從粒子“作用觀”看電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑的行為

林美鳳

摘要：電解質(zhì)溶液理論性強(qiáng)，平衡之間相互影響復(fù)雜，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)了不少的困惑。本文根據(jù)粒子“作用觀”，用粒子間的“離”和“合”將電解質(zhì)的電離、鹽類的水解、離子反應(yīng)、溶液酸堿性統(tǒng)一在同一認(rèn)識(shí)范疇內(nèi)，用粒子間的“離”和“合”去解決電解質(zhì)溶液反應(yīng)中的有關(guān)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：粒子作用觀；粒子的離與合；電解質(zhì)溶液；離子反應(yīng)

文章編號(hào)：1005–6629（2014）6–0073–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

電解質(zhì)溶液理論性強(qiáng)，存在平衡多（包括電離平衡、沉淀溶解平衡、鹽類水解平衡等）。由于平衡之間相互影響復(fù)雜，致使學(xué)生在解決具體問(wèn)題時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確判斷。如以下常存在于學(xué)生學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)：等量的鹽酸和醋酸分別與氫氧化鈉溶液反應(yīng)放出的熱量鹽酸多，學(xué)生認(rèn)為是醋酸根水解吸熱之故；CO2、SO2通入BaCl2溶液中為什么無(wú)沉淀，是因?yàn)樯傻腂aCO3、BaSO3溶解在生成的HCl溶液中；Mg（OH）2溶解在飽和NH4Cl溶液中，是因?yàn)镹H4+水解呈酸性；在FeCl3溶液中加NaOH溶液，促進(jìn)水解，因?yàn)镺H-中和了水解產(chǎn)生的H+；向水中加酸，促進(jìn)水的電離，因?yàn)樗犭婋x的H+中和了水電離的OH-；……諸多的問(wèn)題都反映了學(xué)生認(rèn)識(shí)的模糊，邏輯混亂。如何才能從根本上幫助學(xué)生澄清對(duì)這些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)？

電解質(zhì)的電離、鹽類的水解、離子反應(yīng)、溶液酸堿性，均是基于微粒作用的觀點(diǎn)，微粒作用觀對(duì)于理解物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化、指導(dǎo)相關(guān)問(wèn)題的研究和解決具有重要的價(jià)值。我們借助《三國(guó)演義》中的“分久必合，合久必分”的思想，用“分”表示粒子間的“分離”、“合”表示粒子間的“結(jié)合”，去認(rèn)識(shí)電解質(zhì)在水溶液中的行為，理解電解質(zhì)溶液中的諸多問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生對(duì)電解質(zhì)溶液的認(rèn)識(shí)從宏觀、靜止、定性的層次向微觀、運(yùn)動(dòng)、定量的水平層次轉(zhuǎn)化，從而提高其化學(xué)素養(yǎng)[1]。

1 用粒子“作用觀”統(tǒng)一認(rèn)識(shí)

我們知道電解質(zhì)在水溶液中的行為，都是與水分子有關(guān)，如果我們從水的電離平衡入手，從微觀的角度認(rèn)識(shí)電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑的行為，試著用粒子間的“離”和“合”的思路和方法認(rèn)識(shí)電解質(zhì)的電離、水解、離子反應(yīng)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑行為的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解[2]。

1.1 純水的電離——水分子間相互作用的結(jié)果

純凈的水中只存在水分子。由于水分子之間的相互作用，存在著如下電離平衡：

1.2 電解質(zhì)的電離——水分子作用于溶質(zhì)微粒的結(jié)果

如果在純水中溶入某種電解質(zhì)，由于水分子的作用，使電解質(zhì)克服分子內(nèi)的作用力或者是晶體內(nèi)的作用力，發(fā)生電離。即由于水分子與離子的“結(jié)合”導(dǎo)致了溶質(zhì)內(nèi)部的“分離”。電解質(zhì)在水中電離的微觀過(guò)程可表示如下：

