農科普通化學稀溶液依數性的情景教學實踐與教學難點思考

張三兵，張莉,＊，李作鵬

1中國農業大學理學院化學系，北京 100193

2山西大同大學應用化學研究所，山西 大同 037009

稀溶液依數性是農科院校大一化學溶液一章中的重要內容，也是與農科相關專業聯系比較緊密的化學知識。教師正確講解，使學生正確掌握稀溶液依數性的概念、公式和應用是非常重要的，同時結合學生所學專業中的依數性情景教學案例進行教學，有利于激發學生學習興趣，也對學生后續相關專業課中有關依數性的現象解釋有很大的幫助。筆者就農科普通化學中依數性情景教學案例實踐和教學難點思考，與讀者分享筆者的一些認識。

1 農科普通化學依數性情景教學案例實踐

化學是一門實踐性和應用性很強的學科，其知識廣泛且深刻滲透到個人和社會生活的各個方面。構建與專業結合的情景教學模式，對大一學生快速適應高中到大學學習模式的轉變、提高學習效果非常有益。筆者結合農科大學學科專業特點，在“稀溶液依數性”教學過程中，靈活選取與學生專業接近的生活案例進行教學，以現實生活中的真實情景為導引，讓學生通過參與復雜問題的解決過程，在鞏固基礎學科知識的同時，培養學生基于稀溶液依數性角度認識問題和解決問題的能力，幫助學生實現問題解決過程的思路化。現就具體實踐過程的教學案例舉例如下。

1.1 農學、地學、生物、草業和園藝等專業

(1) 植物耐寒性。

植物的耐寒性，是指植物適應低溫生存的能力，簡單來說，也就是在低溫下，植物擁有不被凍傷、凍死的能力。我們知道，低溫時，植物體內的淀粉水解成可溶性的糖，增加了植物細胞中非電解質的含量，使植物細胞液的濃度增加。根據依數性原理，植物細胞液的凝固點降低，滲透壓升高，細胞中水分外滲結冰的可能性也愈小，從而使得植物擁有一定的抗寒性。

(2) 植物抗旱性。

植物的抗旱性，是指植物適應干旱少水環境的能力。植物的抗旱機制因素很多，比如通過改變形態結構、生理調節耐寒機制和清除自由基機制等。而植物的生理調節耐旱機制中的滲透調節，就與稀溶液依數性的滲透壓有關，簡言之就是在缺水情況下，植物體通過一定的機制，選擇性吸收環境中的無機鹽，通過增大自身細胞液的濃度來調節細胞的滲透壓，從而防止植物失水。

(3) 鹽堿地上，莊稼總是長勢不良；施太濃的肥料，莊稼會“燒死”，為什么？

鹽類在土壤中的濃度大于在植物中的濃度時，水分通過植物細胞膜從植物向土壤反滲透，植物細胞會脫水，從而導致長勢不良。施太濃的肥料，莊稼會“燒死”，也是因為植物過度脫水導致的。

1.2 食品、生物和營養與健康等專業

(1) 冬天的蔬菜口感更甜？

越冬的蔬菜，隨著氣溫的下降，蔬菜出于降低細胞液凝固點的抗寒機制而將貯存在體內的淀粉進行水解，生成可溶于水的葡萄糖滲入細胞液中，這時蔬菜的含糖量就開始慢慢升高了。

(2) 北方冬天吃凍梨前，先將凍梨放入涼水浸泡一段時間，發現凍梨表面結了一層薄冰，而里邊卻已經解凍了，為什么？

這是因為涼水溫度比凍梨溫度高，使凍梨解凍。根據稀溶液依數性原理，凍梨含有糖分，故其凝固點低于水的凝固點。當凍梨內部解凍時，要吸收熱量，而解凍后溫度仍略低于水的凝固點，所以在凍梨表面會凝結一層薄冰。

(3) 口渴的時候喝海水，感覺渴得更厲害，為什么？

海水的鹽類濃度比人體中大，所以海水的滲透壓大于人體細胞液的滲透壓，故導致人體細胞液水分的析出，細胞失水就會讓人感到渴。

(4) 被砂鍋里的肉湯燙傷的程度要比被開水燙傷厲害得多，為什么？

根據稀溶液依數性，肉湯的溫度高于純水的溫度，所以燙傷更厲害。

1.3 水產養殖等專業

淡水魚為什么不能在海水里養殖？海水魚能在淡水里養殖嗎？

淡水魚細胞內的鹽度低于海水的鹽度，會造成淡水魚細胞中的水穿過細胞膜滲透到海水中，從而造成細胞脫水的現象，因此淡水魚無法通過攝入海水來補充水分。同樣的滲透壓原理，海水魚在淡水里養殖，會因為過度吸水漲破細胞。所以淡水魚在海水里不能養殖，而海水魚也不能在淡水里養殖。

2 關于蒸氣壓下降中k表達式的幾種說法與我們的建議

蒸氣壓下降是稀溶液依數性的立足點，所以對于蒸氣壓下降的教學尤為重要。

蒸氣壓下降最初是由Raoult于1887年提出的適用于非揮發性、非電解質稀溶液的經驗公式，在范特霍夫用熱力學方法論證了這個經驗公式與其他幾個依數性公式的關系后，這個公式就被命名為Raoult定律，可表示為?p=p*x，其中p*為一定溫度下純溶劑的飽和蒸氣壓。從Raoult定律可看出，蒸氣壓的下降值?p只與溶質的摩爾分數x有關，但目前蒸氣壓下降公式在《普通化學》和《無機化學》教材中體現更多的是蒸氣壓的下降與質量摩爾濃度的關系。

國內主流化學教材中在關于蒸氣壓下降?p=km(或?p=kb)的推導中，出現了不同，主要體現在k的表達式不同。筆者在教學過程中發現，k表現形式的不同，通常使學生對相關計算產生困惑。

以北京大學主編的《普通化學原理》[1]、吉林大學主編的《無機化學》[2]和華中農業大學賈之慎主編的《無機及分析化學》[3]為例來說明。

上述關于蒸氣壓下降值和質量摩爾濃度關系的表達式是相同的，都是?p=km或?p=kb，二者皆表示了難揮發非電解質稀溶液的飽和蒸氣壓降低值與溶質的質量摩爾濃度成正比，這也是Raoult定律的又一種表述形式。但是在推導公式過程中，兩者的k值表達式不一樣，僅看表達式，竟差了3個數量級。為什么會出現這種情況呢，孰是孰非？

筆者經過分析，出現上述k表達式不相同的原因是：物理量的量綱問題。在推導過程中，《普通化學原理》編者曾提出1000 g溶劑，應該是考慮到各物理量的量綱問題，但是切入有點突然，并且沒有明確指出為什么引出1000 g溶劑的原因，讓讀者看得有點茫然。吉林大學主編的《無機化學》中，也是直接引出了1000 g溶劑。而對于《無機及分析化學》(賈之慎主編)教材中的推導，表面上看很容易讓讀者理解，但是對于各物理量量綱問題純粹忽視，容易讓讀者在應用公式計算時算錯數值。

關于k的表達式是

3 結語

創設教學情景的目的在于引起學生積極思考。而創設與專業結合的情景，更能在最大程度上得到學生的認同，激發學生學習興趣。對于主流教材中稀溶液依數性之蒸氣壓下降公式中k表現形式的不同，從本質上研究了k不同表現形式的來源為物理量量綱的不同，這將極大減少學生相關計算時的出錯概率，并有助于學生更深入地理解稀溶液依數性。