| 标题 | 从粒子“作用观”看电解质溶液中溶质和溶剂的行为 |
| 范文 | 林美凤 摘要：电解质溶液理论性强，平衡之间相互影响复杂，给学生的学习带来了不少的困惑。本文根据粒子“作用观”，用粒子间的“离”和“合”将电解质的电离、盐类的水解、离子反应、溶液酸碱性统一在同一认识范畴内，用粒子间的“离”和“合”去解决电解质溶液反应中的有关问题。 关键词：粒子作用观；粒子的离与合；电解质溶液；离子反应 文章编号：1005–6629（2014）6–0073–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 电解质溶液理论性强，存在平衡多（包括电离平衡、沉淀溶解平衡、盐类水解平衡等）。由于平衡之间相互影响复杂，致使学生在解决具体问题时，无法准确判断。如以下常存在于学生学习中的错误认识：等量的盐酸和醋酸分别与氢氧化钠溶液反应放出的热量盐酸多，学生认为是醋酸根水解吸热之故；CO2、SO2通入BaCl2溶液中为什么无沉淀，是因为生成的BaCO3、BaSO3溶解在生成的HCl溶液中；Mg（OH）2溶解在饱和NH4Cl溶液中，是因为NH4+水解呈酸性；在FeCl3溶液中加NaOH溶液，促进水解，因为OH-中和了水解产生的H+；向水中加酸，促进水的电离，因为酸电离的H+中和了水电离的OH-；……诸多的问题都反映了学生认识的模糊，逻辑混乱。如何才能从根本上帮助学生澄清对这些问题的认识？ 电解质的电离、盐类的水解、离子反应、溶液酸碱性，均是基于微粒作用的观点，微粒作用观对于理解物质及其转化、指导相关问题的研究和解决具有重要的价值。我们借助《三国演义》中的“分久必合，合久必分”的思想，用“分”表示粒子间的“分离”、“合”表示粒子间的“结合”，去认识电解质在水溶液中的行为，理解电解质溶液中的诸多问题，促进学生对电解质溶液的认识从宏观、静止、定性的层次向微观、运动、定量的水平层次转化，从而提高其化学素养[1]。 1 用粒子“作用观”统一认识 我们知道电解质在水溶液中的行为，都是与水分子有关，如果我们从水的电离平衡入手，从微观的角度认识电解质溶液中溶质和溶剂的行为，试着用粒子间的“离”和“合”的思路和方法认识电解质的电离、水解、离子反应，促进学生对电解质溶液中溶质和溶剂行为的进一步认识和理解[2]。 1.1 纯水的电离——水分子间相互作用的结果 纯净的水中只存在水分子。由于水分子之间的相互作用，存在着如下电离平衡： 1.2 电解质的电离——水分子作用于溶质微粒的结果 如果在纯水中溶入某种电解质，由于水分子的作用，使电解质克服分子内的作用力或者是晶体内的作用力，发生电离。即由于水分子与离子的“结合”导致了溶质内部的“分离”。电解质在水中电离的微观过程可表示如下： 如果离子与水分子的“结合”极强，则溶质全部“电离”，即只“离”不“合”，是强电解质。强电解质的溶液中，其溶质的存在形式只有（水合）离子，没有分子，电离方程式用“→”表示。 如果离子与水分子的“结合”不强，则溶质只能小部分“电离”，即“离”和“合”同时存在，是弱电解质。在弱电解质的溶液中，溶质的存在形式既有离子，又有分子，电离方程式用“”表示。若溶质内的化学键越强，离子与水分子的“结合”越弱，溶质的“电离”就越难，即“合”越多“离”越少，电解质就越弱。一般的弱电解质溶液中都是“合”多“离”少，存在的形式是分子多、离子少。如0.10 mol/L的HAc溶液pH=2.87，约有1.3% HAc电离成离子，近98.7%以HAc分子存在。 如果溶质内的化学键很强，离子与水分子的“结合”很弱，则溶质几乎不“电离”，存在的形式只有分子，没有离子，那就是非电解质。 1.3 盐类的水解——盐离子反作用于水分子的结果 在盐溶液中，由于溶剂水分子的作用，盐晶体间作用力被破坏，被盐“电离”成阴、阳离子。 如果组成的盐是强酸强碱盐，则盐电离的阴、阳离子不能与水电离的H+和OH-“结合”，所以不影响水分子的“离”和“合”。 