化学模型在水溶液平衡备考的初步应用

杨少锋

（广州市第六十六中学，广东 广州）

一、问题提出

水溶液中存在多种平衡，包括H2O的电离平衡、弱电解质电离平衡、盐类离子水解平衡，笔者把它们统称为水溶液平衡。水溶液平衡在历年高考中既是重点又是难点，是全体师生既爱又恨的考点之一。爱是因为它年年考，考点稳定，备考相对稳定，老师都有着丰富的备考经验。恨是因为考查的方式、题型多变、可考查的物质多变，不容易得分，考生普遍反映难！

教育部在新课程改革中提出了化学学科核心素养之一“证据推理与模型认知”。如何把这个核心素养的培养落实在日常教学环节中？笔者结合化学教学内容特点，在日常教学中不断摸索、实践，把核心素养的培养形成探究性教学，笔者以高考中常见考点水溶液平衡为教学案例做一浅析。

二、设计思路

笔者按化学模型开发、建立、拓展运用的过程，构建了水溶液平衡模型，尝试解决水溶液中高考常见的两种问题，即判断离子浓度大小与溶液离子等式对错，进一步发挥化学模型在水溶液平衡备考中的作用。

笔者提倡用具体的案例代替抽象的理论说明推导，本文分别以 0.1mol·L-1NH4Cl溶液与 0.1mol·L-1Na2CO3溶液为例，演示了模型的初步建立到模型拓展。NH4Cl溶液存在一个单一的离子水解平衡，把它作为水溶液平衡的雏形，更适合学生的学习心理，有信心通过模型来认知水溶液的各种平衡。再以Na2CO3溶液为例，从再到可以让学生清晰地感受到水溶液平衡的拓展。水溶液平衡模型旨在帮助学生形成水溶液各种平衡建立的过程，理解各种微粒的来源及改变情况。水溶液平衡是化学平衡中的一种，所以化学平衡移动原理同样适用于水溶液平衡，再结合溶液电中性原理，建立各种常见的等式，可以帮助学生掌握这类知识点的考查。笔者的化学模型就是建立在这样的具体案例上，让学生更好地理解并初步掌握模型认知的学习能力。

