低。因此，應(yīng)有下列關(guān)系：c（HCO3-）>c（CO32-）> c（OH-）>c（H+）。選項C中，c （CO32-）> c（HCO3- ）錯誤，該項不符合題意。

選項D設(shè)定情景是常溫下，pH=7、c（Na+）=0.1 mol· L-1的CH3COONa和CH3COOH混合溶液。因為溶液中只存在Na+、H+、OH- 、CH3COO-四種離子，存在CH3COO-離子的水解平衡和CH3COOH的電離平衡。電解質(zhì)溶液中陰陽離子所帶正負電荷總量總是相等的，常溫下溶液pH=7，則有c（H+）=c（OH-）=1×10-7 mol·L-1，且c（Na+）=c（CH3COO-）=0.1 mol· L-1。因為，CH3COOH電離程度大于CH3COO-的水解程度，而混合溶液仍然呈中性，可見混合溶液中，應(yīng)有

c（H3COO-）>c（CH3COOH）。因此，該選項符合題意。

參考文獻

[1] 胡誼，郝寧.教育心理學理論于實踐的整合觀[M].上海：華東師范大學出版社，2009：186-190

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準實驗教科書·化學[M].南京：江蘇教育出版社，2009：54

不少沒有解答過類似問題的學生，覺得解決問題難以入手。有的教師告訴這些學生，利用溶度積的計算式和水的離子積常數(shù)的計算式，做數(shù)學變換，就可以輕易解答：

25℃時，F(xiàn)e（OH）3 ?Ksp=c（Fe3+）×c3（OH-）=2.79×10-39，

c（H+）×c（OH-）=Kw=1×10-14;

因此，反應(yīng)Fe（OH）3+3H+Fe3++ 3H2O的平衡常數(shù)：

K====2.79×103。

學生運用上述算法推理，可以解決問題。但他們不理解上述算法的推理的基礎(chǔ)，即，不知道解答思路是怎么“想”出來的。即使解答了問題，對化學概念的理解并未得到提高，分析解答問題的能力也沒有得到提高。只有幫助學生意識到，在Fe（OH）3 的濁液中存在Fe（OH）3 的溶解平衡和水的電離平衡，加入酸溶液，引入了Fe（OH）3和H+離子反應(yīng)的平衡體系。一定條件下，反應(yīng)液中三種平衡體系達到平衡狀態(tài)，c（H+）、c（OH-）、c（Fe3+）的數(shù)值都是定值，且同時滿足三個平衡體系的平衡常數(shù)計算式。因此，可以從水的離子積和Fe（OH）3溶度積的計算式，通過簡單的代換，運用相同溫度下水的離子積、Fe（OH）3的溶度積，求得Fe（OH）3和酸反應(yīng)的平衡常數(shù)。

只有揭示出算法推理方式的基礎(chǔ)，即算法推理所依據(jù)的科學概念，幫助學生理解化學事物的符號表征和微觀表征的關(guān)系，才能讓學生獲得頓悟，更深刻地理解、更牢固的掌握算法推理的規(guī)則和程序。同時，提高學生運用概念推理方式解決問題的能力。

中學化學學習中，有關(guān)電解質(zhì)混合溶液中的離子濃度大小的分析，對高中學生來說是比較困難的問題。因為它的分析解答，需要的認知即推理方式較為復(fù)雜。混合溶液中各組分電解質(zhì)的組成、濃度、電離程度，混合溶液的pH、溫度，各組分間的相互作用（包括某些鹽類的水解反應(yīng)）都是影響離子濃度的因素。要依據(jù)問題情景，抓住主要矛盾，做周密的分析、推理不容易。為了幫助學生應(yīng)付這類習題和試題。不少老師，補充了大學分析化學有關(guān)電解質(zhì)溶液組成的三個算法推理規(guī)則（物料守恒、電荷守恒、質(zhì)子守恒），用大量范例和練習做解題訓練。其實，這些結(jié)構(gòu)良好的算法推理也是建立在對科學概念的深刻理解的基礎(chǔ)之上的。教學中應(yīng)該研究怎樣在不增加學生學習負擔的基礎(chǔ)上，幫助學生理解、掌握電解質(zhì)溶液組成相關(guān)概念。

對電解質(zhì)溶液離子組成進行定性、定量分析的問題，應(yīng)該在理解并熟練掌握有關(guān)電解質(zhì)電離、離子反應(yīng)、水的電離、鹽的水解原理等知識的基礎(chǔ)上，幫助學生形成下列核心概念，提高運用核心概念進行邏輯推理和邏輯判斷的能力。