如果離子與水分子的“結(jié)合”極強(qiáng)，則溶質(zhì)全部“電離”，即只“離”不“合”，是強(qiáng)電解質(zhì)。強(qiáng)電解質(zhì)的溶液中，其溶質(zhì)的存在形式只有（水合）離子，沒(méi)有分子，電離方程式用“→”表示。

如果離子與水分子的“結(jié)合”不強(qiáng)，則溶質(zhì)只能小部分“電離”，即“離”和“合”同時(shí)存在，是弱電解質(zhì)。在弱電解質(zhì)的溶液中，溶質(zhì)的存在形式既有離子，又有分子，電離方程式用“”表示。若溶質(zhì)內(nèi)的化學(xué)鍵越強(qiáng)，離子與水分子的“結(jié)合”越弱，溶質(zhì)的“電離”就越難，即“合”越多“離”越少，電解質(zhì)就越弱。一般的弱電解質(zhì)溶液中都是“合”多“離”少，存在的形式是分子多、離子少。如0.10 mol/L的HAc溶液pH=2.87，約有1.3% HAc電離成離子，近98.7%以HAc分子存在。

如果溶質(zhì)內(nèi)的化學(xué)鍵很強(qiáng)，離子與水分子的“結(jié)合”很弱，則溶質(zhì)幾乎不“電離”，存在的形式只有分子，沒(méi)有離子，那就是非電解質(zhì)。

1.3 鹽類的水解——鹽離子反作用于水分子的結(jié)果

在鹽溶液中，由于溶劑水分子的作用，鹽晶體間作用力被破壞，被鹽“電離”成陰、陽(yáng)離子。

如果組成的鹽是強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽，則鹽電離的陰、陽(yáng)離子不能與水電離的H+和OH-“結(jié)合”，所以不影響水分子的“離”和“合”。

如果鹽組成中有弱酸根離子或弱堿陽(yáng)離子存在，則異性相“結(jié)合”，促使水“電離”。弱酸根離子與水電離的H+“結(jié)合”，促進(jìn)水分子的“電離”，呈弱堿性；弱堿陽(yáng)離子與水電離的OH-“結(jié)合”，促進(jìn)水分子的“電離”，呈弱酸性；這就是鹽的水解。如此，可使學(xué)生認(rèn)識(shí)到電離、水解都是離子間的“離”和“合”的過(guò)程，沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。鹽水解的微觀過(guò)程可表示如下：

眾所周知，水是最弱的電解質(zhì)，H+和OH-的“結(jié)合”是最強(qiáng)的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弱酸根離子與H+的“結(jié)合”或弱堿陽(yáng)離子與OH-的“結(jié)合”，所以鹽的水解是微弱的，由于水解產(chǎn)物量極少，一般不會(huì)出現(xiàn)“沉淀”和“氣體”，故“↑”、“↓”均不標(biāo)，鹽的水解的離子方程式一般用可逆符號(hào)表示。如常溫下，0.10 mol/L NH4Cl溶液的pH=5.13，發(fā)生水解的NH4+百分率約為萬(wàn)分之一，所以水解是微弱的。

1.4 離子反應(yīng)——溶質(zhì)微粒與溶質(zhì)微粒相互作用的結(jié)果

如果在純水中溶入兩種不同的電解質(zhì)，若異性離子間的“結(jié)合”（如形成難溶物、難電離物、易揮發(fā)物）強(qiáng)于離子與水分子的“結(jié)合”，則離子就會(huì)與水分子“分離”，不斷地與異性離子“結(jié)合”，致使溶液中的離子濃度下降，這就是溶液中的離子反應(yīng)。使學(xué)生認(rèn)識(shí)到離子反應(yīng)其實(shí)也是離子間的“離”和“合”的過(guò)程，只是“合”多“離”少。

