“弱电解质电离平衡”需要教什么？

□李发顺

（杭州市余杭第二高级中学，浙江杭州 311100）

上好课首先要解决“教什么”而不是“怎么教”的问题，受教育者今天学习这些知识的目的，是为了明天他们能够创造出更多新鲜美好的东西，所以课堂教学中“教什么”比“怎么教”更重要[1]。教师知道为什么这样教是教学法的问题，教师知道教学内容中知识的内在逻辑和学习意义则是育人的问题。笔者以“弱电解质电离平衡”这一内容为载体，从“到底需要教什么”谈学科素养落地，兼谈教师素养的发展。

一、弱电解质电离平衡建立

酸与碱的初步认识到理论形成，经历了两个世纪，人们知道酸能使紫罗兰花显红色，并没有人关注到底是H+使紫罗兰花变红色，还是酸分子使紫罗兰花变红色。随着酸碱电离理论的建立与发展，将酸定义为电离出来的阳离子全部是H+的化合物，既然酸能够电离出H+，则酸在水溶液中是以离子形式、分子形式，还是离子、分子共同存在呢？

教师引导学生理解强电解质在水溶液中完全电离，弱电解质是部分电离，如HCl是强电解质，CH3COOH是弱电解质，怎样证明完全电离与部分电离呢？通常有两种假设，一是测0.1mol·L－1上述两种溶液pH，计算出溶液中H+，推定是否完全电离；二是比较相同物质的量浓度的HCl与CH3COOH溶液导电性，得出CH3COOH是弱电解质（HCl是我们认同的强电解质），基于如此的理解，所以学生记住用H+”表示电解质的电离过程，这是典型的结果式教学。基于过程的对话式教学，关注的是学生的认知过程，HCl溶于水后在溶液中以何种形式存在？怎样表示？怎样让学生认识到溶于水后HCl分子已经不存在（检测HCl分子，或检测0.1mol·L－1HCl溶液中c(Cl－)等）？得出H+与Cl－没有结合成HCl分子的过程，所以才可以用“=”表示，怎样才能结合？加热HCl气体逸出，此时H+与Cl－结合了，但与电离时条件不同，不能称为可逆过程，所以不能用表示，而对于CH3COOH溶于水后发生电离检测到了H+、CH3COO－和CH3COOH，且一定时间后测定上述三种微粒浓度不再发生变化，说明“H++这一反应也在进行，既然相同条件正逆两个方向的反应下同时都在进行，就是可逆反应，所以表示为浓度不再变化，说明正向的电离与逆向的结合达到了动态平衡。

基于这样的教学，其一，对老师和学生都提出了新的要求，简单测量一定物质的量浓度溶液pH判定是否完全电离并不是合适的，我们需要检测其他非水电离出的微粒浓度加以判定，数字化实验就是一种检测方式，有些可能如今无法达成的检测，但至少学习者考虑过，受条件所限才放弃，科学研究过程正需要这样的思考，而非只走现成的路。其二，动态平衡、离子化和分子化过程，浓度不再变化，分子与离子是否共存的认识是由自己提出、否定与肯定中形成，而不是来自于结果的记忆。这正是学习者在与客观世界对话过程中，与自我世界对话的学习，形成自己的认识与对结论的认同[2]。

二、弱电解质电离平衡表征

对于电解质的电离过程的变化，用微观的符号表征，这就是电离方程式，至于电离程度大小又怎样表示？可以是溶液中电解质相关微粒浓度大小，也可以是一定物质的量浓度电解质电离的分子浓度占原始分子浓度的百分比，还可以是电离出离子浓度与分子浓度的比例关系，甚至是某种微粒产生与消耗速率快慢的相对大小……学生学习了弱电解质电离平衡后，需要知道电解质在溶液中变化和化学平衡一样，既有电离与结合的快慢，也有电离与结合的多少，怎样通过一般规律（化学平衡）来进行表征，更需要了解这种电解质在水溶液体系中各微粒存在的相对多少，延伸到在其他溶剂中存在的相对多少，这才是学习“弱电解质电离平衡”的意义。

