用“abc法”解决电解质溶液中微粒浓度关系

用“abc法”解决电解质溶液中微粒浓度关系邱新德杭州市萧山六中311261chisasa@163.com“abc法”产生的背景与意义特定溶液中的微粒浓度有关系的确定，可以全面考查学生对化学平衡、弱电解质的电离、盐类的水解理解，量化在化学变化中的应用等多方面的能力，一直是高考中的热点，试题题型也在不断创新。2008年高考中广东、江苏、上海化学单科，北京、天津、全国I理综试卷中，均出现包括微粒浓度等式、大小比较试题。微粒浓度有关系的确定是困扰不少学生的一个难点，甚至有不少学生碰到这些问题时产生恐惧心理，从测试统计数据中也证明了这一问题的存在。如2007年天津理综卷的第10题：草酸是二元中弱酸，草酸氢钠溶液显酸性。常温下，向10mL0.01mol-L-1NaHC2O4溶液中滴加0.01mol-L-1NaOH溶液，随着NaOH溶液体积的增加，溶液中离子浓度关系正确的是(D)V(NaOH)=0时，c(H+)=1x10-2mol-L-1V(NaOH)<10mL时，不可能存在c(Na+)=2c(C2O4-)+c(HC2O-)V(NaOH)=10mL时，c(H+)=1x10-7mol-L-1V(NaOH)>10mL时，c(Na+)>c(C2O4-)>c(HC2O-)测试正确率只有42%。面对新情境时，有些学生因为分析能力欠缺造成分析不到位，甚至不分析；有些书写时缺乏条理造成解题混乱；有些因为解题时间长而导致烦躁心理。“abc法”针对学生上述情况提出的有序、全面、详细的解题方法，引导学生分析问题、研究方法、并由简单到复杂，由单一电解质溶液到混合溶液，再到“动态”溶液全过程。“abc法”概述与步骤2.1什么是“abc法”“abc法”是为解决这些问题而提出的方法，采用对溶液中存在于每一个平衡状态下的微粒浓度用a、b、c量化赋值，利用abc求出每一种微粒的浓度，再重新把abc替换为微粒浓度符号，或者直接用所得微粒浓度值，确定其相互关系，或者进行比较大小比较。2.2abc法步骤：确定并写出溶液中电离方程式、存在的所有平衡；为每一个平衡状态下的微粒赋值，分别用a、b、c表示；用a、b、c表示目标微粒的浓度值；重新用微粒浓度的符号替换a、b、c；通过比较微粒浓度的值确定微粒大小；检查

3“abc法”应用实例在未注明条件下，均设定溶液均为25°C，物质的浓度0.1mol/L,abc的单位均为mol/L3.1CH3COOH溶液CH3COOHCH3COO-a+H+aH2O―OHb+H+bc(H+)=a+b=c(CH3COO-)+c(OH-)3.2CH3COONa溶液CH3COONa=CH3COO-+Na+CH3COO-虬CH3COOH+OH-aaH2O虬OH-+H+bbc(OH-)=a+b=c(CH3COOH)+c(H+)3.3NaHCO3溶液NaHCO3=HCO-3+Na+完全电离ddd为HCO3为生成时浓度，非平衡浓度HCO--CO2一+H+33aaaa为该平衡中c(HCO3)消耗浓度HCO-+HOHCOo+OH-3223bbbb为该平衡中c(HCO3)消耗浓度H2O—OH-+H+ccc(OH-)=b+c=c(H2CO3)+c(H+)-a=c(H2CO3)+c(H+)-c(CO2-)c(OH-)+c(CO2-)=c(H2CO3)+c(H+)NaHCO3溶液的酸碱性决定于c(CO2-)与c(H2CO3)的大小：如果c(CO2-)大，则HCO3电离更强显酸性；如果c(H2CO3)大，则HCO3水解更强显碱性，在没有证据表明HCO3的电离更强还是水解更强，则无法判断溶液的酸碱性。这个等式中包括了四种微粒，即c(OH-)、c(CO2-)、c(H2CO3)、c(H+)c(HCO3)=d-a-b=c(Na+)—c(CO2-)-c(H2CO3)即c(Na+)=c(HCO3)+c(CO2-)+c(H2CO3)