離子反應(yīng)的微觀過(guò)程可表示如下：

1.5 溶液酸堿性——溶質(zhì)微粒反作用于溶劑的結(jié)果

溶液的酸堿性就是溶質(zhì)離子破壞了水的“電離”和“結(jié)合”，使溶液中的H3O+和OH-濃度大小不等，而呈現(xiàn)酸堿性。

在純水中，H2O+H2O H3O++OH--Q，即使改變溫度，水分子的“電離”和“結(jié)合”程度會(huì)發(fā)生改變，但水電離的H3O+和OH-濃度始終相等，純水一定呈中性。endprint

如果在水中加入酸，酸電離產(chǎn)生的H+不斷地與水電離的OH-“結(jié)合”：H++OH-→H2O，增大了結(jié)合的速率，抑制了水的“電離”，溶液中的H3O+濃度大于OH-濃度而呈酸性。

如果在水中加入堿，堿電離產(chǎn)生的OH-不斷地與水電離的H+“結(jié)合”：H++OH-→H2O，，增大了結(jié)合的速率，抑制了水的“電離”，溶液中的OH-濃度大于H3O+濃度呈堿性。

如果在水中加入正鹽溶液，若鹽離子不能與水電離的H+和OH-“結(jié)合”，則H3O+和OH-濃度始終相等，溶液仍然呈中性，如NaCl溶液；若鹽離子只與水電離的H+“結(jié)合”，則溶液中OH-濃度大于H3O+濃度呈堿性，如NaAc溶液；若鹽離子只與水電離的OH-“結(jié)合”，則溶液中的H3O+濃度大于OH-濃度呈酸性，如NH4Cl溶液；若鹽離子既能與水電離的OH-“結(jié)合”，又能與水電離的H+“結(jié)合”，就看兩者的相對(duì)強(qiáng)弱，若前者大于后者，則呈酸性，反之則呈堿性；如果兩者“結(jié)合”的程度相當(dāng)，則H3O+和OH-濃度仍然相等，溶液呈中性，如NH4Ac溶液。

如果是強(qiáng)堿的酸式鹽，若酸是強(qiáng)酸，相當(dāng)于加酸，呈酸性，如NaHSO4溶液；若酸是弱酸，酸式酸根自身能“電離”產(chǎn)生H+，又能與水電離的H+“結(jié)合”成弱酸分子，溶液的酸堿性取決于兩者的相對(duì)強(qiáng)弱，若“電離”大于“結(jié)合”，則呈酸性，如NaHSO3；反之則呈堿性，如NaHCO3。

溶液的酸堿性也是離子間的“離”和“合”的過(guò)程，離子間的“離”和“合”影響了水的“離”和“合”，致使溶液中的H3O+和OH-濃度大小不等，而呈現(xiàn)酸堿性。

2 用粒子“作用觀”解決問(wèn)題

2.1 中和反應(yīng)的熱效應(yīng)

鹽酸和氫氧化鈉溶液生成1摩爾水時(shí)放出的熱量為Q，而醋酸與氫氧化鈉溶液生成1摩爾水放出的熱量是小于Q，從微觀角度分析產(chǎn)生其現(xiàn)象的原因是：鹽酸中和氫氧化鈉時(shí)，只存在單一的“H3O++OH-→2H2O”的“結(jié)合”過(guò)程，放熱；而在醋酸溶液中存在HAc+H2O

H3O++Ac-的“電離”過(guò)程，醋酸中和氫氧化鈉時(shí)，不僅僅存在“H3O++OH-→2H2O”的“結(jié)合”過(guò)程，同時(shí)由于H+濃度的減少，促進(jìn)HAc的進(jìn)一步“電離”，“電離”的過(guò)程是吸熱的，所以醋酸與氫氧化鈉溶液生成1摩爾水放出的熱量是小于Q。如果說(shuō)是Ac-水解吸熱之故，這與微觀的反應(yīng)過(guò)程不符，這是邊酸堿中和、邊弱酸的繼續(xù)電離過(guò)程，并不是鹽類水解過(guò)程。