①認識電解質(zhì)的水溶液中一定存在強電解質(zhì)的電離、水的電離平衡、弱電解質(zhì)的電離平衡。如果溶液中存在能發(fā)生水解的鹽，還存在鹽的水解平衡，分析一定濃度的電解質(zhì)溶液中的離子組成和濃度關(guān)系，要全面考慮這些影響因素。

②幾種電解質(zhì)同時溶解于水中，或者幾種電解質(zhì)溶液的混合，可能發(fā)生反應(yīng)。要注意分析是否發(fā)生反應(yīng)。若有反應(yīng)發(fā)生，要依據(jù)反應(yīng)后得到的溶液的組成來分析溶液的離子組成和離子濃度大小關(guān)系。

③知道不論電解質(zhì)在溶液中發(fā)生什么變化，電解質(zhì)溶液總是呈電中性的，陰、陽離子所帶正、負電荷總量一定相等。比如，NaHCO3 溶液中一定有：

c（H+）+c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（OH-）

④知道電解質(zhì)溶液中，組成該電解質(zhì)的各元素的原子總數(shù)不會發(fā)生變化。即，某一組分的原始濃度應(yīng)等于它在溶液中以各種形式存在的離子和分子得濃度總和。如，在NaHCO3 溶液中一定有：

c（HCO3-）+c（CO32-）+c（H2CO3）=c（Na+）

⑤認識電解質(zhì)溶液中水以及電解質(zhì)所得到或失去質(zhì)子（H+）的總的物質(zhì)的量是相等的。

如，在NaHCO3 溶液中一定有：c（H+） +c（H2CO3）= c（CO32-）+c（OH-）

又如，在H3PO4溶液中有：

c（H+）=c（H2PO4-）+ 2c（HPO42-） + 3c（PO43-） +c（OH-）

學生牢固地掌握了這些概念，離子濃度的分析，就不是難事。如下述問題的解答。

例3 ?下列有關(guān)電解質(zhì)溶液中微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是（ ）

A.在0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中：

c（Na+）>c（HCO3-）>c（CO32-）>c（H2CO3）

B.在0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中：

c（OH-）-c（H+）=c（HCO3-）+2c（H2CO3）

C.向0.2 mol·L-1 NaHCO3溶液中加入等體積0.1 mol·L-1 NaOH溶液：

c（CO32-）> c（HCO3-）> c（OH-）>c（H+）

D.常溫下，某CH3COONa和CH3COOH混合溶液，已知pH=7，c（Na+）=0.1 mol·L-1，則：

c（Na+）=c（CH3COO-）>c（CH3COOH ）>c（H+）=c（OH-）

（答案：B D）

運用上述核心概念，通過概念推理方式，可以順利解決問題。

0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中，HCO3-在溶液中存在水解與電離兩個過程。NaHCO3溶液呈弱堿性，HCO3-電離程度很小，HCO3-在溶液中水解程度大于電離程度，水解產(chǎn)生的H2CO3多于電離產(chǎn)生的CO32-，因此有： c（HCO3-）>c（CO32-）;c（H2CO3）>c（CO32-）?？膳袛啵x項A c（HCO3-）>c（CO32-），符合題意，而c（CO32-）>c（H2CO3），不符合題意。

若依B項所設(shè)，0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中，c（OH-）=c（HCO3-）+2c（H2CO3-） + c（H+），則說明溶液中的c（OH-）（即水失去氫離子的產(chǎn)物）等于CO32-轉(zhuǎn)化為HCO3-和H2CO3所結(jié)合的氫離子濃度、溶液中尚存在的自由氫離子濃度的總和，符合事實。因此，該項符合題意。

選項C，向0.2 mol·L-1 NaHCO3溶液中加入等體積0.1 mol·L-1NaOH溶液，所得到的新溶液相當于0.05 mol·L-1的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的混合液。因為Na2CO3的水解程度大于NaHCO3，由于水解，CO32-離子濃度的降低大于HCO3-離子濃度的降低。因此，應(yīng)有下列關(guān)系：c（HCO3-）>c（CO32-）> c（OH-）>c（H+）。選項C中，c （CO32-）> c（HCO3- ）錯誤，該項不符合題意。

