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摘 要:在电解质溶液中离子浓度大小的比较中往往会遇到复杂的多重平衡体系,如何快速从众多平衡中找出影响离子浓度的主要矛盾,就成了考查学生对多重矛盾综合体系的问题处理能力。本文从几种电解质溶液展开分析,为应用主次矛盾分析法解决电解质溶液中离子浓度大小的判定总结方法,提供相关教学研究参考。
关键词:高中化学;主次矛盾分析法;电解质溶液;离子浓度
引言:电解质溶液中离子浓度大小的比较是高中化学重要的理论知识,它既是高中教学的重点和难点,又是高考化学常考查的热点问题。此类题综合性强,往往会遇到复杂的多重平衡体系,难以分析。辩证唯物主义告诉我们,事物的发展都由主要矛盾所决定。“在复杂的事物的发展过程中,有许多的矛盾存在,其中必有一种是主要的矛盾,由于它的存在和发展规定或影响著其它矛盾的存在和发展”。“牵牛要牵牛鼻子”,如何快速从众多平衡中寻找出主要影响离子浓度的矛盾体系,一定要分清主次矛盾。下面应用主次矛盾分析法来辩析几个溶液中离子浓度大小的案例。
一、单一电解质溶液中离子浓度大小比较
例如二元弱酸H2S溶液中存在H2SH++HS-、HS-H++S2-两种电离平衡,且常温下Ka1(9.110-8)>Ka2(1.110-12),所以c(HS-)>c(S2-)。可是部分学生会认为电离出的S2-、HS-同时也进行着水解,存在S2-+H2OOH-+HS-、HS-+H2OOH-+H2S,且S2-的一级水解程度大于HS-的水解程度。这么一来学生的脑海中会乱成一锅粥,根本不知如何下手应对。其实这就是不懂得抓住主要矛盾来解决问题。由Ka1可知此时0.1mol/LH2S电离度约为0.1%,即1011个H2S分子只电离了108个,在二级电离108个HS-只电离了约103个,可知溶液中c(H2S)>c(HS-)>c(S2-)。那么这时要不要考虑S2-水解使HS-增多呢?参照Ka2,S2-的水解率约为10%,看到该数据好像水解挺“利害”的,但是回头一看S2-的基数才约103个,再乘以水解率,其水解產生的HS-与原来的HS-相差10-6数量级,对c(HS-)的影响微乎其微。所以没有必要考虑H2S溶液中S2-或HS-的水解,因为它对电离平衡这个主要矛盾而言完全是次要矛盾,不必受其干扰,可以直接确定c(H2S)>c(HS-)>c(S2-)。比较溶液中的c(H+)时,只需关注两步电离都有H+就可知c(H+)>c(HS-),这时水电离的H+比H2S两个电离都微弱得多,当成次要矛盾不考虑。但到了OH-与S2-比较时,因为此时的Ka2也是很小,这时就要考虑水电离。Ka2>Kw,所以c(S2-)>c(OH-)。
二、含多种互不反应电解质的溶液中离子浓度大小比较
例如常温下,0.1mol/L的CH3COOH与0.1mol/L的CH3COONa等体积混合,此时溶液中就存在CH3COOH的电离平衡与CH3COO-的水解平衡,要找出主要影响矛盾就得首先判断溶液酸碱性。因为0.1mol/L的CH3COOH显酸性,C(H+)≈,0.1mol/L的CH3COONa显碱性,C(OH-)≈=,只要知道了溶液的酸碱性或Ka,立刻就能知道溶液中的主要矛盾是谁。事实上该溶液呈酸性,因此溶液中以醋酸的电离平衡为主要矛盾,主要考虑醋酸的电离,不必纠结醋酸根的水解平衡。根据勒沙特列原理,就可以得出C(CH3COO-)等于CH3COONa的CH3COO-加上CH3COOH的电离而最终略大于0.05mol/L,C(CH3COOH)比0.05mol/L来的略小,C(Na+)等于0.05mol/L。因为水的电离此时受主要矛盾醋酸电离出的H+的抑制,所以溶液中c(OH-)是最小的。再根据醋酸的电离度约为0.1%,再加上加入的CH3COONa的抑制,所以醋酸电离出的c(H+)肯定比C(CH3COOH)小得多,因此可得溶液中C(CH3COO-)>C(Na+)>C(CH3COOH)>c(H+)>c(OH-)。
三、两种或多种可能发生反应的电解质混合溶液中离子浓度大小比较
如果多种溶液混合时会发生化学反应,想对最后溶液中离子浓度大小进行比较,一定要将物质间的反应这个最大的矛盾先解决。求出反应后物质,再来考虑这些物质在溶液中的电离或水解平衡,这样问题才能迎刃而解。例如上题若改为“已知某温度下醋酸的Ka>醋酸根的Kh,向100mL0.1mol/L的CH3COOH溶液中逐滴滴入0.1mol/L的NaOH溶液50mL,求最后溶液中的各离子浓度大小”。此时抓住最主要的矛盾“能反应的先反应”,CH3COOH与NaOH反应后,发现其实就是含有0.005molCH3COOH和0.005molCH3COONa的150mL混合溶液的问题,这样一来就转为了第二种类型的问题。
