“弱電解質的電離”課例的再研究

馮晴

摘要：人教版高中化學選修4第三章第一節“弱電解質的電離”給教師二次開發留下了較大空間：可以通過對教材實驗內容及實施方式進行調整；利用數字化技術，提高課堂效率；增加配合弱電解質電離平衡教學的實驗；引導學生運用假說-檢驗方法形成弱電解質電離的微觀認知，改進實驗及其教學，適應學生思維活動需要。

關鍵詞：弱電解質的電離；課例研究；思維材料；實驗改進；高中化學教學

文章編號：1005–6629（2016）9–0043–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 對教材內容的再研究

人教版高中化學選修4《化學反應原理》[1]中的第三章第一節“弱電解質的電離”，是該章“水溶液中的離子平衡”知識的開篇，其主要內容涉及弱電解質概念、電離平衡移動和電離常數，是研究電解質溶液、學習電化學知識，進行后續學習的重要基礎；對前一章所學化學平衡理論又起著延伸、拓展和鞏固的作用。由于涉及到物質微粒的荷電現象，涉及到物質微粒的動態運動，它不但是中學化學的重要內容，又是高中化學的難點內容。

本節要求學生在已經學過化學平衡理論并了解電解質發生電離和發生離子反應的條件等知識的基礎上，進一步學習強電解質和弱電解質概念，了解弱電解質的電離平衡，濃度、溫度等條件對電離平衡的影響以及電離平衡常數。為使學生形成“電解質有強弱之分”認識，教材中安排了實驗3-1：

分別試驗等體積、等濃度的鹽酸、醋酸溶液與等量鎂條反應；并測這兩種酸的pH。

筆者認為，教材的設計意圖是通過等體積、等濃度的鹽酸、醋酸溶液與等量鎂條反應，以及測這兩種酸的pH，為回答教材開頭提出的問題“不同電解質的電離程度是否有區別？”提供事實依據，進而判斷“HCl在水溶液中全部電離生成H+和Cl-；CH3COOH在水溶液中只有部分電離生成CH3COO-和H+”……以便引出強、弱電解質的定義。這個實驗可以為學生認識和理解電解質“在電離程度上是有強、弱之分的”提供必要的思維材料，但對于幫助學生認識弱電解質的電離平衡就無能為力了。由于教材未安排其他實驗來彌補這個缺陷，教師有必要二次開發教材，對現有實驗加以改進與創新，以適應學生開展相應思維活動的需要。此外，為什么由上述實驗可以得到“HCl在水溶液中全部電離生成H+和Cl-”結論，教材沒有做出說明，學生很可能不加注意，需要教師做出必要的引導。

在介紹了電離常數概念以及舉例醋酸、碳酸和硼酸的電離常數之后，人教版教材安排了實驗3-2觀察稀醋酸與飽和硼酸溶液分別滴加等濃度碳酸鈉溶液時的反應情況，引導學生根據實驗現象“推測醋酸、碳酸和硼酸三種弱酸的相對強弱，及其與電離常數大小的關系”，強化“不同弱電解質的電離程度也有區別”的認識。

相比之下，對于“弱電解質的電離”這個重要內容，教材卻沒有安排有關實驗，采用了直接介紹結論知識的方式，給教師進行二次開發留下了很大的空間。

2 對改進實驗及其教學的思考與實踐

2.1 對教材實驗內容及實施方式進行調整

在教材原有實驗3-1（測1 mol/L鹽酸與醋酸的pH）的基礎上，添加另外兩種不同濃度的鹽酸與醋酸，并添加同濃度的未知酸溶液，不僅可以引出強、弱電解質的概念，還能根據實驗數據，比較弱電解質的電離程度，分析和探究影響弱電解質電離的因素。

考慮到課上時間有限，將9種溶液根據不同的共性分為A～F6個組別。同時將學生分為12組，各組別的實驗由兩組學生完成，每種溶液有四組學生同時測定，以排除個別測定可能受失誤影響，保證測定結果都有較高的可信度。

分組測定結束后，即可對實驗數據進行三個層面的分析：由電解質的強弱之分到強弱電解質的差異，直至同為弱電解質的醋酸與未知酸的差異。

2.2 利用數字化技術，提高課堂效率

利用多媒體網絡技術，可以將學生的實驗結果即時匯集到教師處，由軟件對數據加以處理后轉化為氫離子濃度，快速地呈現給學生，便于后續教學過程的開展。這樣做有下列優點：

（1）通過比較三種濃度鹽酸與醋酸的pH，并測定未知酸的pH，可以強化強、弱電解質的印象，同時引發對電解質分類的思考。

（2）通過分別比較三種不同濃度的醋酸以及未知酸的pH，可以為學習電離平衡移動提供事實依據，引發學生思考是否存在其他影響電離平衡移動的因素以及如何驗證，為后續課程的展開進行了鋪墊。