選項D設(shè)定情景是常溫下，pH=7、c（Na+）=0.1 mol· L-1的CH3COONa和CH3COOH混合溶液。因為溶液中只存在Na+、H+、OH- 、CH3COO-四種離子，存在CH3COO-離子的水解平衡和CH3COOH的電離平衡。電解質(zhì)溶液中陰陽離子所帶正負電荷總量總是相等的，常溫下溶液pH=7，則有c（H+）=c（OH-）=1×10-7 mol·L-1，且c（Na+）=c（CH3COO-）=0.1 mol· L-1。因為，CH3COOH電離程度大于CH3COO-的水解程度，而混合溶液仍然呈中性，可見混合溶液中，應(yīng)有

c（H3COO-）>c（CH3COOH）。因此，該選項符合題意。

參考文獻

[1] 胡誼，郝寧.教育心理學理論于實踐的整合觀[M].上海：華東師范大學出版社，2009：186-190

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準實驗教科書·化學[M].南京：江蘇教育出版社，2009：54

不少沒有解答過類似問題的學生，覺得解決問題難以入手。有的教師告訴這些學生，利用溶度積的計算式和水的離子積常數(shù)的計算式，做數(shù)學變換，就可以輕易解答：

25℃時，F(xiàn)e（OH）3 ?Ksp=c（Fe3+）×c3（OH-）=2.79×10-39，

c（H+）×c（OH-）=Kw=1×10-14;

因此，反應(yīng)Fe（OH）3+3H+Fe3++ 3H2O的平衡常數(shù)：

K====2.79×103。

學生運用上述算法推理，可以解決問題。但他們不理解上述算法的推理的基礎(chǔ)，即，不知道解答思路是怎么“想”出來的。即使解答了問題，對化學概念的理解并未得到提高，分析解答問題的能力也沒有得到提高。只有幫助學生意識到，在Fe（OH）3 的濁液中存在Fe（OH）3 的溶解平衡和水的電離平衡，加入酸溶液，引入了Fe（OH）3和H+離子反應(yīng)的平衡體系。一定條件下，反應(yīng)液中三種平衡體系達到平衡狀態(tài)，c（H+）、c（OH-）、c（Fe3+）的數(shù)值都是定值，且同時滿足三個平衡體系的平衡常數(shù)計算式。因此，可以從水的離子積和Fe（OH）3溶度積的計算式，通過簡單的代換，運用相同溫度下水的離子積、Fe（OH）3的溶度積，求得Fe（OH）3和酸反應(yīng)的平衡常數(shù)。

只有揭示出算法推理方式的基礎(chǔ)，即算法推理所依據(jù)的科學概念，幫助學生理解化學事物的符號表征和微觀表征的關(guān)系，才能讓學生獲得頓悟，更深刻地理解、更牢固的掌握算法推理的規(guī)則和程序。同時，提高學生運用概念推理方式解決問題的能力。

中學化學學習中，有關(guān)電解質(zhì)混合溶液中的離子濃度大小的分析，對高中學生來說是比較困難的問題。因為它的分析解答，需要的認知即推理方式較為復(fù)雜?；旌先芤褐懈鹘M分電解質(zhì)的組成、濃度、電離程度，混合溶液的pH、溫度，各組分間的相互作用（包括某些鹽類的水解反應(yīng)）都是影響離子濃度的因素。要依據(jù)問題情景，抓住主要矛盾，做周密的分析、推理不容易。為了幫助學生應(yīng)付這類習題和試題。不少老師，補充了大學分析化學有關(guān)電解質(zhì)溶液組成的三個算法推理規(guī)則（物料守恒、電荷守恒、質(zhì)子守恒），用大量范例和練習做解題訓練。其實，這些結(jié)構(gòu)良好的算法推理也是建立在對科學概念的深刻理解的基礎(chǔ)之上的。教學中應(yīng)該研究怎樣在不增加學生學習負擔的基礎(chǔ)上，幫助學生理解、掌握電解質(zhì)溶液組成相關(guān)概念。

對電解質(zhì)溶液離子組成進行定性、定量分析的問題，應(yīng)該在理解并熟練掌握有關(guān)電解質(zhì)電離、離子反應(yīng)、水的電離、鹽的水解原理等知識的基礎(chǔ)上，幫助學生形成下列核心概念，提高運用核心概念進行邏輯推理和邏輯判斷的能力。

①認識電解質(zhì)的水溶液中一定存在強電解質(zhì)的電離、水的電離平衡、弱電解質(zhì)的電離平衡。如果溶液中存在能發(fā)生水解的鹽，還存在鹽的水解平衡，分析一定濃度的電解質(zhì)溶液中的離子組成和濃度關(guān)系，要全面考慮這些影響因素。

②幾種電解質(zhì)同時溶解于水中，或者幾種電解質(zhì)溶液的混合，可能發(fā)生反應(yīng)。要注意分析是否發(fā)生反應(yīng)。若有反應(yīng)發(fā)生，要依據(jù)反應(yīng)后得到的溶液的組成來分析溶液的離子組成和離子濃度大小關(guān)系。