3.4Na2CO3溶液版2叫=CO2-3d+2Na+2d完全电离d为HCO2-为生成时浓度，非平衡浓度3CO2-+H2O-——aHCO-3a+OH-aa为该平衡中c(CO2-)消耗浓度3HCO3+H2O「一:bH2CO3b+OHbb为该平衡中c(HCO3)消耗浓度H2O—OH-c+H+cc(OH-)=(a+b)+b+c=c(HCO3)+2c(H2CO3)+c(H+)c(CO2-)=d-a-b=*c(Na+)—c(HCO3)—c(H2CO3)得c(Na+)=2[c(HCO3)+c(CO*-)+c(H2CO3)]3.5CH3COONa与CH3COOH等物质的量混合溶液CH3COOH的电离与CH3COO-的水解其实是同一个平衡：电离是CH3COOH分子电离成CH3COO-与H+的过程，为“正反应”，水解是CH3COO-与H+结合生成CH3COOH的过程，为“逆反应”，根据测定，所得溶液为酸性。CH3COONa=CH3COO-+Na+ddd为电离为生成时浓度，非平衡浓度CH3COOH•，LCH3COO-+H+起始：dd0平衡：d-ad+aaa为该平衡中c(CH3COOH)消耗浓度H2OlOH-+H+bb注：a的计算式为(d+a)-(d-a)=c(CH3COO-)-c(CH3COOH)=2ac(H+)=a+b=2[c(CH3COO-)-c(CH3COOH)]+c(OH-)c(CH3COO-)—c(CH3COOH)=2c(H+)—2c(OH-)3.6NaA与HA等物质的量混合后呈碱性的溶液此情形与CH3COONa与CH3COOH等物质的量混合溶液不同，溶液呈碱性是因为A-的水解比电离程度更大。NaAANaAA-+Na+ddd为电离为生成时浓度，非平衡浓度A-•-——HA+OH—起始：dd0平衡：d—ad+aaa为该平衡中c(A-)消耗浓度H2O—H++OH—bb注：a的计算式为(d+a)—(d—a)=c(HA)—c(A-)=2ac(OH-)=a+b=4[c(HA)—c(A—)]+c(H+)2c(HA)—c(A—)=2c(OH—)—2c(H+)3.7向pH=12NaOH溶液逐滴加入0.01mol/L醋酸溶液向NaOH溶液逐滴加入醋酸，溶液中的微粒均在变化，如果仅从大小变化来进行判断是不够的。解决这个问题我选择了通过数轴和确定关键点的方法，来确定微粒浓度的大小(图1)。根据反应过程，确定分别取A、B、C、D四个点，如图1所示：AB'BCD——..・・・>1210876pH图一氢氧化钠溶液中加入醋酸后的pHA：pH=12，NaOH溶液B：氢氧化钠与醋酸恰好完全反应〃(NaOH)=〃(CH3COOH)，CH3COONa水解显碱性，但溶液的pH未定，图中为近似值。C：pH=7醋酸过量，但恰好为中性D：pH=6醋酸过量，溶液为酸性B'：c(CH3COO-)=c(OH-)，B'前c(OH-)>c(CH3COO-)，c(OH—)减小，c(CH3COO-)增大，B'后c(OH-)>c(CH3COO-)具体解答如下表一：表一向pH=12NaOH溶液逐滴加入0.01mol/L醋酸过程的离子浓度比较

范围离子浓度关系备注Ac(Na+)+c(H+)=c(OH-)NaOH溶液Bc(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)CH3COONa与NaOH的混合溶液B'c(Na+)>c(CH3COO-)=c(OH-)>c(H+)Cc(Na+)=c(CH3COO-)>c(OH-)=c(H+)Dc(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)A~B溶液维持碱性，此时溶液中随着CH3COOH溶液的滴入，虽然只增加了CH3COO-，离子种类与B点相同，但c(OH-)在减小，而在c(CH3COO-)增加，当被消耗一半时B'，c(CH3COO-)超过了c(OH-)，故出现了两种情况：A〜B‘c(Na+)>c(OH-)>c(CH3COO-)>c(H+)B‘~Bc(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)B~Cc(Na+)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)从B点开始，此区域溶液的pH从碱性变化为C点的中性，只是c(Na+)与c(CH3COO-)相对大小发生了改变，浓度的大小顺序未变。C~Dc(CH3COO-)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)溶液维持酸性，离子种类未变，c(H+)>c(OH-)，即与D点的取值区，c(CH3COO-)>c(H+)>c(Na+)>c(OH-)当不断加入CH3COOH溶液，最后会出现c(H+)超过了c(Na+)，在坐标轴上的具体位置较难确定。4“abc法”教学过程中的思考从上述对部分溶液的分析可以看出，微粒浓度相互关系的复杂程度是很高的，试题既可以设定单一物质的溶液，也可以设定混合溶液，还可以设定“动态过程”。如果学生没有主动分析依靠死记硬背，是不可能掌握好这部分内容的。“abc法”可以说是科学素养的一种体现方式，即解决问题的有序化表述、系统化分析、借助数学工具或手段对相应对象进行量化，使问题在最短的时间得到解决。也就是说，解决微粒浓度的问题，同样在有序化、系统化、量化等方面培养提高学生的科学素养。影响学生学习能力的众多因素中，消极心态的影响是一人比较严重。教学中发现，“题海战术”只是从技术角度帮助学生解决问题，但是“负