总结:综合来看,应用主次矛盾分析法来处理离子浓度大小的判断,其复杂性在于双重或多重因素影响,一定要弄清溶液中的主要矛盾是什么并优先考虑,再考虑次要矛盾。只要抓住矛盾的主次、影响的主次,问题的解决就会趋于明析化、层次化、规律化、科学化。当然该法的应用还必须由学生在不断实践的过程中,积累一定经验,从而使教学方法落实到地,成为提升学生核心素养与综合能力的有力保障与坚实基础。
关键词:高中化学;主次矛盾分析法;电解质溶液;离子浓度
引言:电解质溶液中离子浓度大小的比较是高中化学重要的理论知识,它既是高中教学的重点和难点,又是高考化学常考查的热点问题。此类题综合性强,往往会遇到复杂的多重平衡体系,难以分析。辩证唯物主义告诉我们,事物的发展都由主要矛盾所决定。“在复杂的事物的发展过程中,有许多的矛盾存在,其中必有一种是主要的矛盾,由于它的存在和发展规定或影响著其它矛盾的存在和发展”。“牵牛要牵牛鼻子”,如何快速从众多平衡中寻找出主要影响离子浓度的矛盾体系,一定要分清主次矛盾。下面应用主次矛盾分析法来辩析几个溶液中离子浓度大小的案例。
一、单一电解质溶液中离子浓度大小比较
例如二元弱酸H2S溶液中存在H2SH++HS-、HS-H++S2-两种电离平衡,且常温下Ka1(9.110-8)>Ka2(1.110-12),所以c(HS-)>c(S2-)。可是部分学生会认为电离出的S2-、HS-同时也进行着水解,存在S2-+H2OOH-+HS-、HS-+H2OOH-+H2S,且S2-的一级水解程度大于HS-的水解程度。这么一来学生的脑海中会乱成一锅粥,根本不知如何下手应对。其实这就是不懂得抓住主要矛盾来解决问题。由Ka1可知此时0.1mol/LH2S电离度约为0.1%,即1011个H2S分子只电离了108个,在二级电离108个HS-只电离了约103个,可知溶液中c(H2S)>c(HS-)>c(S2-)。那么这时要不要考虑S2-水解使HS-增多呢?参照Ka2,S2-的水解率约为10%,看到该数据好像水解挺“利害”的,但是回头一看S2-的基数才约103个,再乘以水解率,其水解產生的HS-与原来的HS-相差10-6数量级,对c(HS-)的影响微乎其微。所以没有必要考虑H2S溶液中S2-或HS-的水解,因为它对电离平衡这个主要矛盾而言完全是次要矛盾,不必受其干扰,可以直接确定c(H2S)>c(HS-)>c(S2-)。比较溶液中的c(H+)时,只需关注两步电离都有H+就可知c(H+)>c(HS-),这时水电离的H+比H2S两个电离都微弱得多,当成次要矛盾不考虑。但到了OH-与S2-比较时,因为此时的Ka2也是很小,这时就要考虑水电离。Ka2>Kw,所以c(S2-)>c(OH-)。
二、含多种互不反应电解质的溶液中离子浓度大小比较
例如常温下,0.1mol/L的CH3COOH与0.1mol/L的CH3COONa等体积混合,此时溶液中就存在CH3COOH的电离平衡与CH3COO-的水解平衡,要找出主要影响矛盾就得首先判断溶液酸碱性。因为0.1mol/L的CH3COOH显酸性,C(H+)≈,0.1mol/L的CH3COONa显碱性,C(OH-)≈=,只要知道了溶液的酸碱性或Ka,立刻就能知道溶液中的主要矛盾是谁。事实上该溶液呈酸性,因此溶液中以醋酸的电离平衡为主要矛盾,主要考虑醋酸的电离,不必纠结醋酸根的水解平衡。根据勒沙特列原理,就可以得出C(CH3COO-)等于CH3COONa的CH3COO-加上CH3COOH的电离而最终略大于0.05mol/L,C(CH3COOH)比0.05mol/L来的略小,C(Na+)等于0.05mol/L。因为水的电离此时受主要矛盾醋酸电离出的H+的抑制,所以溶液中c(OH-)是最小的。再根据醋酸的电离度约为0.1%,再加上加入的CH3COONa的抑制,所以醋酸电离出的c(H+)肯定比C(CH3COOH)小得多,因此可得溶液中C(CH3COO-)>C(Na+)>C(CH3COOH)>c(H+)>c(OH-)。
三、两种或多种可能发生反应的电解质混合溶液中离子浓度大小比较
如果多种溶液混合时会发生化学反应,想对最后溶液中离子浓度大小进行比较,一定要将物质间的反应这个最大的矛盾先解决。求出反应后物质,再来考虑这些物质在溶液中的电离或水解平衡,这样问题才能迎刃而解。例如上题若改为“已知某温度下醋酸的Ka>醋酸根的Kh,向100mL0.1mol/L的CH3COOH溶液中逐滴滴入0.1mol/L的NaOH溶液50mL,求最后溶液中的各离子浓度大小”。此时抓住最主要的矛盾“能反应的先反应”,CH3COOH与NaOH反应后,发现其实就是含有0.005molCH3COOH和0.005molCH3COONa的150mL混合溶液的问题,这样一来就转为了第二种类型的问题。
总结:综合来看,应用主次矛盾分析法来处理离子浓度大小的判断,其复杂性在于双重或多重因素影响,一定要弄清溶液中的主要矛盾是什么并优先考虑,再考虑次要矛盾。只要抓住矛盾的主次、影响的主次,问题的解决就会趋于明析化、层次化、规律化、科学化。当然该法的应用还必须由学生在不断实践的过程中,积累一定经验,从而使教学方法落实到地,成为提升学生核心素养与综合能力的有力保障与坚实基础。