③知道不論電解質(zhì)在溶液中發(fā)生什么變化，電解質(zhì)溶液總是呈電中性的，陰、陽離子所帶正、負電荷總量一定相等。比如，NaHCO3 溶液中一定有：

c（H+）+c（Na+）=c（HCO3-）+2c（CO32-）+c（OH-）

④知道電解質(zhì)溶液中，組成該電解質(zhì)的各元素的原子總數(shù)不會發(fā)生變化。即，某一組分的原始濃度應(yīng)等于它在溶液中以各種形式存在的離子和分子得濃度總和。如，在NaHCO3 溶液中一定有：

c（HCO3-）+c（CO32-）+c（H2CO3）=c（Na+）

⑤認識電解質(zhì)溶液中水以及電解質(zhì)所得到或失去質(zhì)子（H+）的總的物質(zhì)的量是相等的。

如，在NaHCO3 溶液中一定有：c（H+） +c（H2CO3）= c（CO32-）+c（OH-）

又如，在H3PO4溶液中有：

c（H+）=c（H2PO4-）+ 2c（HPO42-） + 3c（PO43-） +c（OH-）

學生牢固地掌握了這些概念，離子濃度的分析，就不是難事。如下述問題的解答。

例3 ?下列有關(guān)電解質(zhì)溶液中微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是（ ）

A.在0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中：

c（Na+）>c（HCO3-）>c（CO32-）>c（H2CO3）

B.在0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中：

c（OH-）-c（H+）=c（HCO3-）+2c（H2CO3）

C.向0.2 mol·L-1 NaHCO3溶液中加入等體積0.1 mol·L-1 NaOH溶液：

c（CO32-）> c（HCO3-）> c（OH-）>c（H+）

D.常溫下，某CH3COONa和CH3COOH混合溶液，已知pH=7，c（Na+）=0.1 mol·L-1，則：

c（Na+）=c（CH3COO-）>c（CH3COOH ）>c（H+）=c（OH-）

（答案：B D）

運用上述核心概念，通過概念推理方式，可以順利解決問題。

0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液中，HCO3-在溶液中存在水解與電離兩個過程。NaHCO3溶液呈弱堿性，HCO3-電離程度很小，HCO3-在溶液中水解程度大于電離程度，水解產(chǎn)生的H2CO3多于電離產(chǎn)生的CO32-，因此有： c（HCO3-）>c（CO32-）;c（H2CO3）>c（CO32-）?？膳袛?，選項A c（HCO3-）>c（CO32-），符合題意，而c（CO32-）>c（H2CO3），不符合題意。

若依B項所設(shè)，0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液中，c（OH-）=c（HCO3-）+2c（H2CO3-） + c（H+），則說明溶液中的c（OH-）（即水失去氫離子的產(chǎn)物）等于CO32-轉(zhuǎn)化為HCO3-和H2CO3所結(jié)合的氫離子濃度、溶液中尚存在的自由氫離子濃度的總和，符合事實。因此，該項符合題意。

選項C，向0.2 mol·L-1 NaHCO3溶液中加入等體積0.1 mol·L-1NaOH溶液，所得到的新溶液相當于0.05 mol·L-1的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的混合液。因為Na2CO3的水解程度大于NaHCO3，由于水解，CO32-離子濃度的降低大于HCO3-離子濃度的降低。因此，應(yīng)有下列關(guān)系：c（HCO3-）>c（CO32-）> c（OH-）>c（H+）。選項C中，c （CO32-）> c（HCO3- ）錯誤，該項不符合題意。

選項D設(shè)定情景是常溫下，pH=7、c（Na+）=0.1 mol· L-1的CH3COONa和CH3COOH混合溶液。因為溶液中只存在Na+、H+、OH- 、CH3COO-四種離子，存在CH3COO-離子的水解平衡和CH3COOH的電離平衡。電解質(zhì)溶液中陰陽離子所帶正負電荷總量總是相等的，常溫下溶液pH=7，則有c（H+）=c（OH-）=1×10-7 mol·L-1，且c（Na+）=c（CH3COO-）=0.1 mol· L-1。因為，CH3COOH電離程度大于CH3COO-的水解程度，而混合溶液仍然呈中性，可見混合溶液中，應(yīng)有

c（H3COO-）>c（CH3COOH）。因此，該選項符合題意。

參考文獻

[1] 胡誼，郝寧.教育心理學理論于實踐的整合觀[M].上海：華東師范大學出版社，2009：186-190

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準實驗教科書·化學[M].南京：江蘇教育出版社，2009：54