弱酸电离平衡常数应用的理论探究与教学实践

弱酸电离平衡常数应用的理论探究与教学实践

李志新*张宗志 蒲金凤

（泽普县第二中学 新疆喀什 844800）

摘要：弱酸的电离平衡常数及溶液中各成分含量变化是认识和理解弱酸电离平衡的一个重要方面，也是高考化学的热点和难点。学生对电离平衡常数的应用，溶液中各组分含量的变化等问题认识仍比较模糊。文章以弱电解质的电离作为切入点，深入分析了弱酸电离平衡常数的应用，溶液中各组分与溶液酸碱性之间的关系，并通过Excel作图分析了各成分含量与溶液酸碱性之间的关系，找到了二者之间的联系，加深了学生对该问题的理解。

关键词：弱电解质；电离平衡常数；化学教学；知识构建

《化学反应原理》注重对物质变化及本质探究，对提高学生分析能力，认知物质变化的规律发挥了重要作用。通过弱酸的电离和电离平衡常数的学习，学生对弱电解质的电离平衡特点的认识更加深刻，高考化学试题也多次对弱酸的电离进行了考查。如2010年浙江高考题26题（节选）：25℃时，2.0×10-3mol/L氢氟酸水溶液中，调节溶液pH（忽略体积变化），得到c（HF）、c（F-）与溶液pH的变化关系，见图1，HF电离平衡常数的数值K a≈ 。

图1 溶液中c（HF）和c（F-）与pH的关系

HF电离平衡常数，其中 c（H+）、c（F-）、c（HF）都是电离达到平衡时的浓度。根据图像：pH=4时，c（H+） =10-4mol/L，c（F-） =1.6×10-3 mol/L、c（HF）=4.0×10-4 mol/L，由以上数据可以计算出K a=4×10-4。

以上只是对K a的简单应用，通过计算可以发现溶液中各成分随溶液的pH的变化呈现出一定的规律性。本文结合一元弱酸和二元弱酸的平衡常数计算公式，利用平衡常数计算并讨论了溶液中各成分的物质的量分数与溶液pH的关系。

一、一元弱酸中各成分百分含量变化讨论

以c mol/L的CH3COOH为例，其电离平衡为CH3COOHH++CH3COO-，c（CH3COOH）+c（CH3COO-）=c，电离平衡常数表达式为：

用χ表示各成分的物质的量分数，则在溶液中CH3COOH所占的物质的量分数计算方法如下：

同理可计算出CH3COO-所占的物质的量分数表达式：

从以上两个关系式可以看出，CH3COOH和CH3COO-的物质的量分数仅与溶液的pH有关。根据pH=-lg c（H+），利用 Excel可以作出 c（CH3COOH）和c（CH3COO-）随pH的变化关系曲线，见图2。

图2 CH3COOH溶液各组分含量与pH关系

由图2可见，在溶液酸性较强时，几乎都以CH3COOH形式存在，随着溶液碱性增强，CH3COOH浓度逐渐减小，而CH3COO—浓度逐渐增大，在强碱性溶液中几乎都以CH3COO—形式存在。两条曲线存在一交点A，该点对应c（CH3COOH）=c（CH3COO—），此时溶液中 c（H+）=K a。

二、二元弱酸中各成分百分含量变化讨论

以c mol/L的H2C2O4为例，电离平衡为H2C2O4-⇀--↽---H++HC2O4-；HC2O4--⇀--↽ ---H++C2O42-，其中 c（H2C2O4）+c（HC2O4-）+c（C2O42-）=c，电离平衡常数表达式分别为：

溶液中H2C2O4所占的物质的量分数计算方法如下：

同理可以找出HC2O4—和C2O42-的物质的量分数表达式：

从以上三个关系式可以看出，溶液中H2C2O4、HC2O4-和C2O42-的物质的量分数也仅与溶液的pH相关，利用Excel作图工具可以作出这三种成分的物质的量分数与pH的关系曲线，见图3：

图3 H2C2O4溶液各组分含量与pH关系

由图3可见，随着溶液pH增大，H2C2O4含量逐渐减少，pH=3时，其含量近乎为0%；HC2O4-含量随着溶液pH先增大后减小，pH=3时，其含量最高；C2O42-的含量随着溶液的pH增大逐渐增大，而pH＜3时，其含量几乎为0%。这三条曲线有两个交点A、B，其中A点对应 c（H2C2O4）=c（HC2O4-），此时 c（H+）=K a1；B 点对应c（HC2O4-）=c（C2O42-），此时 c（H+）=K a2。

利用电离平衡常数和溶液的pH值即可推导出溶液中各成分所占的物质的量分数，本方法也适用于其它弱酸溶液中各成分的分布情况。

三、弱酸的电离平衡常数及各成分百分含量计算的思考

从表面看本部分知识超出学生知识范围，然而在推导中发现这些结论都可以利用已有的知识逻辑推理得到正确答案。本部分知识源于课本又超出课本，学生只有从原理上真正掌握了这部分内容才能灵活运用。

1.教学中应注重理论分析，激发学生的求知欲望

教学过程是认知与情感两种因素共同参与，相互影响的过程，认知可以改变情感，情感也能影响认知。认知和情感能够有效激发学生的求知欲，教学中应注重从认知和情感出发培养学生学习能力，分析能力和计算能力，培养学生自主学习的意识。成功的教学模式不是强制的教与学，而是利用“兴趣”这块浮板，托起学生学习的动力。只有学生兴趣深厚了，才会真正地、深入地参与到学习中来［1］。教学中只有注重培养学生的自主学习能力，才能促使学生的学习更加主动、有效而持久，有利于发展学生的创造性、独立性和自主性。

2.理论化学教学应整合已有知识，构建知识体系

高中化学课程要以进一步提高学生的科学素养为宗旨，着眼于学生未来的发展，体现时代性、基础性和选择性，兼顾学生志趣和潜能的差异和发展的需要［2］。知识的构建应以学生已有知识为基础，发展学生的最近发展区，从而最大程度地提高学生的综合素养，构建系统的知识框架，这也是研究性学习的一个重要内容。在化学学习中一个完整的过程应包括“心向—探究—意义构建”三个阶段［3］。化学学习是一个社会性建构过程,化学学习要实现三重表征的融合。

3.教学中应注重教学内容的拓展与设计

教学中应注重教材内容的深入挖掘，在教材中寻找探索的起点，不但可以帮助学生加深对已有知识的理解与应用，更能激发学生的学习积极性和主动性。背景知识的丰富更有利于学生深入探究，没有必要的背景知识，主体就难以对学习内容、学习方案和学习方法作出恰当的决断［4］。

教师在化学教学中应注重化学原理的应用性和实践性，只有保持对知识的探究性、开放性和创新性，才能帮助学生打破对知识的局部理解，建立完整的知识体系，拓展系统的思维方式。

参考文献

［1］ 胡红育.如何培养学生的自主学习能力［J］.中学化学教学参考,2016（5X）：12-13

［2］ 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）［M］. 北京：人民教育出版社,2003：3-4

［3］ 张克龙.化学学习中学生认知建构的过程及教学策略［J］.中学化学教学参考,2009（6）：10-13

［4］ 吴俊明.化学教学设计的发展和问题［J］.化学教育,2012（4）：4-9

文章编号：1008-0546（2017）11-0026-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.11.009

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