《基于模型建构的微粒浓度大小关系教学》教案

高三 李金智

一、三守恒及微粒浓度大小关系

1. 25 ℃时0.1 mol/L Na₂CO₃溶液中(H₂CO₃的K_a1＝4.5×10^－7、K_a2＝4.7×10^－11)：

微粒种类(H₂O除外)：Na^＋、CO3(2－)、H^＋、OH^－、HCO3(－)、H₂CO₃

电荷守恒：c(Na^＋)＋c(H^＋)＝2c(CO3(2－))＋c(HCO3(－))＋c(OH^－)

元素质量守恒：c(Na^＋)＝2[c(HCO3(－))＋c(CO3(2－))＋c(H₂CO₃)]

[图示法] 质子转移：

质子守恒：c(OH^－)＝c(H^＋)＋c(HCO3(－))＋2c(H₂CO₃)

2. 0.1 mol/L NaHCO₃溶液中：

电荷守恒：c(Na^＋)＋c(H^＋)＝2c(CO3(2－))＋c(HCO3(－))＋c(OH^－)

元素质量守恒：c(Na^＋)＝c(HCO3(－))＋c(CO3(2－))＋c(H₂CO₃)

[图示法] 质子转移：

质子守恒：c(H₂CO₃)＋c(H^＋)＝c(OH^－)＋c(CO3(2－))

3. 等物质的量浓度的Na₂CO₃、NaHCO₃的混合溶液中：

[图示法] 质子转移：

质子守恒：c(CO3(2－))＋2c(OH^－)＝c(HCO3(－))＋3c(H₂CO₃)＋2c(H^＋)

离子浓度大小关系：c(Na^＋)>c(HCO3(－))>c(CO3(2－))>c(OH^－)>c(H^＋)

二、突破微粒浓度大小关系的思维方法

1. 变量思维(向溶液中通入气体或滴定过程)

例：室温下，0.10 mol/L Na₂SO₃溶液中，c(Na^＋)＝2[c(SO3(2－))＋c(HSO3(－))＋c(H₂SO₃)]。向该溶液中逐渐通入SO₂至溶液pH＝7，验证关系式：c(Na^＋)<2[c(SO3(2－))＋c(HSO3(－))＋c(H₂SO₃)]。

[思维过程]

2. 等量替换思维(或不等量替换)

例：25 ℃时，c(CH₃COOH)＋c(CH₃COO^－)＝0.1 mol/L的一组醋酸、醋酸钠混合溶液，溶液中c(CH₃COOH)、c(CH₃COO^－)与pH的关系如图所示。

W点所表示的溶液中，验证关系式：c(Na^＋)＋c(H^＋)＝c(CH₃COOH)＋c(OH^－)。

[思维过程]

3. 强弱思维(由等式到不等式)

例1：0.100 mol/L NaHCO₃溶液(pH>7)中，验证关系式：c(Na^＋)>2c(CO3(2－))＋c(HCO3(－))。

[思维过程]

NaHCO₃溶液中，HCO3(－)的水解程度大于电离程度(pH>7)，等式变不等式。

例2：0.100 mol/L NaHSO₃溶液(pH＜7)中，

验证关系式： c(Na^＋)<2c(SO3(2－))＋c(HSO3(－))。

[思维过程]

NaHSO₃溶液中，HSO3(－)的电离程度大于水解程度(pH<7)，等式变不等式。

4. 缺项思维(缺少某一项或某几项)

例：H₂C₂O₄为二元弱酸。20 ℃时，配制一组c(H₂C₂O₄)＋c(HC₂O4(－))＋c(C₂O4(2－))＝0.100 mol/L的H₂C₂O₄和NaOH混合溶液。当溶液pH＝7.0时，验证关系式： c(Na^＋)>2c(C₂O4(2－))。

[思维过程]

5. 增项思维(凑某一数值)

例：H₂C₂O₄为二元弱酸。20 ℃时，配制一组c(H₂C₂O₄)＋c(HC₂O4(－))＋c(C₂O4(2－))＝0.100 mol/L的H₂C₂O₄和NaOH混合溶液，溶液中部分微粒的物质的量浓度随pH的变化曲线如图所示。

当溶液c(HC₂O4(－))＝c(C₂O4(2－))时，验证关系式：c(Na^＋)<0.100 mol/L＋c(HC₂O4(－))。

[思维过程]

6. 代入法(先写出带有数字的等式，再将数字所示的元素质量守恒代入等式或不等式)

例：将0.6 mol/L NH₃·H₂O溶液和0.2 mol/L NH₄HCO₃溶液等体积混合。验证关系式：

c(NH₃·H₂O)＋c(CO3(2－))＋c(OH^－)＝0.3 mol/L＋c(H₂CO₃)＋c(H^＋)

[思维过程]

由元素质量守恒推知，0.3 mol/L＝c(NH4(＋))＋c(NH₃·H₂O)－[c(CO3(2－))＋c(HCO3(－))＋c(H₂CO₃)]，将上式代入目标等式：c(NH₃·H₂O)＋c(CO3(2－))＋c(OH^－)＝0.3 mol/L＋c(H₂CO₃)＋c(H^＋)，可得电荷守恒式：c(NH4(＋))＋c(H^＋)＝c(HCO3(－))＋2c(CO3(2－))＋c(OH^－)，电荷守恒式正确，则需要验证的关系式正确。

教学反思：水溶液中的离子平衡是化学平衡在溶液中行为的扩展应用,涉及电离平衡、水解平衡及沉淀溶解平衡等,是每年高考化学卷中考查考生变化观念与平衡思想核心素养必不可少的一道题。普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)对水溶液中的离子反应与平衡的要求为:"认识弱电解质在水溶液中存在电离平衡,了解电离平衡常数的含义.认识水的电离,了解水的离子积常数,认识溶液的酸碱性及pH,掌握检测溶液pH的方法."近年来，以图像为载体考查电解质溶液中离子浓度的关系在高考中高频出现,主要涉及溶液中的相关微粒浓度或其变形形式随pH的变化,从宏观层面利用图像、平衡常数等信息进行推理判断,从微观层面理解微粒电离、水解、沉淀等行为,体现了"宏观辨识与微观探析""证据推理与模型认知"的化学核心素养。学生关于这种类型习题的解题思路已经形成，三守恒、一大小问题，电离、水解程度问题能够大体把握，而且关于选择题也有优选、速选的思路和方式。在教学设计进程中，注重对学生思维能力的培育，同时注意调动学生学习的主动性。以求更好的教学效果。