2.2 沉淀的溶解和產(chǎn)生

對(duì)于不同種離子來(lái)說(shuō)，離子間的作用力越大（即生成電解質(zhì)越弱、越難溶、越易揮發(fā)）“結(jié)合”就越易，反應(yīng)就越易進(jìn)行。對(duì)于同種離子來(lái)說(shuō)，離子間的濃度越大，離子間的作用力就越大，“結(jié)合”就越易，就越容易發(fā)生離子間的反應(yīng)，反之，則難以發(fā)生。

用粒子間的“離”和“合”去認(rèn)識(shí)電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑的行為，解決電解質(zhì)溶液中的相關(guān)問(wèn)題，使之從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，從宏觀層面的認(rèn)識(shí)深入到微觀層面的認(rèn)識(shí)，從定性認(rèn)識(shí)上升到定量的認(rèn)識(shí)[3]，可以從根本上幫助學(xué)生澄清電解質(zhì)溶液中的一些模糊問(wèn)題，認(rèn)清各類反應(yīng)的本質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鳳桂，楊帆 .基于微粒作用觀的“離子反應(yīng)”教學(xué)研究[J].化學(xué)教育，2012，（4）：36～38.

[2]陳瑞雪.以微粒觀促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的深入理解——以“弱電解質(zhì)的電離”教學(xué)為例[J].化學(xué)教育，2013，（1）：19～21.

[3]梁永平.微粒作用觀的科學(xué)學(xué)習(xí)價(jià)值及其科學(xué)建構(gòu)[J].化學(xué)教育，2003，（6）：6-10.endprint

如果在水中加入酸，酸電離產(chǎn)生的H+不斷地與水電離的OH-“結(jié)合”：H++OH-→H2O，增大了結(jié)合的速率，抑制了水的“電離”，溶液中的H3O+濃度大于OH-濃度而呈酸性。

如果在水中加入堿，堿電離產(chǎn)生的OH-不斷地與水電離的H+“結(jié)合”：H++OH-→H2O，，增大了結(jié)合的速率，抑制了水的“電離”，溶液中的OH-濃度大于H3O+濃度呈堿性。

如果在水中加入正鹽溶液，若鹽離子不能與水電離的H+和OH-“結(jié)合”，則H3O+和OH-濃度始終相等，溶液仍然呈中性，如NaCl溶液；若鹽離子只與水電離的H+“結(jié)合”，則溶液中OH-濃度大于H3O+濃度呈堿性，如NaAc溶液；若鹽離子只與水電離的OH-“結(jié)合”，則溶液中的H3O+濃度大于OH-濃度呈酸性，如NH4Cl溶液；若鹽離子既能與水電離的OH-“結(jié)合”，又能與水電離的H+“結(jié)合”，就看兩者的相對(duì)強(qiáng)弱，若前者大于后者，則呈酸性，反之則呈堿性；如果兩者“結(jié)合”的程度相當(dāng)，則H3O+和OH-濃度仍然相等，溶液呈中性，如NH4Ac溶液。

如果是強(qiáng)堿的酸式鹽，若酸是強(qiáng)酸，相當(dāng)于加酸，呈酸性，如NaHSO4溶液；若酸是弱酸，酸式酸根自身能“電離”產(chǎn)生H+，又能與水電離的H+“結(jié)合”成弱酸分子，溶液的酸堿性取決于兩者的相對(duì)強(qiáng)弱，若“電離”大于“結(jié)合”，則呈酸性，如NaHSO3；反之則呈堿性，如NaHCO3。

溶液的酸堿性也是離子間的“離”和“合”的過(guò)程，離子間的“離”和“合”影響了水的“離”和“合”，致使溶液中的H3O+和OH-濃度大小不等，而呈現(xiàn)酸堿性。

2 用粒子“作用觀”解決問(wèn)題

2.1 中和反應(yīng)的熱效應(yīng)

