基于微粒觀的鹽溶液性質(zhì)復(fù)習(xí)研究

賴增榮

摘要：以NaHSO3溶液性質(zhì)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，介紹了溶液中存在微粒的判斷方法、微粒之間的平衡關(guān)系；從靜態(tài)到動態(tài)、定性到定量、單相體系到多相體系等視角了解離子平衡的應(yīng)用等。構(gòu)建了微粒觀統(tǒng)領(lǐng)下認(rèn)識溶液性質(zhì)的思路，有利于學(xué)生加深宏觀現(xiàn)象與微觀探析關(guān)系的理解，提高問題解決的能力，同時(shí)也促進(jìn)教師專業(yè)素養(yǎng)提升。

關(guān)鍵詞：微粒觀；鹽溶液性質(zhì)；復(fù)習(xí)離子平衡認(rèn)識思路

文章編號：1005–6629（2017）3–0035–06 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 微粒觀在鹽溶液性質(zhì)復(fù)習(xí)中的指導(dǎo)作用

高中學(xué)生通過各模塊知識的學(xué)習(xí)，對微粒觀有了一定的認(rèn)識。但許多學(xué)生僅將微粒觀以知識的形態(tài)儲存于大腦中，認(rèn)為化學(xué)觀念與其他具體化學(xué)知識一樣，僅僅是一種學(xué)科知識；不能自覺地將微粒觀作為學(xué)習(xí)化學(xué)的指導(dǎo)思想。構(gòu)建化學(xué)微粒觀的根本目的之一是能從微粒視角思考、解決溶液中的離子平衡問題，探析或推測溶液中離子反應(yīng)所表現(xiàn)出來的宏觀現(xiàn)象。利用微粒觀來分析解決有關(guān)溶液中的化學(xué)問題，既能加深對微粒觀的認(rèn)識與理解，又能從微觀視角探析溶液的宏觀性質(zhì)，充分體現(xiàn)化學(xué)觀念在認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)過程中的特殊作用。一定層次的微粒觀又能指導(dǎo)宏觀變化的研究[1]；在高三復(fù)習(xí)課教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生建立“從微粒觀的視角分析、解決化學(xué)問題”的基本思路，既能加深對微粒觀念的理解，又能發(fā)揮微粒觀對復(fù)習(xí)的指導(dǎo)和統(tǒng)領(lǐng)作用，還能提升復(fù)習(xí)效率，體現(xiàn)微粒觀構(gòu)建在不同教學(xué)階段中的螺旋上升，令人耳目一新[2]。

2 鹽溶液中的微粒觀

2.1 微粒觀主要內(nèi)容

綜合不同研究者對微粒觀的描述，其觀點(diǎn)主要包括：物質(zhì)是由分子、原子、離子等微粒構(gòu)成的，這些微粒很小；微粒是不斷運(yùn)動的；微粒之間存在相互作用[3]；化學(xué)是在分子、原子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化的學(xué)科[4]；微粒觀也可以從內(nèi)容屬性（即學(xué)科知識）和思維屬性（解決問題的思路和方法）兩個(gè)維度進(jìn)行理解[5]；微粒觀是從微觀的角度，從微粒的種類、微粒的存在、微粒的相互作用、微粒的運(yùn)動和變化以及微粒數(shù)量等層面，形成對化學(xué)物質(zhì)及其變化的認(rèn)識[6]。

2.2 課標(biāo)對鹽溶液微粒觀的要求

溶液的性質(zhì)是由溶液中存在的微粒種類、微粒數(shù)量的多少及其相互之間關(guān)系決定的[7]。課程標(biāo)準(zhǔn)對溶液中的微粒觀要求，可以從認(rèn)識角度、學(xué)習(xí)深度、應(yīng)用等方面進(jìn)行描述，具體如表1。