三、教学过程

1.开门见山，直接展示水溶液平衡模型。

［模型引入］ 以0.1mol·L-1NH4Cl水溶液为例，建立水溶液平衡的化学模型。如下所示。

水溶液平衡模型

［师生互动］ 我们进行模型拆解、说明。

（1）先写所有水溶液中一定存在平衡，也就是①式水电离平衡。

①H2O⇌H++OH-

（2）再写出溶质的电离，即②式。

（3）最后考虑，溶质电离出的离子能否建立新的平衡，即③式。

设计意图：模型以简单的NH4Cl溶液为例，展示了模型的建立过程，让学生直观、容易接受、可模仿。降低了学生对模型认知的畏惧心理，增强了学生的学习信心。

2.探究活动一：水溶液中离子浓度大小比较

模型认知是一个循序渐进的过程，模型越是简单，背后所隐藏的、可拓展的信息也就越丰富。

［引出问题］ 建立水溶液平衡后，水溶液中各种微粒浓度大小如何比较呢？

［方法展示］ 建立水溶液平衡，寻找离子的来源，可以轻松完成离子浓度大小比较。仍然以0.1mol·L-1NH4Cl为例，比较溶液中各种离子浓度大小。

首先建立水溶液平衡。

①H2O⇌H++OH-

②

［模型拓展1］ ②式中，配上具体浓度的数据更直观。

离子减少示意图

通过水溶液平衡的建立，我们可以直观看到各种离子的来源。如H+的来源，即①③式。

所以我们可以轻松地得出c（H+）>c（OH-），c（H+）>c（NH3·H2O）。

设计意图：展示模型的拓展，学生可以清晰地认识知识的延伸，模型丰富性，让学生可以树立掌握更多知识的信心。

［学生交流］

下面请看2012年广东高考真题：对于常温下pH为2的盐酸，表述正确的是 （ ）

A.c（H+）=c（Cl-）+c（OH-）

B.与等体积pH=12的氨水混合后所得溶液显酸性

C.由 H2O 电离出的 c（H+）=1.0×10-12mol·L-1

D.与等体积0.01mol·L-1乙酸钠溶液混合后所得溶液中：c（Cl-）=c（CH3COO-）

［教师点拨］ B选项，混合后所得溶液其实为，NH4Cl与氨水的混合溶液且氨水过量。建立水溶液平衡如下①H2O⇌H++OH-，③从离子的来源可以得出，c（OH-）>c（H+）即显碱性，故 B 错。

D选项，pH=2的盐酸浓度0.01mol·L-1，与乙酸钠混合后所得溶液其实为，乙酸与NaCl的混合溶液。建立水溶液平衡H2O⇌H++OH-CH3COOH⇌H++CH3COO-，c（Cl-）>c（CH3COO-），故 D错。

［模型拓展2］ 以0.1mol·L-1Na2CO3溶液为例，比较溶液中各种离子浓度大小。根据先写出水的平衡、溶质电离、离子水解新平衡，可以得出以下水溶液平衡。

0.1mol·L-1Na2CO3水溶液平衡

（1）H2O⇌H++OH-

配上离子大小数据，

再看其他离子来源，我们可以轻松得出它们的大小比较。

①H2O⇌H++OH-

c（OH-）>c再复杂一点的，c（OH-）

［设计意图］ 选用Na2CO3溶液为拓展，是因为②式产生的会继续建立新的平衡，即③式，学生会直接完成的两步水解过程，比较难理解的实际水解过程。这样处理也体现了模型拓展循序渐进的特点。

3.探究活动二：水溶液平衡的两种守恒

［师生互动］（1）电荷守恒，根据溶液呈电中性的原理。即溶液中所有阳离子的正电荷之和等于所有阴离子的负电荷之和。如在0.1mol·L-1NH4Cl溶液中，根据水溶液平衡，阳离子有 Na+、H+，阴离子有 Cl-、OH-。它们建立的等式为+c（H+）=c（Cl-）+c（OH-）。又如在0.1mol·L-1Na2CO3溶液中，根据水溶液平衡，阳离子有Na+、H+，阴离子有它们建立的等式为：c（Na+）+c（H+）

（2）物料守恒，即原子守恒关系。如在0.1mol·L-1NH4Cl溶液中，根据水溶液平衡得知在离子建立新的平衡前=c（Cl-）=0.1mol·L-1。所以我们建立 c（N）=0.1mol·L-1，由于所以我们得出：

［学生交流］（2013安徽高考）已知NaHSO3溶液显酸性，溶液中存在以下平衡：

向0.1mol·L-1的NaHSO3溶液中分别加入以下物质，下列有关说法正确的是 （ ）

A.加入少量金属 Na，平衡①左移，平衡②右移，溶液中c（HSO3-）增大

B.加入少量 Na2SO3固体，则 c（H+）+c（Na+）=c（HSO3-）+c（OH-）

C.加入少量NaOH溶液，的值均增大

［教师点拨］ B选项。虽然加入了Na2SO3，但根据电中性原理，可以轻松建立等式：则所以B选项明显错误。

四、实践感悟

水溶液中存在各种平衡，一直以来都是高考命题者喜欢的热点，而水溶液平衡本身也是化学平衡的主要组成部分。命题人可以在考查的物质上做变动，还可以在数据表征上做改变，甚至结合最近喜欢用的图像坐标来增加难度，不管怎么变，其考查的本质是不会改变的。水溶液平衡模型的开发与应用，恰恰抓住了这一本质，可以帮助考生牢牢掌握这类题型的考查，在高考中从容答题拿分。

“模型认知与证据推理”化学核心素养之一，结合化学基础知识与学生认知角度，建立水溶液平衡模型，可以帮助学生更直观、清晰地学习相关化学知识，可以帮助学生更好地掌握模型认知的学习能力。