論電解質(zhì)溶液復(fù)習(xí)教學(xué)中的理性思維

應(yīng)化德

浙江

論電解質(zhì)溶液復(fù)習(xí)教學(xué)中的理性思維

應(yīng)化德

本文的理性思維是指對(duì)電解質(zhì)溶液的相關(guān)概念的理解方式，掌握電解質(zhì)問題的相對(duì)處理方法、近似處理方法、抓主放次的處理方法，樹立微粒觀、守恒觀、變化觀、平衡觀、離子相互牽制觀，分析判斷離子反應(yīng)的反應(yīng)順序和定量關(guān)系，形成理解電解質(zhì)溶液性質(zhì)的相對(duì)思想和絕對(duì)思想等。只有這樣，解決電解質(zhì)溶液?jiǎn)栴}時(shí)才能游刃有余。

一、概念的理解方式

化學(xué)學(xué)科體系由基本概念和基本原理構(gòu)成，概念的學(xué)習(xí)并不是把概念的定義記住，而是要理解概念的意義，知道其內(nèi)涵與外延，并有相應(yīng)的概念理解方式。人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)有相對(duì)性，概念自身也可不斷地發(fā)展與豐富。

電解質(zhì)溶液涉及一些重要的概念，如電解質(zhì)、非電解質(zhì)、強(qiáng)弱電解質(zhì)、pH、電離平衡常數(shù)、鹽類水解等。下面談電解質(zhì)的理解方法：

電解質(zhì)是在水溶液或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物，首先電解質(zhì)是化合物而非混合物，是能夠?qū)щ姷幕衔?，是在水溶液或熔融狀態(tài)下導(dǎo)電，而非本身能導(dǎo)電。

電解質(zhì)→化合物→能導(dǎo)電的→水溶液或熔融狀態(tài)。

為進(jìn)一步理解電解質(zhì)的內(nèi)涵和一些物質(zhì)的性質(zhì)，可以設(shè)計(jì)如下問題：

1.如何評(píng)價(jià)“電解質(zhì)本身往往是不導(dǎo)電的”？

如HCl在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)時(shí)均不能導(dǎo)電，但它是電解質(zhì)。NaCl在固體時(shí)不能導(dǎo)電，但熔融狀態(tài)時(shí)能導(dǎo)電，物質(zhì)三態(tài)的性質(zhì)有所不同，離子化合物在常溫時(shí)均為固態(tài)，所以上述描述相對(duì)正確。

2.NH3一般認(rèn)為是非電解質(zhì)，但實(shí)驗(yàn)證明，液態(tài)氨氣與H2O的電導(dǎo)率接近，且與水一樣也是雙聚電離，問：

(1)NH3是電解質(zhì)嗎？

(根據(jù)信息，按定義判斷是電解質(zhì))

(2)寫出NH3的電離方程式。

(3)Na能與NH3發(fā)生反應(yīng)，寫出化學(xué)方程式。

3.液態(tài)的SO2也會(huì)發(fā)生與H2O相似的電離，寫出電離方程式。

4.CH3CH2OH是非電解質(zhì)，但工業(yè)上用乙醇和NaOH反應(yīng)制備乙醇鈉(需及時(shí)吸收生成的水)，乙醇能與Na反應(yīng)生成H2。

(1)上述事實(shí)說明乙醇有什么性質(zhì)？(有電離的傾向，有酸的傾向)

(2)C2H5ONa水解溶液呈什么性？用離子方程式表示。

物質(zhì)的分類，主要依據(jù)物質(zhì)的組成和性質(zhì)，人們?cè)诓煌碾A段對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)存在相對(duì)性。電解質(zhì)與非電解質(zhì)的區(qū)分也是相對(duì)的。

二、問題處理方式

1.相對(duì)處理方法

相對(duì)處理方法是指以某種物質(zhì)的性質(zhì)做參照物，與其互相對(duì)比，或兩個(gè)過程相互抵消而得出結(jié)論的思維方法。

例如：在CH3COOH和CH3COONa的混合溶液中，c(Na+)與c(CH3COO-)的大小問題，可采用相對(duì)處理的方法，可以快速得出結(jié)論，分析如下:

當(dāng)溶液pH<7時(shí)，可認(rèn)為CH3COO-不水解而CH3COOH電離，水解被電離抵消，所以c(CH3COO-)>c(Na+)

當(dāng)溶液pH=7時(shí)，可認(rèn)為CH3COOH電離、CH3COO-水解都不產(chǎn)生，只有CH3COONa的電離，所以c(CH3COO-)=c(Na+)