教学设计与实践过程中类比平衡转化率很容易找到电离度（α）的概念，同时还需要引导学生找c（H+）/c（CH3COO－）、c（CH3COO－）/c（CH3COOH）比值的意义，甚至可以说c（CH3COO－）/c（CH3COOH）的比值更有意义，因为其均来自于溶质，而c（H+）来自于溶质与溶剂的电离，这是表征平衡的第一种方式——电离度。同样在引导学生建构电离平衡常数的过程也一样有意义，并不仅仅局限在只求算值的规律，还可以求算c（CH3COO－）·c（H+）值的规律，然后通过计算发现某一值才具有特殊的规律与意义，这才引出表征平衡的第二种方式——电离平衡常数。既然是平衡常数，就要关注体系中各微粒的浓度，所以更有助于学生理解CH3COO－、H+、CH3COOH的状态都是“aq”。

三、弱电解质电离平衡特征

从化学平衡到电离平衡，构建一个系统的认知模型，学生在构建与运用中感悟到勒夏特列原理迁移运用。平衡的特征听课中经常见到老师们用“逆、动、等、定、变”五个字来概括和表示，然后逐字展开分析。这些特征从哪里来？为什么会有这五个特征呢？到底弱电解质电离平衡特征背后是什么呢？这就是“道”的问题。电解质溶于水后，离子化和分子化同时存在，当两者速率相等了，就达到了电离平衡，若离子化一直进行，而分子化速率为0，则终将完全电离，这就是强电解质的特征。以醋酸为例，我们研究“H+”，需要讨论下述三个问题：（1）电离平衡与温度有什么关系？电离涉及到键的断裂，加热提供能量，能加快电离与结合速率，促进反应向需要吸收热量的方向进行，导致CH3COO－、H+浓度增大，而CH3COOH分子浓度减少，增大电离度和电离平衡常数，从本质中认识到电离度、电离平衡常数与温度的关系。（2）电离平衡与电解质浓度有什么关系？若向原平衡体系加水，单位体积内溶质分子与溶质离子浓度减小，反应将向增加溶质微粒数量的方向进行，以增加微粒间碰撞概率，但电离与结合速率都减慢了，电离度增大了，由于没有与外界进行能量交换，平衡常数并没有发生变化。若是增加CH3COOH分子浓度，平衡会怎样变化？电离与结合速率怎样变化？上述加水稀释或增加电解质浓度，与化学平衡中加压缩小容器体积（减小扩大体积）的气体反应体系有什么相似？例如，增加电解质浓度，相当于加压平衡向缩体方向移动；加水稀释，相当于减压平衡向扩体方向移动等。（3）加入电解质对原电离平衡有怎样的影响？若向原平衡体系中加入结合H+或CH3COO－的微粒，则原平衡体系怎样变化？如是增加H+或CH3COO－浓度呢，平衡体系又怎样变化？如果是加入NaCl固体（不考虑溶液体积变化），电离平衡怎样变化？构建起一个电离平衡移动判断模型[定的量变化（浓度、温度）→动的量变化（速率）→平衡移动（减弱这种改变）→建立新的定量（浓度、温度）]，即当体系受外界改变，引起微粒浓度变化，平衡向减弱这种改变的方向移动。

四、弱电解质电离平衡在问题解决中的运用

学习弱电解质电离平衡，有什么意义？下面不妨来反刍几个典型的运用。

（1）以前我们通常说盐酸、硫酸、硝酸是强酸（酸类物质中的强电解质），而醋酸、碳酸是弱酸（酸类物质中的弱电解质）。首先我们来看上述几种酸在水中的电离平衡常数（25℃）。5.6×10-11，Ka(CH3COOH)=1.8×10-5，因为K越大，酸性越强，强酸的K趋向无穷大，所以上述几种酸性强弱为而HCl、H2SO4、HNO3则全部电离，事实如此吗？老师们都很清楚，上述三种酸在水溶液体系中被拉平了都是强酸，如果将上述三种酸溶解在CH3COOH体系，就会出现电离程度的差异，而且都不会完全电离，这里不表述。虽然中学教学中没有这种层次的要求，但至少要给学习者这样的想法：强酸一定是完全电离的吗？弱酸也有相对强弱之分，强酸相比也有相对强弱之分吗？