2.3 學(xué)生現(xiàn)有微粒觀的認(rèn)識水平

2.3.1 將微粒觀作為一種陳述性知識

頭腦中只有微粒觀的知識，沒有轉(zhuǎn)化為觀念。在實(shí)際情境中，不能自覺或敏感地從微粒的視角分析問題、解決問題。

例如在表述NaHCO3溶液與足量的石灰水反應(yīng)的離子方程式時(shí)，學(xué)生按以下順序來完成任務(wù)：

寫出化學(xué)方程式→將溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)改寫成離子→刪去式子兩邊相同的離子→得出離子方程式。

作為初學(xué)者，按上述程序書寫離子方程式無可厚非。但是在學(xué)習(xí)完溶液中的離子平衡后再按上述步驟書寫離子方程式，就說明微粒觀的認(rèn)識水平處于低級狀態(tài)或僅僅將微粒觀看成是一種陳述性知識。

從微粒觀視角來書寫上述反應(yīng)的離子方程式的要求：依據(jù)離子反應(yīng)之間定量關(guān)系，直接寫出離子方程式。

2.3.2 微粒觀認(rèn)識處于靜態(tài)水平

在分析“分別用相同物質(zhì)的量濃度的鹽酸、醋酸溶液中和相同量的NaOH，所需兩種酸的體積大小關(guān)系”問題時(shí)，許多學(xué)生認(rèn)為所需醋酸溶液體積大，他們的理由是：醋酸屬于弱電解質(zhì)，其電離產(chǎn)生的[H+]較小。

顯然，學(xué)生不知道弱電解質(zhì)在溶液中存在電離平衡，也不知道電離平衡是動態(tài)的、可移動的。這些情況均說明學(xué)生的微粒觀的認(rèn)識處于靜態(tài)水平。

2.3.3 微粒觀認(rèn)識處于定性水平

在分析“25℃，將0.1 mol·L-1醋酸鈉溶液加水稀釋時(shí)，水解平衡向什么方向移動？移動后溶液中[OH-]如何變化？”問題時(shí)，不少學(xué)生認(rèn)為水解平衡向右移動，因?yàn)槿芤涸较。x子之間結(jié)合機(jī)會越少；稀釋后溶液中[OH-]變大，因?yàn)樗馄胶庀蛴乙苿樱a(chǎn)生了更多的OH-。

這些學(xué)生只能從定性角度來分析問題，無法從溶液中各種離子濃度之間存在的定量關(guān)系加以分析；當(dāng)有多個(gè)因素同時(shí)對一個(gè)問題發(fā)生影響時(shí)，可能就無法得出正確的結(jié)論。

若從Q（濃度商）與水解平衡常數(shù)K的相對大小、以及K=[OH-]·[CH3COOH]/[CH3COO-]的關(guān)系分析，則上述問題迎刃而解。

3 微粒觀統(tǒng)領(lǐng)下鹽溶液的性質(zhì)專題復(fù)習(xí)案例研究

以NaHSO3溶液的性質(zhì)為例，在微粒觀統(tǒng)領(lǐng)下復(fù)習(xí)鹽溶液性質(zhì)的教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

3.1 依據(jù)學(xué)生微粒觀水平確定學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）以NaHSO3溶液與Ba（OH）2溶液的反應(yīng)為例，能正確判斷鹽溶液中存在的離子、分子的種類以及它們之間的定量關(guān)系，解釋產(chǎn)生這些微粒的原因；并能從微粒的視角直接寫出反應(yīng)的離子方程式（突出微粒產(chǎn)生途徑及其定量關(guān)系、從微粒角度分析化學(xué)反應(yīng)）；

（2）以NaHSO3溶液為例，能找出鹽溶液中微粒之間的平衡體系，知道影響這些平衡的因素以及移動的結(jié)果（突出微粒觀、平衡觀、動態(tài)觀）；

（3）能依據(jù)溶液中存在的微粒及平衡，預(yù)測鹽溶液可能具有的性質(zhì)，并能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以證明（突出運(yùn)用微粒觀預(yù)測鹽溶液的宏觀性質(zhì)）；