當(dāng)溶液pH>7時(shí)，可認(rèn)為只有水解而CH3COOH不電離，所以c(CH3COO-)

再如：NH3·H2O的Kb=1.8×10-5，CH3COOH的Ka=1.8×10-5，CH3COONH4溶液呈中性，那么NH4NO2溶液、NH4CN溶液的酸堿性如何呢？

以CH3COONH4為參照物，由于HNO2的酸性(Ka=4.6×10-4)比CH3COOH強(qiáng)，而HCN的酸性(Ka=4.93×10-10)比CH3COOH弱，根據(jù)“越弱越水解，誰(shuí)強(qiáng)呈誰(shuí)性”，可知NH4NO2溶液為酸性，而NH4CN溶液為堿性。

2.近似處理方法

在弱電解質(zhì)溶液電離的平衡體系中，數(shù)據(jù)的近似處理，使問題簡(jiǎn)化，容易得出結(jié)論，但要注意近似處理的條件范圍。

例如：已知CH3COOH的電離平衡常數(shù)K=1.8×10-5,求0.1 mol·L-1的CH3COOH溶液中的c(H+)，設(shè)電離度為α,

c0 0

c-cαcαcα

經(jīng)查α=0.0134,則1-α≈1(一般弱電解質(zhì)的α都比較小、但在稀溶液中α?xí)容^大)

同樣可以推算pH=2的鹽酸和醋酸的物質(zhì)的量濃度分別為0.01 mol·L-1、5.56 mol·L-1，僅僅相差555倍，相同體積相同pH的HCl與CH3COOH溶液分別與足量的鋅粒反應(yīng)生成的H2相差555倍，讓學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，理性認(rèn)識(shí)更有說服力。

例如：(浙江高考2016年4月第30題節(jié)選)

N2H4的水溶液呈弱堿性，室溫下其電離常數(shù)K1≈1.0×10-6，則0.01 mol·L-1N2H4水溶液的pH等于________(忽略N2H4的二級(jí)電離和H2O的電離)。

分析NH3、N2H4、R-NH2的水溶液呈堿性的原因，氮原子上的孤電子對(duì)與水電離的氫離子形成配位鍵，電離出OH-。

1×10-4,

所以pH=10。

例如：求0.1 mol·L-1NH4Cl溶液中的c(H+)。

≈7.5×10-7mol·L-1

例如：求CH3COOH和CH3COONa混合液為中性時(shí)，兩者的濃度比。

分析：設(shè)CH3COOH和CH3COONa的濃度為c1、c2mol·L-1，c(H+)為xmol·L-1，

c1c20

c1-xc2+xx

也就是當(dāng)CH3COOH和CH3COONa混合液中，當(dāng)兩者濃度之比為1∶200時(shí)溶液接近中性，這對(duì)理解溶液的性質(zhì)，量的關(guān)系有一定的化學(xué)意義。

所以CH3COOH與CH3COONa濃度比為1∶1時(shí)，溶液呈酸性，這是比較溶液離子濃度的前提。

3.抓大放小(抓主放次)的處理方法

抓大放小，分清主次的處理方法，可以快速比較溶液中粒子濃度的大小，快速近似地計(jì)算等。

例如：已知NaHSO3溶液呈現(xiàn)酸性，比較NaHSO3溶液中的粒子濃度大小。

②方程式c(H2SO3)=c(OH-)，

同樣考慮水的電離③可得c(OH-)>c(H2SO3)。

所以離子濃度大小關(guān)系為

例如：N2H4易溶于水，是與氨相類似的弱堿，已知其常溫下電離常數(shù)K1≈1.0×10-6，常溫下，將0.2 mol·L-1N2H4·H2O與0.1 mol·L-1鹽酸等體積混合(忽略體積變化)，則此時(shí)溶液的pH等于___________(忽略N2H4的二級(jí)電離)。

分析：N2H4·H2O與鹽酸反應(yīng)后，N2H4·H2O與N2H5Cl的濃度均為0.05 mol·L-1，首先要判斷該溶液是酸性還是堿性，酸性則以水解為主，而堿性則以電離為主，根據(jù)N2H4·H2O的K值與NH3·H2O的K值接近，可判斷為堿性(NH3·H2O與NH4Cl為1∶1時(shí)，溶液為堿性遷移過來)，則

0.05-x0.05+xx

所以pH=8。

以此類推，若HCN與NaCN 1∶1的溶液呈堿性，則以水解方程式近似計(jì)算。

三、電解質(zhì)溶液學(xué)科思想或觀點(diǎn)

