水溶液中展現出的內在美和外在美
———以探究“弱電解質的電離平衡”實驗為例

◇ 王曉麗

高中化學反應原理知識理論性強、難度大，這無疑增加了學生理解的難度，筆者在教學過程中不斷研究如何讓抽象的問題形象化，如何培養學生科學探究的態度，如何更好地展現化學學科的魅力．事實證明把實驗引進課堂既能讓學生宏觀上觀察到實驗現象又能讓學生感受到化學反應的內在變化．實驗是化學的靈魂，也是開啟智慧大門的鑰匙．

1 教學思路

本節課選自魯科版《化學反應原理》第三章第2節“弱電解質的電離 鹽類的水解”的第1課時“弱電解質的電離平衡”，其內容比較抽象．為使理論知識具體化，筆者通過對比實驗，定性和定量地測量濃度均為0．1mol·L－1的醋酸和鹽酸溶液的pH，讓學生了解弱電解質在水溶液中不能完全電離，存在電離平衡．那么弱電解質電離平衡的限度怎樣，如何衡量呢?教師應引導學生從化學平衡思想的角度學習電離平衡常數和電離度．

2 基于學科素養的教學目標

1)通過對比實驗，能從宏觀辨識強、弱電解質溶液與金屬反應的實驗現象到微觀辨析強、弱電解質在水溶液中離子濃度差異現象，發現弱電解質溶液中存在電離平衡．

2)能運用變化觀念和平衡思想認識弱電解質電離平衡的平衡常數和電離度，可以衡量弱電解質電離程度的大小．

3)能通過運用證據推理和模型認知學會從本質上分析溫度、濃度、外加物質等因素對電離平衡的影響．

3 教學流程及情境設計

探究1認識弱電解質的電離平衡

【問題】 0．1mol·L－1的鹽酸和0．1mol·L－1的醋酸分別與Zn粒反應，現象有什么不同?主要是什么原因引起的?

【生】鋅與醋酸反應較慢，是H＋濃度不同引起的．

【師】如何通過實驗證明0．1mol·L－1醋酸中H＋濃度比0．1mol·L－1鹽酸中H＋濃度小，引導學生討論實驗方案．

【動手實驗】

實驗1:定性對比．鋅粒分別與同濃度的鹽酸和醋酸反應．

步驟1:取Zn粒1～2粒，分別加入兩支試管中；

步驟2:分別加入0．1 mol·L－1HCl溶液和0．1 mol·L－1CH3COOH溶液于兩試管中(液面約2cm高)，并將兩試管放入盛有熱水的小燒杯中，對比觀察實驗現象．

實驗2:定量檢測．用pH計 測0．1 mol·L－1CH3COOH溶液的pH．

具體操作:打開pH計的電源開關，把黑色冒蓋取下，將探頭浸入醋酸溶液液面以下，靜置1～2秒，讀數．實驗結束關閉開關．

【現象及結論】Zn粒與0．1 mol·L－1CH3COOH溶液反應比較慢；0．1 mol·L－1CH3COOH溶液的pH大于1．說明CH3COOH在水溶液中不能完全電離，是弱電解質．

【師】引導學生通過觀察辨識宏觀現象，運用多種方法驗證預測．

探究2認識衡量弱電解質電離程度的量

【問題】弱電解質在水溶液中的電離程度有多大?哪些量可以衡量其電離程度?引導學生寫出醋酸的電離方程式，列出平衡常數表達式．

【展示】資料數據:室溫下，

【師】引導學生分析，弱電解質電離程度與電離平衡常數有何關系?

【生】溫度一定時，電離常數Ka越大，該弱酸的電離程度越大，其酸性越強．

【師】當溫度相同時，如何比較0．10mol·L－1的醋酸和1mol·L－1醋酸的電離程度呢?