（4）給定兩種電解質(zhì)溶液，能分析其反應(yīng)方向、反應(yīng)限度；能分析多相體系（固、液相）中離子平衡及其移動的應(yīng)用（突出微粒之間的定量關(guān)系、多相體系中離子平衡的應(yīng)用）；

（5）構(gòu)建從微粒觀視角認(rèn)識鹽溶液性質(zhì)的基本思路，并能進(jìn)行遷移。

3.2 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

3.2.1從微粒觀認(rèn)識鹽溶液的組成與性質(zhì)

[學(xué)生活動1]

在0.1 mol·L-1 NaHSO3溶液中加入少量Ba（OH）2溶液，產(chǎn)生白色沉淀。

①用化學(xué)用語表示NaHSO3溶液中存在的離子、分子（H2O除外）的產(chǎn)生過程[已知： Ka1（H2SO3）=1.23×10-2；Ka2（H2SO3）=5.6×10-8]。

②先分析NaHSO3溶液、Ba（OH）2溶液中存在的主要離子及其數(shù)目關(guān)系，再分析將這兩種溶液混合后，微粒之間反應(yīng)情況，直接寫出反應(yīng)的離子方程式（不要通過“先寫反應(yīng)的化學(xué)方程式，再改寫為離子方程式”的方法書寫離子方程式），說明分析思路。

③至少提出三種使0.1 mol·L-1 NaHSO3溶液中的c（HSO3-）減小的措施。

[問題①設(shè)計(jì)意圖]

落實(shí)“鹽溶于水時(shí)，能發(fā)生電離，還可能發(fā)生水解，從而產(chǎn)生各種離子、分子”的觀念認(rèn)識，落實(shí)能“看見”鹽溶液中離子、分子的目標(biāo)；并學(xué)會用微觀符號表征有關(guān)微粒變化；認(rèn)識到微粒產(chǎn)生的過程可能存在動態(tài)平衡。具體分析思路及結(jié)果如表2。

[問題②設(shè)計(jì)意圖]

引導(dǎo)學(xué)生從溶液中存在的主要微粒及其反應(yīng)的定量關(guān)系分析離子反應(yīng)，落實(shí)微粒觀中的定量觀。分析思路和結(jié)果如圖1。

[問題③設(shè)計(jì)意圖]

通過該問題的解剖分析，落實(shí)“鹽溶液中的微粒之間存在平衡，平衡是動態(tài)的、可以移動的”平衡觀、動態(tài)觀的目標(biāo)。

3.2.2 從微粒觀預(yù)測溶液的性質(zhì)

[學(xué)生活動2]

依據(jù)NaHSO3溶液存在的微粒及平衡關(guān)系，請你預(yù)測NaHSO3溶液可能具有的性質(zhì)，說明你的預(yù)測理由；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明你對溶液具有“還原性”的判斷。將結(jié)果填入表3。

[設(shè)計(jì)意圖]

（1）構(gòu)建“從微粒種類、微粒之間的平衡、核心元素化合價(jià)等視角預(yù)測鹽溶液的宏觀性質(zhì)”的基本思路。

3.2.3 從離子平衡判斷鹽溶液的反應(yīng)方向與限度

[學(xué)生活動3]

NaHSO3溶液與Na2CO3溶液能否發(fā)生反應(yīng)？若能反應(yīng)，主要反應(yīng)產(chǎn)物是什么？

[設(shè)計(jì)意圖]

要求學(xué)生依據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)，分析離子之間能否發(fā)生反應(yīng)和反應(yīng)的限度，以探查學(xué)生在新情境中分析電解質(zhì)溶液之間反應(yīng)結(jié)果的能力，并歸納出解決問題的策略。

K1很大，表明反應(yīng)趨勢很大，只要溶液中反應(yīng)物離子濃度很小即可滿足Q

K2較小，表明反應(yīng)趨勢很小，即使溶液中反應(yīng)物離子濃度較小，仍可能導(dǎo)致Q>K，因此反應(yīng)較難向右進(jìn)行，且平衡時(shí)反應(yīng)限度也很小。

[方法歸納]