1.微粒觀、存在觀

(浙江高考2017年4月第23題)25℃時(shí)，在含CH3COOH和CH3COO-的溶液中，CH3COOH和CH3COO-二者中各自所占的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(α)隨溶液pH變化的關(guān)系如圖所示。下列說法不正確的是

( )

A．在pH<4.76的溶液中，c(CH3COO-)

B．在pH=7的溶液中，α(CH3COOH)=0，α(CH3COO-)=1.0

C．在pH>4.76的溶液中，c(CH3COO-)與c(OH-)之和可大于c(H+)

D．在pH=4.76的溶液中加鹽酸，α(CH3COOH)與α(CH3COO-)之和保持不變

點(diǎn)評(píng)：B項(xiàng)是錯(cuò)的，pH=7時(shí)，從圖象上看，似乎α(CH3COOH)=0，α(CH3COO-)=1.0是對(duì)的，本題的考查學(xué)生的微粒觀、存在觀，盡管此時(shí)α(CH3COOH)很小，但不可能為0，高考第一次出現(xiàn)，有一定的隱蔽性。

2.守恒觀

電解質(zhì)溶液中存在電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒等。

3.變化觀、平衡移動(dòng)觀

量變引起質(zhì)變，如CH3COOH與CH3COONa的兩者量的比例變化導(dǎo)致溶液酸堿性的變化。多元弱酸的電離逐級(jí)減弱，如H2SO3的電離：

4.離子相互牽制觀

同一離子同時(shí)牽制幾個(gè)平衡，如在HF、CH3COOH的水解溶液中，c(H+)同時(shí)制約HF、CH3COOH、H2O的電離平衡。

溶液中c(H+)=c(F-)+c(CH3COO-)+c(OH-)，溶液的氫離子的總濃度同時(shí)制約三個(gè)平衡，有

四、電解質(zhì)溶液中的離子反應(yīng)

弱電解質(zhì)電離的強(qiáng)弱，決定相應(yīng)陽(yáng)離子、酸根離子的水解程度，也影響多離子反應(yīng)的反應(yīng)順序。

弱電解質(zhì)的分步電離→水解程度大小→離子反應(yīng)順序，如：

碳酸電離：

碳酸鈉水解：

向碳酸鈉與碳酸氫鈉混合液滴加鹽酸的反應(yīng)順序：

理解反應(yīng)先后的本質(zhì)原因，掌握判斷的方法。如在CH3COOH和HCl的混合溶液中加入NaOH溶液，HCl先反應(yīng)，反應(yīng)本質(zhì)是H+與OH-的中和反應(yīng)，若CH3COOH先與NaOH反應(yīng)生成CH3COONa，HCl又會(huì)與CH3COONa反應(yīng)生成CH3COOH。反應(yīng)順序、定量關(guān)系是高考考查主要思想之一。下列化學(xué)反應(yīng)都要考慮順序：

①CH3COOH、HCl(HX、HY)的混合液中滴加NaOH溶液

②NaOH、Ca(OH)2混合溶液中通入CO2

③Na2CO3、NaHCO3混合溶液中滴加鹽酸

④NH4Cl、AlCl3混合溶液中滴加NaOH溶液

⑤HCl、MgCl2、AlCl3混合溶液中滴加NaOH溶液

⑦NH4Fe(SO4)2、NH4Al(SO4)2溶液中分別滴入Ba(OH)2溶液

⑧NaHCO3與Ca(OH)2溶液相互滴加

五、典型試題解析

(浙江高考2013年第12題)25℃時(shí)，用濃度為0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液滴定20.00 mL濃度均為0.100 0 mol·L-1的三種酸HX、HY、HZ，滴定曲線如圖所示。下列說法正確的是

( )

A．在相同溫度下，同濃度的三種酸溶液的導(dǎo)電能力順序：HZ

B．根據(jù)滴定曲線，可得Ka(HY)≈10-5

C．將上述HX、HY溶液等體積混合后，用NaOH溶液滴定至HX恰好完全反應(yīng)時(shí)：c(X-)>c(Y-)>c(OH-)>c(H+)

此題考查強(qiáng)弱酸的判斷，pH的變化，離子濃度的變化，守恒思想的應(yīng)用，K值的求算，c(H+)的表達(dá)式。此題滲透K值的相對(duì)處理、反應(yīng)順序、離子的相互牽制等學(xué)科思想。

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