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电解质溶液中的质子守恒

百纳文秘网  发布于:2021-06-11 08:02:41  分类: 总结汇报 手机版

电解质溶液中离子浓度大小的比较历来是高中化学教学的重要内容和高考的主要考点。高中阶段比较电解质溶液中离子浓度大小的主要理论依据是电荷守恒、物料守恒以及质子守恒。前面两个“守恒”对学生能力要求较低,容易理解。而质子守恒学生掌握比较困难,一直以来都是教学的难点。

笔者在教学实践中发现学生对质子守恒不易掌握的主要原因是我们在讲授时停留在固定的教学模式上,很少深入浅出的对其进行分析加工。笔者根据教学实践经验并结合大学化学相关内容提出了一种新的分析模式,希望能起到抛砖引玉的作用。

一、质子守恒的常规分析模式

基本原理:电解质溶液中由H2O电离出的H+浓度等于OH-浓度。

分析方法:例如在Na2S溶液中,溶液显碱性,OH-完全由H2O电离产生,而H2O电离的H+分布在三个方面:一是被S2-结合成HS-的,二是被HS-结合成H2S的,三是没被结合存在于溶液中的。生成HS-的H+与这部分HS-相等,生成H2S的H+是H2S分子的2倍,而溶液中的H+就是它本身。

由此建立质子守恒关系式:n(OH-)=n(H+)+n(HS-)+2n(H2S)

或c(OH-)=c(H+)+c(HS-)+2c(H2S)

这种分析模式直接给出了溶液中质子守恒的基本原理,然后就分析H+在溶液中的分布情况。并没有解释质子守恒的意义,也没有分析H+在溶液中的转递路径。对学生来讲,有一个思维能力的跨跃过程。在正盐溶液中,由于H+的分布较为明确,学生容易理解,但是酸式盐或者复盐溶液中的H+与OH-都在发生变化,学生很难理解。

由于这种分析模式的一些缺陷,导致学生在解答有关离子浓度大小比较的习题时,不能较好的运用质子守恒去寻找各种离子浓度大小的代数关系式,只能被动选用电荷守恒和物料守恒的代数关系式进行各种复杂的数学代换,希望得到质子守恒的相应结果。这样做只能是化简为繁,解题效果也是事倍功半。令学生对相应习题产生畏难情绪,学生化学知识的学习和化学思维能力的培养都受到阻碍。

二、质子守恒新的分析模式

基本原理:电解质溶液中,物质转移的质子数目不变,即得到质子后的产物所获得的质子总数等于失去质子后的产物所失去的质子总数。

分析方法:既然溶液中质子有得有失,在确定质子守恒时先要选择适当的物质作为参考。通常选择大量存在于溶液中并参与质子转移的物质作为参考物,然后根据质子转移数相等的数量关系写出质子守恒关系式。

例如,在一元弱酸HA的溶液中,大量存在并参与质子转移的物质是HA和H2O,因此选他们作为参考物,其质子转移情况为:

参考物

HA■A-

(H+)H3O+■H2O■OH-

式中H3O+(简化为H+)是溶液中H2O获得质子后的产物,将它写在参考物的一边,而A-和OH-为HA和H2O失去质子后的产物,写在参考物的另一边。根据质子得失数量相等。

写出质子守恒关系式:c(H+)=c(OH-)+c(A-)

这种分析模式很好的解释了质子守恒的意义以及质子的转递路径,其思路与分析电子守恒一样清晰明了,学生容易理解和运用。

三、质子守恒新的分析模式的应用举例

1.多元弱酸溶液中的质子守恒分析

在分析多元弱酸的质子守恒时,要注意产物前的系数。如0.1mol/L H2CO3溶液,大量存在并参与质子转移的物质是H2CO3和H2O,因此选它们作为为参考物。

质子守恒关系式:c(H+)=c(HCO-3)+2c(CO2-3)+

c(OH-)

2.正盐溶液中的质子守恒分析

(1)强碱弱酸盐型

如0.1mol/L的Na2CO3溶液,选择CO2-3  和H2O为参考物。

质子守恒关系式:c(OH-)=c(HCO-3)+2c(CO2-3  )+c(H+)

(2)强酸弱碱盐型

例如0.1mol/L的(NH4)2SO4溶液,选择NH+4和H2O为参考物。

质子守恒关系式:c(H+)=c(NH3·H2O)+c(OH-)

3.弱酸式盐溶液中的质子守恒分析

(1)强碱弱酸酸式盐型

如0.1mol/LNaHCO3溶液,选择HCO3-和H2O为参考物。

质子守恒关系式:c(H+)+c(H2CO3)=c(CO2-3)+c(OH-)

(2)弱碱强酸酸式盐型

如0.1mol/L的NH4HSO4溶液,选择NH4+和H2O为参考物。

质子守恒关系式:c(H+)=c(NH3·H2O)+c(OH-)+c(SO2-4 )

4.复盐溶液中的质子守恒分析

例如0.1mol/LNaNH4HPO4溶液,选择NH+4、HPO2-4 和H2O为参考物。

质子守恒关系式:c(H+)+c(HPO2--4  )+2c(H3PO4)=c(NH3·H2O)+c(PO3--4  )+c(OH-)

笔者在教学实践中发现,应用这种新的分析模式去进行电解质溶液中质子守恒的知识点讲解时,学生更容易接受,普遍反应较好。在我们对电离平衡的相关测试中,学生的分数也比较理想。

我们认为应用这种质子守恒新的分析模式去教学,学生更容易理解质子守恒的深刻内涵和重要意义,让学生更容易形成守恒的化学思想,学生的化学思维能力会得到更好的提高。

(作者单位:四川省巴中市教育科学研究所)

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