化學模型在水溶液平衡備考的初步應用

楊少鋒

（廣州市第六十六中學，廣東 廣州）

一、問題提出

水溶液中存在多種平衡，包括H2O的電離平衡、弱電解質電離平衡、鹽類離子水解平衡，筆者把它們統稱為水溶液平衡。水溶液平衡在歷年高考中既是重點又是難點，是全體師生既愛又恨的考點之一。愛是因為它年年考，考點穩定，備考相對穩定，老師都有著豐富的備考經驗。恨是因為考查的方式、題型多變、可考查的物質多變，不容易得分，考生普遍反映難！

教育部在新課程改革中提出了化學學科核心素養之一“證據推理與模型認知”。如何把這個核心素養的培養落實在日常教學環節中？筆者結合化學教學內容特點，在日常教學中不斷摸索、實踐，把核心素養的培養形成探究性教學，筆者以高考中常見考點水溶液平衡為教學案例做一淺析。

二、設計思路

筆者按化學模型開發、建立、拓展運用的過程，構建了水溶液平衡模型，嘗試解決水溶液中高考常見的兩種問題，即判斷離子濃度大小與溶液離子等式對錯，進一步發揮化學模型在水溶液平衡備考中的作用。

筆者提倡用具體的案例代替抽象的理論說明推導，本文分別以 0.1mol·L-1NH4Cl溶液與 0.1mol·L-1Na2CO3溶液為例，演示了模型的初步建立到模型拓展。NH4Cl溶液存在一個單一的離子水解平衡，把它作為水溶液平衡的雛形，更適合學生的學習心理，有信心通過模型來認知水溶液的各種平衡。再以Na2CO3溶液為例，從再到可以讓學生清晰地感受到水溶液平衡的拓展。水溶液平衡模型旨在幫助學生形成水溶液各種平衡建立的過程，理解各種微粒的來源及改變情況。水溶液平衡是化學平衡中的一種，所以化學平衡移動原理同樣適用于水溶液平衡，再結合溶液電中性原理，建立各種常見的等式，可以幫助學生掌握這類知識點的考查。筆者的化學模型就是建立在這樣的具體案例上，讓學生更好地理解并初步掌握模型認知的學習能力。