如果盐组成中有弱酸根离子或弱碱阳离子存在，则异性相“结合”，促使水“电离”。弱酸根离子与水电离的H+“结合”，促进水分子的“电离”，呈弱碱性；弱碱阳离子与水电离的OH-“结合”，促进水分子的“电离”，呈弱酸性；这就是盐的水解。如此，可使学生认识到电离、水解都是离子间的“离”和“合”的过程，没有本质的区别。盐水解的微观过程可表示如下： 众所周知，水是最弱的电解质，H+和OH-的“结合”是最强的，远远大于弱酸根离子与H+的“结合”或弱碱阳离子与OH-的“结合”，所以盐的水解是微弱的，由于水解产物量极少，一般不会出现“沉淀”和“气体”，故“↑”、“↓”均不标，盐的水解的离子方程式一般用可逆符号表示。如常温下，0.10 mol/L NH4Cl溶液的pH=5.13，发生水解的NH4+百分率约为万分之一，所以水解是微弱的。 1.4 离子反应——溶质微粒与溶质微粒相互作用的结果 如果在纯水中溶入两种不同的电解质，若异性离子间的“结合”（如形成难溶物、难电离物、易挥发物）强于离子与水分子的“结合”，则离子就会与水分子“分离”，不断地与异性离子“结合”，致使溶液中的离子浓度下降，这就是溶液中的离子反应。使学生认识到离子反应其实也是离子间的“离”和“合”的过程，只是“合”多“离”少。 离子反应的微观过程可表示如下： 1.5 溶液酸碱性——溶质微粒反作用于溶剂的结果 溶液的酸碱性就是溶质离子破坏了水的“电离”和“结合”，使溶液中的H3O+和OH-浓度大小不等，而呈现酸碱性。 在纯水中，H2O+H2O H3O++OH--Q，即使改变温度，水分子的“电离”和“结合”程度会发生改变，但水电离的H3O+和OH-浓度始终相等，纯水一定呈中性。 如果在水中加入酸，酸电离产生的H+不断地与水电离的OH-“结合”：H++OH-→H2O，增大了结合的速率，抑制了水的“电离”，溶液中的H3O+浓度大于OH-浓度而呈酸性。 如果在水中加入碱，碱电离产生的OH-不断地与水电离的H+“结合”：H++OH-→H2O，，增大了结合的速率，抑制了水的“电离”，溶液中的OH-浓度大于H3O+浓度呈碱性。 如果在水中加入正盐溶液，若盐离子不能与水电离的H+和OH-“结合”，则H3O+和OH-浓度始终相等，溶液仍然呈中性，如NaCl溶液；若盐离子只与水电离的H+“结合”，则溶液中OH-浓度大于H3O+浓度呈碱性，如NaAc溶液；若盐离子只与水电离的OH-“结合”，则溶液中的H3O+浓度大于OH-浓度呈酸性，如NH4Cl溶液；若盐离子既能与水电离的OH-“结合”，又能与水电离的H+“结合”，就看两者的相对强弱，若前者大于后者，则呈酸性，反之则呈碱性；如果两者“结合”的程度相当，则H3O+和OH-浓度仍然相等，溶液呈中性，如NH4Ac溶液。 如果是强碱的酸式盐，若酸是强酸，相当于加酸，呈酸性，如NaHSO4溶液；若酸是弱酸，酸式酸根自身能“电离”产生H+，又能与水电离的H+“结合”成弱酸分子，溶液的酸碱性取决于两者的相对强弱，若“电离”大于“结合”，则呈酸性，如NaHSO3；反之则呈碱性，如NaHCO3。 溶液的酸碱性也是离子间的“离”和“合”的过程，离子间的“离”和“合”影响了水的“离”和“合”，致使溶液中的H3O+和OH-浓度大小不等，而呈现酸碱性。 2 用粒子“作用观”解决问题 2.1 中和反应的热效应 盐酸和氢氧化钠溶液生成1摩尔水时放出的热量为Q，而醋酸与氢氧化钠溶液生成1摩尔水放出的热量是小于Q，从微观角度分析产生其现象的原因是：盐酸中和氢氧化钠时，只存在单一的“H3O++OH-→2H2O”的“结合”过程，放热；而在醋酸溶液中存在HAc+H2O H3O++Ac-的“电离”过程，醋酸中和氢氧化钠时，不仅仅存在“H3O++OH-→2H2O”的“结合”过程，同时由于H+浓度的减少，促进HAc的进一步“电离”，“电离”的过程是吸热的，所以醋酸与氢氧化钠溶液生成1摩尔水放出的热量是小于Q。如果说是Ac-水解吸热之故，这与微观的反应过程不符，这是边酸碱中和、边弱酸的继续电离过程，并不是盐类水解过程。 