鹽酸和氫氧化鈉溶液生成1摩爾水時(shí)放出的熱量為Q，而醋酸與氫氧化鈉溶液生成1摩爾水放出的熱量是小于Q，從微觀角度分析產(chǎn)生其現(xiàn)象的原因是：鹽酸中和氫氧化鈉時(shí)，只存在單一的“H3O++OH-→2H2O”的“結(jié)合”過(guò)程，放熱；而在醋酸溶液中存在HAc+H2O

H3O++Ac-的“電離”過(guò)程，醋酸中和氫氧化鈉時(shí)，不僅僅存在“H3O++OH-→2H2O”的“結(jié)合”過(guò)程，同時(shí)由于H+濃度的減少，促進(jìn)HAc的進(jìn)一步“電離”，“電離”的過(guò)程是吸熱的，所以醋酸與氫氧化鈉溶液生成1摩爾水放出的熱量是小于Q。如果說(shuō)是Ac-水解吸熱之故，這與微觀的反應(yīng)過(guò)程不符，這是邊酸堿中和、邊弱酸的繼續(xù)電離過(guò)程，并不是鹽類水解過(guò)程。

2.2 沉淀的溶解和產(chǎn)生

對(duì)于不同種離子來(lái)說(shuō)，離子間的作用力越大（即生成電解質(zhì)越弱、越難溶、越易揮發(fā)）“結(jié)合”就越易，反應(yīng)就越易進(jìn)行。對(duì)于同種離子來(lái)說(shuō)，離子間的濃度越大，離子間的作用力就越大，“結(jié)合”就越易，就越容易發(fā)生離子間的反應(yīng)，反之，則難以發(fā)生。

用粒子間的“離”和“合”去認(rèn)識(shí)電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑的行為，解決電解質(zhì)溶液中的相關(guān)問(wèn)題，使之從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，從宏觀層面的認(rèn)識(shí)深入到微觀層面的認(rèn)識(shí)，從定性認(rèn)識(shí)上升到定量的認(rèn)識(shí)[3]，可以從根本上幫助學(xué)生澄清電解質(zhì)溶液中的一些模糊問(wèn)題，認(rèn)清各類反應(yīng)的本質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鳳桂，楊帆 .基于微粒作用觀的“離子反應(yīng)”教學(xué)研究[J].化學(xué)教育，2012，（4）：36～38.

[2]陳瑞雪.以微粒觀促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的深入理解——以“弱電解質(zhì)的電離”教學(xué)為例[J].化學(xué)教育，2013，（1）：19～21.

[3]梁永平.微粒作用觀的科學(xué)學(xué)習(xí)價(jià)值及其科學(xué)建構(gòu)[J].化學(xué)教育，2003，（6）：6-10.endprint

如果在水中加入酸，酸電離產(chǎn)生的H+不斷地與水電離的OH-“結(jié)合”：H++OH-→H2O，增大了結(jié)合的速率，抑制了水的“電離”，溶液中的H3O+濃度大于OH-濃度而呈酸性。

如果在水中加入堿，堿電離產(chǎn)生的OH-不斷地與水電離的H+“結(jié)合”：H++OH-→H2O，，增大了結(jié)合的速率，抑制了水的“電離”，溶液中的OH-濃度大于H3O+濃度呈堿性。

如果在水中加入正鹽溶液，若鹽離子不能與水電離的H+和OH-“結(jié)合”，則H3O+和OH-濃度始終相等，溶液仍然呈中性，如NaCl溶液；若鹽離子只與水電離的H+“結(jié)合”，則溶液中OH-濃度大于H3O+濃度呈堿性，如NaAc溶液；若鹽離子只與水電離的OH-“結(jié)合”，則溶液中的H3O+濃度大于OH-濃度呈酸性，如NH4Cl溶液；若鹽離子既能與水電離的OH-“結(jié)合”，又能與水電離的H+“結(jié)合”，就看兩者的相對(duì)強(qiáng)弱，若前者大于后者，則呈酸性，反之則呈堿性；如果兩者“結(jié)合”的程度相當(dāng)，則H3O+和OH-濃度仍然相等，溶液呈中性，如NH4Ac溶液。