（2）H2CO3是弱电解质，其电离方程式书写告诉我们，Fe(OH)3电离方程式怎样书写OH－]。为什么我们写成3OH－？其实Fe(OH)3电离过程，除了形成上述这些微粒，还可以形成 Fe(OH)4－、Fe(OH)52－、Fe(OH)63－等微粒。因为Fe3+是一个典型中心本体离子，易与弱电性离子配合形成络合离子，中学阶段对此理解比较困难，所以直接写成形式，为Al(OH)3酸式电离和碱性电离埋下伏笔。

（3）BaSO4难溶于水，是否也存在着平衡？你能尝试着进行表示吗？仿照弱电解质电离平衡作v－t图。虽然BaSO4是强电解质且难溶于水，但在水中至少也是能溶解的，只不过当溶解速率与结晶速率相等时，体系就达到了平衡状态，其溶解与结晶过程并没有停止，硫酸铜晶体培养就是典型的例证。BaSO4(s)简写成了生活中如此例子比比皆是，如升温CO2会逸出，排饱和食盐水可以收集氯气等。

五、教学启示

（一）教师对文本的理解有多深，学生的思考就有多远

教师的作用不只是把文本内容告诉学生，把知识嚼碎后传递给学生，重要的是看到文本背后的东西，有什么蕴义，有什么逻辑，有什么外延，更重要是将自己的理解、科学家的研究方式、思考的角度都融合到教学设计之中。这里首先要提教师对文本的理解，人教版小学语文四年级下册有一篇“自然之道”的文章，描述了人、食肉鸟与小海龟故事，蕴育了“人法地、地法天、天法道，道法自然”的自然之道[4]。毕华林教授对化学观有详细的分类与阐述，何彩霞教授关于“弱电解质电离平衡”教学设计，重视学生“化学平衡观”和“微粒观”的建立为目标[5]。笔者对化学教学也曾提出自己的四个观点：“结构观、转化观、平衡观、守恒观。”“弱电解质电离平衡”的教学，如果教师的理解仅在认识弱电解质电离是可逆的，存在电离平衡，用“”表示电离过程，用K和α进行平衡表征，然后分析加水、加溶质、加热等对电离平衡移动的学习，这仅是知识的传递、结果的呈现罢了。教师的作用是引导学生怎样去研究其存在平衡，为什么这样表示？外界条件改变后，电离与结合速率变化导致电离平衡怎样减弱影响，将其与化学平衡融通，描述溶液中电解质的平衡状态，看似一个新的独立体系，实则都是用“减弱这种改变”进行思考，打开平衡体系的表征与探讨思维，并为后续其他平衡学习作好方法的积累、思维逻辑构建。

（二）学习是学习者与客观世界、伙伴世界和自我世界的对话过程

对于传授者而言，更多的是为学习者提供资源、提供机会、提供时空，引导学习者去发现情境中显性和隐性的知识，建构自己的知识体系，形成研究问题的方法程序。对于学习者来说，客观世界是研究的对象，包括文本、实验、视频、习题、别人的解读，学习者要通过自己阅读、观察、想象和理解，获得对客观世界的认识，这里关于CH3COOH和HCl相关实验、教材文本和课堂资源都是帮助学习者认识“弱电解质电离平衡”的客观世界。传授者和共同学习者是同伴世界，学习者要借助他们之间的交流、辩解、探讨，通过合作与支持求解问题，获得同伴世界的支撑与帮助。在上述过程中，学习者对弱电解质电离过程的认识、弱电解质电离平衡的表征、弱电解质电离平衡移动及“变化观念与平衡思想”的形成与认同，科学研究方式思维逻辑的形成。这就是学习者与客观世界、伙伴世界和自我世界对话的过程[6]。