2.2 沉淀的溶解和产生 对于不同种离子来说，离子间的作用力越大（即生成电解质越弱、越难溶、越易挥发）“结合”就越易，反应就越易进行。对于同种离子来说，离子间的浓度越大，离子间的作用力就越大，“结合”就越易，就越容易发生离子间的反应，反之，则难以发生。 用粒子间的“离”和“合”去认识电解质溶液中溶质和溶剂的行为，解决电解质溶液中的相关问题，使之从感性认识上升到理性认识，从宏观层面的认识深入到微观层面的认识，从定性认识上升到定量的认识[3]，可以从根本上帮助学生澄清电解质溶液中的一些模糊问题，认清各类反应的本质。 参考文献： [1]张凤桂，杨帆 .基于微粒作用观的“离子反应”教学研究[J].化学教育，2012，（4）：36～38. [2]陈瑞雪.以微粒观促进学生对化学知识的深入理解——以“弱电解质的电离”教学为例[J].化学教育，2013，（1）：19～21. [3]梁永平.微粒作用观的科学学习价值及其科学建构[J].化学教育，2003，（6）：6-10. 如果在水中加入酸，酸电离产生的H+不断地与水电离的OH-“结合”：H++OH-→H2O，增大了结合的速率，抑制了水的“电离”，溶液中的H3O+浓度大于OH-浓度而呈酸性。 如果在水中加入碱，碱电离产生的OH-不断地与水电离的H+“结合”：H++OH-→H2O，，增大了结合的速率，抑制了水的“电离”，溶液中的OH-浓度大于H3O+浓度呈碱性。 如果在水中加入正盐溶液，若盐离子不能与水电离的H+和OH-“结合”，则H3O+和OH-浓度始终相等，溶液仍然呈中性，如NaCl溶液；若盐离子只与水电离的H+“结合”，则溶液中OH-浓度大于H3O+浓度呈碱性，如NaAc溶液；若盐离子只与水电离的OH-“结合”，则溶液中的H3O+浓度大于OH-浓度呈酸性，如NH4Cl溶液；若盐离子既能与水电离的OH-“结合”，又能与水电离的H+“结合”，就看两者的相对强弱，若前者大于后者，则呈酸性，反之则呈碱性；如果两者“结合”的程度相当，则H3O+和OH-浓度仍然相等，溶液呈中性，如NH4Ac溶液。 如果是强碱的酸式盐，若酸是强酸，相当于加酸，呈酸性，如NaHSO4溶液；若酸是弱酸，酸式酸根自身能“电离”产生H+，又能与水电离的H+“结合”成弱酸分子，溶液的酸碱性取决于两者的相对强弱，若“电离”大于“结合”，则呈酸性，如NaHSO3；反之则呈碱性，如NaHCO3。 溶液的酸碱性也是离子间的“离”和“合”的过程，离子间的“离”和“合”影响了水的“离”和“合”，致使溶液中的H3O+和OH-浓度大小不等，而呈现酸碱性。 2 用粒子“作用观”解决问题 2.1 中和反应的热效应 盐酸和氢氧化钠溶液生成1摩尔水时放出的热量为Q，而醋酸与氢氧化钠溶液生成1摩尔水放出的热量是小于Q，从微观角度分析产生其现象的原因是：盐酸中和氢氧化钠时，只存在单一的“H3O++OH-→2H2O”的“结合”过程，放热；而在醋酸溶液中存在HAc+H2O H3O++Ac-的“电离”过程，醋酸中和氢氧化钠时，不仅仅存在“H3O++OH-→2H2O”的“结合”过程，同时由于H+浓度的减少，促进HAc的进一步“电离”，“电离”的过程是吸热的，所以醋酸与氢氧化钠溶液生成1摩尔水放出的热量是小于Q。如果说是Ac-水解吸热之故，这与微观的反应过程不符，这是边酸碱中和、边弱酸的继续电离过程，并不是盐类水解过程。 2.2 沉淀的溶解和产生 对于不同种离子来说，离子间的作用力越大（即生成电解质越弱、越难溶、越易挥发）“结合”就越易，反应就越易进行。对于同种离子来说，离子间的浓度越大，离子间的作用力就越大，“结合”就越易，就越容易发生离子间的反应，反之，则难以发生。 用粒子间的“离”和“合”去认识电解质溶液中溶质和溶剂的行为，解决电解质溶液中的相关问题，使之从感性认识上升到理性认识，从宏观层面的认识深入到微观层面的认识，从定性认识上升到定量的认识[3]，可以从根本上帮助学生澄清电解质溶液中的一些模糊问题，认清各类反应的本质。 