如果是強(qiáng)堿的酸式鹽，若酸是強(qiáng)酸，相當(dāng)于加酸，呈酸性，如NaHSO4溶液；若酸是弱酸，酸式酸根自身能“電離”產(chǎn)生H+，又能與水電離的H+“結(jié)合”成弱酸分子，溶液的酸堿性取決于兩者的相對(duì)強(qiáng)弱，若“電離”大于“結(jié)合”，則呈酸性，如NaHSO3；反之則呈堿性，如NaHCO3。

溶液的酸堿性也是離子間的“離”和“合”的過(guò)程，離子間的“離”和“合”影響了水的“離”和“合”，致使溶液中的H3O+和OH-濃度大小不等，而呈現(xiàn)酸堿性。

2 用粒子“作用觀”解決問(wèn)題

2.1 中和反應(yīng)的熱效應(yīng)

鹽酸和氫氧化鈉溶液生成1摩爾水時(shí)放出的熱量為Q，而醋酸與氫氧化鈉溶液生成1摩爾水放出的熱量是小于Q，從微觀角度分析產(chǎn)生其現(xiàn)象的原因是：鹽酸中和氫氧化鈉時(shí)，只存在單一的“H3O++OH-→2H2O”的“結(jié)合”過(guò)程，放熱；而在醋酸溶液中存在HAc+H2O

H3O++Ac-的“電離”過(guò)程，醋酸中和氫氧化鈉時(shí)，不僅僅存在“H3O++OH-→2H2O”的“結(jié)合”過(guò)程，同時(shí)由于H+濃度的減少，促進(jìn)HAc的進(jìn)一步“電離”，“電離”的過(guò)程是吸熱的，所以醋酸與氫氧化鈉溶液生成1摩爾水放出的熱量是小于Q。如果說(shuō)是Ac-水解吸熱之故，這與微觀的反應(yīng)過(guò)程不符，這是邊酸堿中和、邊弱酸的繼續(xù)電離過(guò)程，并不是鹽類水解過(guò)程。

2.2 沉淀的溶解和產(chǎn)生

對(duì)于不同種離子來(lái)說(shuō)，離子間的作用力越大（即生成電解質(zhì)越弱、越難溶、越易揮發(fā)）“結(jié)合”就越易，反應(yīng)就越易進(jìn)行。對(duì)于同種離子來(lái)說(shuō)，離子間的濃度越大，離子間的作用力就越大，“結(jié)合”就越易，就越容易發(fā)生離子間的反應(yīng)，反之，則難以發(fā)生。

用粒子間的“離”和“合”去認(rèn)識(shí)電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑的行為，解決電解質(zhì)溶液中的相關(guān)問(wèn)題，使之從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，從宏觀層面的認(rèn)識(shí)深入到微觀層面的認(rèn)識(shí)，從定性認(rèn)識(shí)上升到定量的認(rèn)識(shí)[3]，可以從根本上幫助學(xué)生澄清電解質(zhì)溶液中的一些模糊問(wèn)題，認(rèn)清各類反應(yīng)的本質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鳳桂，楊帆 .基于微粒作用觀的“離子反應(yīng)”教學(xué)研究[J].化學(xué)教育，2012，（4）：36～38.

[2]陳瑞雪.以微粒觀促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的深入理解——以“弱電解質(zhì)的電離”教學(xué)為例[J].化學(xué)教育，2013，（1）：19～21.

[3]梁永平.微粒作用觀的科學(xué)學(xué)習(xí)價(jià)值及其科學(xué)建構(gòu)[J].化學(xué)教育，2003，（6）：6-10.endprint