【生】當溫度相同時，平衡常數Ka大小一定．可從醋酸的電離度(轉化率)方面考慮．轉化率越大，其電離程度就越大．

【師】引導學生以化學平衡思想解決弱電解質的電離平衡問題．

【結論】電離平衡常數和電離度均可在一定環境下衡量弱電解質電離程度．但當外界條件改變時，會引起電離平衡的移動．

探究3認識弱電解質電離平衡移動的本質原因

【師】以“CH3COOH?CH3COO－＋H＋”為例分析，當溫度和濃度改變時，醋酸的電離程度如何改變呢?

【思考交流】分析表格，同一種醋酸溶液隨溫度升高，Ka如何變化?平衡如何移動?其電離程度如何變化?這說明什么問題?

【展示】資料數據:不同溫度下醋酸的電離常數如表1所示．

表1

【生】通過以上數據說明弱電解質電離的過程吸熱．升高溫度，Ka增大，醋酸的電離程度增大．

【思考交流】室溫下，將0．1 mol·L－1的醋酸溶液中加入醋酸鈉固體，醋酸的電離程度如何變化?

【生】溫度沒有發生改變，肯定不能從平衡常數的角度來判斷醋酸的電離程度，那就嘗試從電離度的角度進行判斷，首先根據當c(CH3COO－)增大時，Qc＞Ka可判斷醋酸的電離平衡向左移動，電離程度減小．

【師】引導學生注重證據推理的能力，用變化觀念與平衡思想解決弱電解質電離平衡發生移動的本質原因．

【實驗驗證】設計實驗驗證濃度改變對電離平衡的影響．

【設計方案】取少量稀氨水于試管中，加一滴酚酞，再加NH4Cl固體，觀察溶液顏色變化．

【現象與結論】取少量稀氨水于試管中，加一滴酚酞，溶液變成粉紅色．再加NH4Cl固體，溶液顏色逐漸變淺直至消失．說明c(OH－)減小，NH3·H2O的電離平衡向左移動，電離程度減弱．

實驗結果和理論推導結果統一，學生通過實驗可以直觀感受到弱電解質在水溶液中的平衡移動．

【結論】溫度改變時，Ka發生改變，電離平衡發生移動．升溫，Ka增大，電離平衡向右移動；降溫，Ka減小，電離平衡向左移動．改變濃度時，Qc＜Ka時電離平衡向右移動；Qc＞Ka時電離平衡向左移動．

探究4捉住本質，構建模型

【師】引導學生構建思維模型(如圖1)，學會從本質上理解弱電解質電離平衡移動的原因．

圖1 思維模型

【學以致用】試分析室溫下，將0．1 mol·L－1的醋酸溶液中加入等體積的蒸餾水(忽略體積變化)，醋酸的電離程度如何變化?

【結語】要判斷弱電解質的電離平衡如何移動，首先應明確外界因素的改變影響到哪些量的變化．從本質上理解，如溫度的改變實質上是改變了電離平衡常數而引起平衡移動，大多數弱電解質的電離過程是吸熱的，所以溫度越高越促進電離．如濃度的改變(包含單一組分濃度的改變、多個組分濃度的改變)實質是改變了Qc與Ka的相對大小關系．利用Qc＜Ka電離平衡向右移動，Qc＝Ka電離平衡不移動，Qc＞Ka電離平衡向左移動進行判斷．

4 教學反思

理解弱電解質的電離平衡對于大部分學生來說都需要一段時間，如果從本質上揭示原因，能便于學生建立模型．本節課以“認識弱電解質的電離平衡—認識衡量弱電解質電離程度的量—認識弱電解質電離平衡移動的本質原因”為主線促進學生化學學科核心素養的發展．

將化學實驗引進課堂激發了學生的學習興趣和認知渴望．從視覺直觀地感受科學的魅力，讓枯燥的原理知識變得如此美妙與深奧．在備課過程中，從設計實驗到藥品準備都要考慮到細處，雖然給教師增大了難度，但在實施過程中，不僅在自主、合作、探究新知識的過程中提高了學生的學科素養，還激發了他們學習化學的興趣與熱情．