参考文献： [1]张凤桂，杨帆 .基于微粒作用观的“离子反应”教学研究[J].化学教育，2012，（4）：36～38. [2]陈瑞雪.以微粒观促进学生对化学知识的深入理解——以“弱电解质的电离”教学为例[J].化学教育，2013，（1）：19～21. [3]梁永平.微粒作用观的科学学习价值及其科学建构[J].化学教育，2003，（6）：6-10. 如果在水中加入酸，酸电离产生的H+不断地与水电离的OH-“结合”：H++OH-→H2O，增大了结合的速率，抑制了水的“电离”，溶液中的H3O+浓度大于OH-浓度而呈酸性。 如果在水中加入碱，碱电离产生的OH-不断地与水电离的H+“结合”：H++OH-→H2O，，增大了结合的速率，抑制了水的“电离”，溶液中的OH-浓度大于H3O+浓度呈碱性。 如果在水中加入正盐溶液，若盐离子不能与水电离的H+和OH-“结合”，则H3O+和OH-浓度始终相等，溶液仍然呈中性，如NaCl溶液；若盐离子只与水电离的H+“结合”，则溶液中OH-浓度大于H3O+浓度呈碱性，如NaAc溶液；若盐离子只与水电离的OH-“结合”，则溶液中的H3O+浓度大于OH-浓度呈酸性，如NH4Cl溶液；若盐离子既能与水电离的OH-“结合”，又能与水电离的H+“结合”，就看两者的相对强弱，若前者大于后者，则呈酸性，反之则呈碱性；如果两者“结合”的程度相当，则H3O+和OH-浓度仍然相等，溶液呈中性，如NH4Ac溶液。 如果是强碱的酸式盐，若酸是强酸，相当于加酸，呈酸性，如NaHSO4溶液；若酸是弱酸，酸式酸根自身能“电离”产生H+，又能与水电离的H+“结合”成弱酸分子，溶液的酸碱性取决于两者的相对强弱，若“电离”大于“结合”，则呈酸性，如NaHSO3；反之则呈碱性，如NaHCO3。 溶液的酸碱性也是离子间的“离”和“合”的过程，离子间的“离”和“合”影响了水的“离”和“合”，致使溶液中的H3O+和OH-浓度大小不等，而呈现酸碱性。 2 用粒子“作用观”解决问题 2.1 中和反应的热效应 盐酸和氢氧化钠溶液生成1摩尔水时放出的热量为Q，而醋酸与氢氧化钠溶液生成1摩尔水放出的热量是小于Q，从微观角度分析产生其现象的原因是：盐酸中和氢氧化钠时，只存在单一的“H3O++OH-→2H2O”的“结合”过程，放热；而在醋酸溶液中存在HAc+H2O H3O++Ac-的“电离”过程，醋酸中和氢氧化钠时，不仅仅存在“H3O++OH-→2H2O”的“结合”过程，同时由于H+浓度的减少，促进HAc的进一步“电离”，“电离”的过程是吸热的，所以醋酸与氢氧化钠溶液生成1摩尔水放出的热量是小于Q。如果说是Ac-水解吸热之故，这与微观的反应过程不符，这是边酸碱中和、边弱酸的继续电离过程，并不是盐类水解过程。 2.2 沉淀的溶解和产生 对于不同种离子来说，离子间的作用力越大（即生成电解质越弱、越难溶、越易挥发）“结合”就越易，反应就越易进行。对于同种离子来说，离子间的浓度越大，离子间的作用力就越大，“结合”就越易，就越容易发生离子间的反应，反之，则难以发生。 用粒子间的“离”和“合”去认识电解质溶液中溶质和溶剂的行为，解决电解质溶液中的相关问题，使之从感性认识上升到理性认识，从宏观层面的认识深入到微观层面的认识，从定性认识上升到定量的认识[3]，可以从根本上帮助学生澄清电解质溶液中的一些模糊问题，认清各类反应的本质。 参考文献： [1]张凤桂，杨帆 .基于微粒作用观的“离子反应”教学研究[J].化学教育，2012，（4）：36～38. [2]陈瑞雪.以微粒观促进学生对化学知识的深入理解——以“弱电解质的电离”教学为例[J].化学教育，2013，（1）：19～21. [3]梁永平.微粒作用观的科学学习价值及其科学建构[J].化学教育，2003，（6）：6-10. |
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