構(gòu)建思維模型 落實(shí)核心素養(yǎng)

嚴(yán)兵

摘 要：酸堿中和滴定曲線圖像題既是高考的常考點(diǎn)，又是化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是學(xué)生的失分點(diǎn)。構(gòu)建pH-V圖像的解題思維模型，可以提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決的能力。

關(guān)鍵詞：酸堿中和;滴定曲線;化學(xué)核心素養(yǎng);思維模型

酸堿中和滴定曲線圖像題是近年來(lái)高考化學(xué)的熱點(diǎn)。這類試題的難度較大，是學(xué)生最常見(jiàn)的失分點(diǎn)，在教學(xué)中要強(qiáng)化離子平衡理論相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，注重圖像試題的解題策略。構(gòu)建思維認(rèn)知模型是基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)化，有利于提高學(xué)生獲取和分析信息的能力。酸堿中和滴定曲線圖像題的基礎(chǔ)知識(shí)是酸堿中和反應(yīng)，但相關(guān)的信息卻是從圖像中獲取，并以獲得的信息結(jié)合已有的化學(xué)與數(shù)學(xué)知識(shí)等信息，并據(jù)此作為證據(jù)進(jìn)行推理，解構(gòu)題干與選項(xiàng)做出判斷。

一、讀圖分析，結(jié)合學(xué)科知識(shí)構(gòu)建解題思維模型

例1.室溫時(shí)，向20mL 0.01 mol·L-1的HA溶液中不斷滴入0.01mol·L-1的NaOH溶液，pH變化曲線如下圖所示。下列敘述正確的是（? ）

A.若a=4，則室溫下HA的電離常數(shù)Ka=1.0×10-8

B.b點(diǎn)：2c（Na+）=c（HA）+c（A-）

C.c點(diǎn)：c（A-）>c（Na+）

D.e點(diǎn)：c（Na+）∶c（HA）+c（A-）=2∶3

解析：答案B。若a=4，即未開(kāi)始滴定時(shí)醋酸的pH=4，則可知已電離出c（H+）=10-4mol/L，計(jì)算可得出Ka=1.0×10-6，故A項(xiàng)錯(cuò)誤;從題干條件和圖像信息得出：b點(diǎn)V（NaOH）=10mL，則b點(diǎn)溶質(zhì)成分HA和NaA，由物料守恒關(guān)系式：2c（Nar）=c（A-）+c（HA），可判斷B項(xiàng)正確;由圖中信息可知c點(diǎn)溶液pH=7，根據(jù)電荷守恒可得出c（Na+）=c（A-），故C項(xiàng)錯(cuò)誤;e點(diǎn)溶質(zhì)成分為NaA和NaOH，結(jié)合題目所給濃度與體積可計(jì)算得出：n（HA+A-）=2×10-3mol，n（Na+）=3×10-3 mol，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

本題解題關(guān)鍵在于通過(guò)題中各點(diǎn)溶液的酸堿性，結(jié)合酸堿中反應(yīng)過(guò)程，判斷出圖中a、b、c、d、e點(diǎn)溶質(zhì)的成分及它們物質(zhì)的量之間的大小關(guān)系，同時(shí)巧用圖像中的幾個(gè)特殊點(diǎn)即起點(diǎn)、半點(diǎn)、中性點(diǎn)和恰好完全反應(yīng)點(diǎn)來(lái)判斷守恒關(guān)系與離子濃度大小。

室溫下，在酸堿滴定過(guò)程中，隨滴入NaOH溶液逐漸增多，圖中曲線上各點(diǎn)溶液的溶質(zhì)及物質(zhì)的量的關(guān)系，溶液的酸堿性如下表：

總結(jié)分析，構(gòu)建思維模型與知識(shí)點(diǎn)的銜接如下：

做這類題型時(shí)，首要就是找到不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶質(zhì)成分及物質(zhì)的量的關(guān)系，然后再根據(jù)溶質(zhì)成分和選項(xiàng)的設(shè)置作答。

（1）巧用“四點(diǎn)”判溶質(zhì)成分：

（2）根據(jù)選項(xiàng)觀察微粒特征判斷守恒關(guān)系與離子濃度大小：

a.若等式一邊都為陰離子，一邊都為陽(yáng)離子，則為電荷守恒關(guān)系式;

b.若等式一邊都含有一種元素，另一邊都含有另外一種元素，則為物料守恒關(guān)系式;

c.若等式的一邊微粒能結(jié)合H+，另一邊的微粒為H+或能電離H+，則為質(zhì)子守恒關(guān)系式;

d.若等式?jīng)]有以上明顯特征，則可能為三種守恒關(guān)系變形而來(lái);

e.若等式為離子濃度大小比較，則只需要結(jié)合電荷守恒與溶液的酸堿性就可以輕松解決。

通過(guò)圖像中橫縱坐標(biāo)的關(guān)系，在微粒種類、宏觀現(xiàn)象和符號(hào)表征之間建立三重表征分析，從而搭建起學(xué)生分析此類問(wèn)題的解題思維模型：

