巧用數軸法書寫質子守恒表達式探析

云南 朱全歡

1.問題背景

質子守恒表達式的書寫是歷年高考化學考試考查的熱門和難點，一般都是通過聯立電荷守恒表達式和物料守恒表達式得到，該處理方法繁瑣、低效又容易出錯，還不利于檢查判斷是否正確。

為簡便快捷地書寫質子守恒表達式，有許多的相關研究，例如：葉書林老師和洪賽君老師的用數軸法書寫質子守恒表達式。很多都只是介紹了單一方法、單一溶液、混合溶液中的一項，部分方法還比較抽象，如葉書林老師和洪賽君老師的數軸法，雖然解決質子守恒表達式時直觀新穎、書寫單一溶液較簡捷，但是混合溶液的書寫不易理解、刻度的確定容易出錯。

因此，行之有效且簡便快捷的書寫質子守恒表達式方法很有必要，經查閱大量期刊文獻和結合教學實踐，發現了如何用數軸法來巧寫質子守恒表達式以達到快速、簡捷、準確的目的。后文中將結合實例，逐一分析。

2.理論依據

酸堿質子理論是數軸法書寫質子守恒表達式的基礎，酸堿質子理論：酸是質子的給予體(即任何能釋放出質子的含有氫原子的分子或離子都是酸);堿是質子的接受體(即任何能與質子相結合的分子或離子都是堿)。酸給出質子后生成的堿是這種酸的共軛堿;堿接受質子后生成的酸是這種堿的共軛酸。按照酸堿質子理論酸與堿之間的關系可用“酸=質子(H+)+堿”來表示。

3.基本步驟

(3)將數軸上微粒與其對應刻度的絕對值相乘后相加，由質子得失守恒可知：∑(“0”左側微粒濃度×|對應刻度|)=∑(“0”右側微粒濃度×|對應刻度|)，將得到的式子變式處理后即可得到質子守恒表達式。如在NaHCO3溶液中，由數軸圖可得關系式：

4.實例

4.1 單一溶液

( )

【答案】D

【解析】D選項中，c(Na+)=2c(總)的溶液中溶質為Na2C2O4，檢驗的目的是書寫Na2C2O4溶液中的質子守恒表達式。

因此，由上述方法分析可知，D選項正確(A、B、C三個選項與本研究無關，不再闡述)。

【例2】書寫NH4HC2O4質子守恒表達式。

4.2 混合溶液

當書寫混合溶液的質子守恒表達式時，將溶液中的各溶質進行分離對待，用數軸法寫出單一溶液各溶質的質子守恒表達式，調整質子守恒表達式，使其c(H+)或c(OH-)在等號同側，然后分別乘對應溶質的物質的量濃度后相加，化簡即得到混合溶液的質子守恒表達式。

【例3】書寫xmol/L Na2C2O4和ymol/L NaHC2O4混合溶液的質子守恒表達式。

得到質子守恒表達式為

得到質子守恒表達式為

因此，混合溶液的質子守恒表達式：①×x+②×y，

【例4】書寫0.3 mol/L NH3·H2O和0.1 mol/L NH4Cl混合溶液的質子守恒表達式。

以NH3·H2O和H2O為參考基準對應的數軸圖為

得到的質子守恒表達式為

得到的質子守恒表達式為

c(OH-)+c(NH3·H2O)=c(H+) ④

因此，混合溶液的質子守恒表達式：③×0.3+④×0.1即

即得質子守恒表達式：

5.總結

綜合上述分析，基于酸堿質子理論的數軸法，通過把抽象復雜的化學問題與數學圖形相結合的方式，將難、繁、低效、抽象分別化為易、簡、高效、直觀，有利于激發學生學習動機和興趣，促進學生理解以及掌握，鍛煉學生創新思維，有利于學生化學學科核心素養的養成，從而提高教學效率。