找出溶液中存在的離子及存在的平衡→混合溶液中微粒之間可能存在的新平衡，并求出其平衡常數(shù)K→利用K大小判斷相關(guān)反應(yīng)的方向和限度。

3.2.4 離子平衡的應(yīng)用

[學(xué)生活動4]

工業(yè)上制備NH2OH·HCl（鹽酸羥胺）的一種工藝流程片段如下圖2所示。

4 實(shí)踐反思

通過本課時(shí)的設(shè)計(jì)與教學(xué)活動，教師、學(xué)生都會有較大收獲。

4.1 學(xué)生方面

能更為深刻理解溶液所表現(xiàn)出的各種宏觀性質(zhì)，均是由溶液中的微粒的種類、離子平衡移動決定的；知道用微粒觀可以預(yù)測或探析溶液的許多性質(zhì)；體驗(yàn)了運(yùn)用微粒觀構(gòu)建分析問題、解決問題的基本思路，進(jìn)一步認(rèn)識到用化學(xué)觀念看待化學(xué)問題的價(jià)值意義，最終養(yǎng)成在新情境中自覺運(yùn)用化學(xué)基本觀念解決問題的習(xí)慣。構(gòu)建學(xué)科基本觀念，不僅能使學(xué)生對學(xué)科思想有深刻的領(lǐng)悟，也能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)遷移能力，提高學(xué)生解決問題的能力[8]。

4.2 教師方面

在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，教師必須認(rèn)真梳理課標(biāo)要求，從課標(biāo)中抽提出微粒觀的基本內(nèi)容及其價(jià)值，同時(shí)在教科書中尋找落實(shí)微粒觀構(gòu)建與應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容，概括出中學(xué)化學(xué)微粒觀的基本內(nèi)容、學(xué)習(xí)要求、應(yīng)用價(jià)值，結(jié)合學(xué)生的微粒觀已有水平確定教學(xué)目標(biāo)，再設(shè)計(jì)相關(guān)的教學(xué)事件將教學(xué)目標(biāo)逐一落實(shí)到位。上述一系列思考和分析過程，對提升教師學(xué)科素養(yǎng)和專業(yè)能力大有裨益；

在教學(xué)實(shí)施時(shí)，由于對學(xué)生的認(rèn)知要求遵循由淺入深、由易到難的順序：宏觀到微觀、定性到定量、靜態(tài)到動態(tài)、單相體系到多相體系，所以在教學(xué)過程中勢必會出現(xiàn)這樣那樣的問題，這就要求教師善于捕捉課堂動態(tài)，尋找課堂中生成的教學(xué)資源，充分發(fā)揮自身的智慧，及時(shí)調(diào)整教學(xué)行為，以便更好地落實(shí)教學(xué)目標(biāo)，在此過程中教師的教育教學(xué)能力也得到提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]程紹山.運(yùn)用微粒觀開發(fā)復(fù)分解反應(yīng)教學(xué)價(jià)值的實(shí)踐與研究[J].化學(xué)教育，2015，（15）：29.

[2]張彩玲.基于微粒觀構(gòu)建“換個(gè)角度看世界”主題復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2013，（6）：28.

[3]畢華林，盧巍.化學(xué)基本觀念的內(nèi)涵及其教學(xué)價(jià)值[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，（6）：5.

[4]朱玉軍.中學(xué)化學(xué)的基本觀念探討[J].中國教育學(xué)刊，2013，（11）：72～73.

[5]陳瑞雪.以微粒觀促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)知識的深入理解[J].化學(xué)教育，2013，（1）：19.

[6]楊梓生，吳菊華.中學(xué)化學(xué)教師專業(yè)發(fā)展的十二堂必修課[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2015：96.

[7]賴思恒.立足微粒認(rèn)識的初中元素化合物教學(xué)研究與實(shí)踐[J].化學(xué)教學(xué)，2013，（9）：21.

[8]王琦，胡小璐.運(yùn)用觀念構(gòu)建復(fù)習(xí)溶液中微粒濃度關(guān)系的課例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（5）：37.