二、變式訓(xùn)練強(qiáng)化解題思維模型的應(yīng)用與完善

變式訓(xùn)練能激發(fā)學(xué)生積極參與課堂的熱情，不僅可檢查其基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，還能培養(yǎng)其分析與歸納的思維能力。因此，變式訓(xùn)練是提升學(xué)生解題能力的有效途徑與方法。

例2.室溫下，氫氧化鈉溶液與鹽酸溶液相互滴定的曲線如下圖，下列敘述不正確的是（? ）。

A.氫化化鈉的濃度為0.1 mol·L-1

B.P點(diǎn)：c（Na+）=c（Cl-）

C.曲線a是堿滴定酸的滴定曲線

D.石蕊試液能用作本實(shí)驗(yàn)的指示劑

解析：答案D。由題中信息可知這是強(qiáng)酸與強(qiáng)堿互相滴定的曲線。未開(kāi)始滴定時(shí)，氫氧化鈉溶液的pH=13，得出氫氧化鈉溶液的濃度為0.1 mol·L-1，故A項(xiàng)正確;P點(diǎn)時(shí)溶液呈中性，根據(jù)電荷守恒關(guān)系式可得出c（Na+）=c（Cl-），故B項(xiàng)正確;曲線a對(duì)應(yīng)的溶液起點(diǎn)的pH等于1，隨著滴定的進(jìn)行，溶液pH逐漸增大，因此可判斷曲線a是堿溶液滴定酸的曲線，故C項(xiàng)正確;酸和堿的中和滴定實(shí)驗(yàn)中，石蕊試液pH變色范圍比較廣，且滴定終點(diǎn)時(shí)顏色變化接近，肉眼無(wú)法清晰分辨滴定終點(diǎn)，因此不可選用石蕊試液作指示劑，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

例2變式訓(xùn)練1：參照例2的圖像，請(qǐng)畫出常溫下，20 mL 0.10 mol·L-1的一元弱酸（HA）溶液中逐滴滴加0.10 mol·L-1的一元強(qiáng)堿溶液（MOH）的pH-V（MOH）圖像，并注明起點(diǎn)、半點(diǎn)、中性點(diǎn)和恰好完全反應(yīng)點(diǎn)。

例2變式訓(xùn)練2：參照例2的圖像，請(qǐng)畫出常溫下，20mL 0.10 mol·L-1的一元弱堿溶液（MOH）中滴加0.10 mol·L-1的一元強(qiáng)酸（HA）的pH-V（HA）圖像，并注明起點(diǎn)、半點(diǎn)、中性點(diǎn)和恰好完全反應(yīng)點(diǎn)。

例2變式訓(xùn)練3：室溫下，將0.02 mol·L-1 MOH溶液逐滴加入100 mL 0.01 mol·L-1HX溶液中（混合溶液體積變化忽略不計(jì)），混合溶液的pH隨V（MOH）變化情況如下圖。下列說(shuō)法中，不正確的是（）。

A.HX為強(qiáng)酸

B.N點(diǎn)：c（M+）+c（MOH）=c（X-）

C.電離程度：N點(diǎn)大于K點(diǎn)

D.若K點(diǎn)的pH=10，則有c（MOH）+c（OH-）=（5.0×10-3+1.0×10-10）mol·L-1

解析：答案B。由圖看出，起點(diǎn)pH=2，可知0.01 mol·L-1 HX溶液中HX完全電離，故A項(xiàng)正確;N點(diǎn)溶質(zhì)：MX和MOH，可得出c（M+）+c（MOH）>c（X-），故B項(xiàng)錯(cuò)誤;N點(diǎn)pH=7，而K點(diǎn)pH>7，溶質(zhì)為MX和MOH，MOH過(guò)量，抑制了水的電離，故C項(xiàng)正確;由圖看出K點(diǎn)溶質(zhì)為MX和MOH，且n（MX）=n（MOH），據(jù)物料守恒關(guān)系式可得2c（X-）=c（M+）+c（MOH）=0.002mol/0.2L=0.01 mol·L-1，又因HX為強(qiáng)電解質(zhì)，X-完全以離子形式存在于溶液中，計(jì)算可得：c（X-）=5.0×10-3 mol·L-1，將c（M+）+c（MOH）=1.0×10-2 mol·L-1代入電荷守恒關(guān)系式中：可得：c（MOH）+c（OH-）=1.0×10-2+c（H+）-c（X-）=1.0×10-2+1.0×10-10-5.0×10-3=（5.0×10-3+1.0×10-10）mol·L-1，故D項(xiàng)正確。

酸堿中和滴定曲線試題教學(xué)要求學(xué)生能從題干和圖像獲取信息，并利用信息作為證據(jù)，結(jié)合已有的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行證據(jù)推理判斷，通過(guò)變式訓(xùn)練提高學(xué)生構(gòu)建模型和應(yīng)用模型解決問(wèn)題的能力。

編輯 馮志強(qiáng)