（3）通過比較等濃度的醋酸與未知酸的pH，可以學習比較弱酸酸性強弱的實驗方法，在剛學習過的化學平衡常數基礎上學習電離平衡常數，學習如何根據電離平衡常數判斷電解質的強弱。

（4）可以實現各組學生共享測定結果，引發全班學生進行有層次、有容量、有深度的思維活動，提升思維品質。

（5）提升課堂效率，同時還能為讓每位學生都體驗數字pH計測定溶液pH的操作提供更多的機會。

例如，研究溫度對電離平衡的影響，若只測定兩、三個溫度下溶液的pH是不夠的；通過數字化實驗既可顯示pH的變化趨勢，更便于學生對實驗數據加以分析，大大提高課堂效率。

2.3 增加配合弱電解質電離平衡教學的實驗

除了改變溫度之外，向醋酸溶液中滴加少量濃鹽酸，改變氫離子濃度也是影響電離平衡移動的因素。如何進行驗證？由于之前剛使用過數字pH計，學生可能回答用pH計測溶液pH，此時教師可指出：如果向100mL 0.1 mol/L的醋酸溶液中滴加1mL的濃鹽酸，最終溶液中由鹽酸電離產生的氫離子濃度約為0.12 mol/L，而由醋酸電離產生的氫離子濃度約為1.5×10-7 mol/L，前者是后者的八萬倍，醋酸電離產生的氫離子此時小到忽略不計，根本無法用儀器測量，無法驗證醋酸電離產生的氫離子濃度是否變化、如何變化；進而啟發學生思考：能否通過更換弱電解質，通過測定溶液中其他微粒的濃度，例如引入某一有色弱電解質，利用其分子、離子顏色不同的特性，觀察向其中滴加濃鹽酸時體系顏色變化情況來進行驗證；再讓學生推測并解釋堿對其電離平衡移動的影響并驗證。最后告訴學生酸堿指示劑一般都是弱電解質，它們的變色原理涉及弱電解質電離平衡的移動。endprint

除此之外，還可以用數字化實驗設備來探究溫度如何影響醋酸電離平衡，認識溫度對弱電解質電離平衡的影響。

2.4 重視引導學生形成弱電解質電離的認識

由上述實驗可以觀察到產生小氣泡、溶液顏色變化、pH計讀數變化等宏觀現象，并不能直接觀察到弱電解質分子離解成粒子的微觀情景。前人由宏觀實驗事實形成電解質電離的微觀認識經歷了很長的一段時間，假說-驗證方法在這個過程中起了決定性的作用?？梢哉f，沒有電離假說及其驗證，人們就不可能認識到弱電解質的電離。宏觀認識與微觀認識相聯系，對于化學科學來說十分重要。假說-驗證方法是溝通宏觀認識與微觀認識的橋梁，因而是化學科學的重要方法。也許，我們的學生能夠輕易地用弱電解質電離來解釋許多宏觀的實驗現象，但這不過是教師和教材已經有意無意地提前滲透、灌輸了弱電解質電離結論的結果。如果他們碰到類似的新情況，恐怕也難免處于長期的困惑當中。因此，我們不能就事論事地做實驗和進行實驗教學，必須重視電離過程微觀解釋的探究討論，利用這個題材生動地進行假說-驗證科學方法的教育。

為此，可以提出一系列問題引發學生的思考和討論。例如：

為什么有些化合物在水溶液當中或者在熔融狀態時能夠導電，有些化合物則不能？你能用事實來證明嗎？

電解質是在通電后才離解的嗎？如果不通電，是不是能夠發生電離？你能用事實來證明嗎？

哪些事實可以證明弱電解質只有一部分發生電離？

怎樣用符號來表征弱電解質在溶液中的電離平衡？……

實際上，化學平衡涉及宏觀認識與微觀認識的聯系，它可以作為學生認識電離平衡的基礎，或者說，作為學生認識電離平衡的“圖式”（schema，皮亞杰，1970）[3]。本節課教學充分利用這種“圖式”的作用，引導學生在化學平衡的基礎上認識電離平衡，可以帶來教學的便利。

參考文獻：

[1]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理[M].北京：人民教育出版社，2007：39～44.

[2]吳子生，嚴忠.東北師范大學文庫物理化學實驗指導書[M].長春：東北師范大學出版社，1995：125～133.

[3]吳俊明，王祖浩著.化學學習論[M]南寧：廣西教育出版社，1996：38.endprint