三、教學過程

1.開門見山，直接展示水溶液平衡模型。

［模型引入］ 以0.1mol·L-1NH4Cl水溶液為例，建立水溶液平衡的化學模型。如下所示。

水溶液平衡模型

［師生互動］ 我們進行模型拆解、說明。

（1）先寫所有水溶液中一定存在平衡，也就是①式水電離平衡。

①H2O?H++OH-

（2）再寫出溶質的電離，即②式。

（3）最后考慮，溶質電離出的離子能否建立新的平衡，即③式。

設計意圖：模型以簡單的NH4Cl溶液為例，展示了模型的建立過程，讓學生直觀、容易接受、可模仿。降低了學生對模型認知的畏懼心理，增強了學生的學習信心。

2.探究活動一：水溶液中離子濃度大小比較

模型認知是一個循序漸進的過程，模型越是簡單，背后所隱藏的、可拓展的信息也就越豐富。

［引出問題］ 建立水溶液平衡后，水溶液中各種微粒濃度大小如何比較呢？

［方法展示］ 建立水溶液平衡，尋找離子的來源，可以輕松完成離子濃度大小比較。仍然以0.1mol·L-1NH4Cl為例，比較溶液中各種離子濃度大小。

首先建立水溶液平衡。

①H2O?H++OH-

②

［模型拓展1］ ②式中，配上具體濃度的數據更直觀。

離子減少示意圖

通過水溶液平衡的建立，我們可以直觀看到各種離子的來源。如H+的來源，即①③式。

所以我們可以輕松地得出c（H+）>c（OH-），c（H+）>c（NH3·H2O）。

設計意圖：展示模型的拓展，學生可以清晰地認識知識的延伸，模型豐富性，讓學生可以樹立掌握更多知識的信心。

［學生交流］

下面請看2012年廣東高考真題：對于常溫下pH為2的鹽酸，表述正確的是 （ ）

A.c（H+）=c（Cl-）+c（OH-）

B.與等體積pH=12的氨水混合后所得溶液顯酸性

C.由 H2O 電離出的 c（H+）=1.0×10-12mol·L-1

D.與等體積0.01mol·L-1乙酸鈉溶液混合后所得溶液中：c（Cl-）=c（CH3COO-）

［教師點撥］ B選項，混合后所得溶液其實為，NH4Cl與氨水的混合溶液且氨水過量。建立水溶液平衡如下①H2O?H++OH-，③從離子的來源可以得出，c（OH-）>c（H+）即顯堿性，故 B 錯。

D選項，pH=2的鹽酸濃度0.01mol·L-1，與乙酸鈉混合后所得溶液其實為，乙酸與NaCl的混合溶液。建立水溶液平衡H2O?H++OH-CH3COOH?H++CH3COO-，c（Cl-）>c（CH3COO-），故 D錯。

［模型拓展2］ 以0.1mol·L-1Na2CO3溶液為例，比較溶液中各種離子濃度大小。根據先寫出水的平衡、溶質電離、離子水解新平衡，可以得出以下水溶液平衡。

0.1mol·L-1Na2CO3水溶液平衡

（1）H2O?H++OH-

配上離子大小數據，

再看其他離子來源，我們可以輕松得出它們的大小比較。

①H2O?H++OH-

c（OH-）>c再復雜一點的，c（OH-）

［設計意圖］ 選用Na2CO3溶液為拓展，是因為②式產生的會繼續建立新的平衡，即③式，學生會直接完成的兩步水解過程，比較難理解的實際水解過程。這樣處理也體現了模型拓展循序漸進的特點。

3.探究活動二：水溶液平衡的兩種守恒

［師生互動］（1）電荷守恒，根據溶液呈電中性的原理。即溶液中所有陽離子的正電荷之和等于所有陰離子的負電荷之和。如在0.1mol·L-1NH4Cl溶液中，根據水溶液平衡，陽離子有 Na+、H+，陰離子有 Cl-、OH-。它們建立的等式為+c（H+）=c（Cl-）+c（OH-）。又如在0.1mol·L-1Na2CO3溶液中，根據水溶液平衡，陽離子有Na+、H+，陰離子有它們建立的等式為：c（Na+）+c（H+）

（2）物料守恒，即原子守恒關系。如在0.1mol·L-1NH4Cl溶液中，根據水溶液平衡得知在離子建立新的平衡前=c（Cl-）=0.1mol·L-1。所以我們建立 c（N）=0.1mol·L-1，由于所以我們得出：

［學生交流］（2013安徽高考）已知NaHSO3溶液顯酸性，溶液中存在以下平衡：

向0.1mol·L-1的NaHSO3溶液中分別加入以下物質，下列有關說法正確的是 （ ）

A.加入少量金屬 Na，平衡①左移，平衡②右移，溶液中c（HSO3-）增大

B.加入少量 Na2SO3固體，則 c（H+）+c（Na+）=c（HSO3-）+c（OH-）

C.加入少量NaOH溶液，的值均增大

［教師點撥］ B選項。雖然加入了Na2SO3，但根據電中性原理，可以輕松建立等式：則所以B選項明顯錯誤。

四、實踐感悟

水溶液中存在各種平衡，一直以來都是高考命題者喜歡的熱點，而水溶液平衡本身也是化學平衡的主要組成部分。命題人可以在考查的物質上做變動，還可以在數據表征上做改變，甚至結合最近喜歡用的圖像坐標來增加難度，不管怎么變，其考查的本質是不會改變的。水溶液平衡模型的開發與應用，恰恰抓住了這一本質，可以幫助考生牢牢掌握這類題型的考查，在高考中從容答題拿分。

“模型認知與證據推理”化學核心素養之一，結合化學基礎知識與學生認知角度，建立水溶液平衡模型，可以幫助學生更直觀、清晰地學習相關化學知識，可以幫助學生更好地掌握模型認知的學習能力。