“水的电离”知识教学价值及相关问题思考

高飞

[摘 要]

应用随机通达教学法尝试以“水的电离”知识为起点及中心，通过情景创设、问题设置、对话学习等方法和手段，对专题内容进行归类，形成具有一定概括性的知识体系，最终完成对专题诸多重要概念和核心知识的多维度理解与建构，形成了对知识更为全面的认识和理解，给学生以指导，给教师以参考。

[关键词]

高中化学；疑难问题；随机通达教学法

一、“水的电离”知识在教材中的地位

苏教版高中化学选修4《化学反应原理》第三专题探讨的是溶液中的离子反应，整个专题以理论知识为主，内容比较抽象且综合性强，并蕴含宏观和微观、定性及定量等科学观念、思想方法，涉及电离理论、平衡理论、酸碱理论等化学学科的重要理论知识，这些思想方法和理论知识影响着许许多多溶液中的化学反应，在日常生活、工农业生产、医疗、食品及教学、科研中均具有重要地位。

从教材的具体安排来看，为了顺利承接和自然过渡，在学习上一专题“化学反应速率与化学平衡”的基础上，本专题首先从气相平衡进入溶液中——从化学平衡引发对水溶液中弱电解质电离情况的思考和分析，然后再引出弱电解质水的电离及平衡问题的讨论与剖析，接着展开水溶液的酸碱性判断及盐类水解的探讨。不难看出“水的电离”知识具有承上启下的重要作用，它既有化学平衡的具体体现，是弱电解质电离内容的延伸和拓展，也是后续学习盐类水解等知识的基础所在，是几乎所有在溶液中进行的化学反应均适用和需要考虑的普遍规律。

基于以上原因，水的电离及平衡知识是高中化学中的重点知识，是各省市高考、化学竞赛等各级各类考试试题中的核心考点，当然也是学生学习的一大难点。我们先来关注几个与其相关的疑难问题（以题目的形式呈现），目的之一是为深度思考和解决这类疑难问题提供参考，其二，以示基于以上讨论之背景知识的重要性。

二、与“水的电离”知识相关的几个疑难问题及分析

例1.常温下，向一定体积0.1 mol·L-1 CH3COOH稀溶液中加水稀释后，下列各项如何变化？（填写“增大”“减小”或“不变”）（1）c（H+）__________（2）c（OH-）__________。

解析：首先，该溶液中需要考虑的两个主要平衡是CH3COOH[]CH3COO-+H+和H2O[]H++OH-，当加水稀释时，依据“越稀越电离”的判断方法，醋酸的电离被促进，n（H+）增大，但由于加入了水，溶液的体积增大是主要的，故c（H+）减小；那么，c（OH-）也是减小的吗？实际上，应根据当温度不变时，Kw不变，c（H+）减小，故而得出c（OH-）是增大的。问题是，如何解释呢？事实上，在酸的溶液中，水的电离受到了抑制，加水稀释时，c（H+）减小，导致酸对水电离的抑制减弱了，与加水前相比，相当于促进了，则水电离出的c（H+）和c（OH-）均增大，但需要特别注意的是水电离出的OH-就是该溶液中所有的OH-，而H+主要来自于酸，水提供的相对可以忽略，故加水稀释时，溶液中的OH-浓度是增大的，而H+及其他微粒的浓度都是减小的。

评析：该题目看似主要涉及水溶液中电解质的电离平衡知识，实际上关键却是要考虑和结合水的电离知识。解答时容易出错的是不能抓住问题的主要矛盾，不能很好地利用勒夏特列原理、Kw特点正确思考，容易得出溶液体积增大导致所有微粒浓度都减小的错误结论。

例2.25℃时，将pH为8的NaOH溶液与pH为10的NaOH溶液等体积混合后，所得溶液的氢离子浓度最接近于（ ）

A.1/2（10-8+10-10）mol·L-1 B.（10-8+10-10）mol·L-1

C.1/2（10-6+10-4）mol·L-1 D.2×10-10 mol·L-1

解析：25℃时，pH=8的NaOH溶液中c（OH-）=10-6 mol·L-1，pH=10的NaOH溶液中c（OH-）=10-4 mol·L-1，将二者等体积混合后，c（OH-）混= 1/2（10-6+10-4）mol·L-1，25℃时，Kw=10-14，溶液中c（H+）= Kw/c（OH-） =2×10-14/（10-6+10-4）≈2×10-10 mol·L-1。故答案为D。

评析：解答该题时，容易出现的错误是不遵循酸碱混合溶液离子浓度计算的基本规律，即应该先判断混合后溶液的酸碱性，若呈酸性，就直接求算c（H+），再依据公式求出pH；若混合后呈碱性，则必须先依据混合前的pH求算c（OH-），再依据25℃时Kw为1×10-14得c（H+），最后求得pH，否则就会出错。该试题中，混合后的溶液当然呈碱性，若依据混合前的pH直接求算混合后的c（H+）=1/2（10-8+10-10），即得出错误的结果A选项，约为5×10-9 mol·L-1。那么，为什么这种计算的方法不对呢？原因是：在NaOH溶液中，H+只来自于水的电离，OH-主要来自于碱的电离，由于体积的变化，两种碱在混合前后对水的电离平衡的影响（抑制）发生了变化，水电离出的H+的量发生了变化，而水电离出的H+就是溶液中总的H+，不可近似处理，更不能忽略。相反，由于水电离出的OH-远少于NaOH的OH-，而NaOH提供的OH-的物质的量不會改变。故根据混合前的H+ 计算就出错了，先依OH-算则没有问题。

例3.常温下，一定浓度的某溶液中，由水电离出的c（OH-）= 10-4 mol·L-1，则该溶液中的溶质可能是（ ）

A.Al2（SO4）3 B.CH3COONa C.NaOH D.H2SO4

解析：常温时，由水电离出的c（OH-）= 10-4 mol·L-1>10-7 mol·L-1，则说明水的电离被促进了，由于A、B选项中均是能水解的盐类物质，会促进水的电离，故答案是A、B。

评析：这类试题难度不算大，关键的是要分清给出的是水电离出的H+ 或OH-还是溶液中总的H+ 或OH-的浓度，然后再分析判断水的电离被促进还是被抑制了，从而确定该溶液中存在的是什么类型的溶质。“疑难”就疑难在具备这样的该题目容易出错的地方在于：由于审题不清或对电解质对水平衡的影响、溶液酸碱性的判断等基础知识掌握不扎实直接由c（OH-）= 10-4 mol·L-1>10-7 mol·L-1的信息简单得出溶液一定显碱性的错误结论，从而错选B、C。

变式1.常温下，一定浓度的某溶液中，由水电离出的c（OH-）= 10-13 mol·L-1，则该溶液中的溶质可能是（ ）

A.Al2（SO4）3 B.CH3COONa C.NaOH D.H2SO4

解析与评析同上：水的电离被抑制，选择C、D。

变式2.常温下，一定浓度的某溶液中，c（OH-）= 10-5 mol·L-1，则该溶液中的溶质可能是（ ）

A.Al2（SO4）3 B.CH3COONa C.NaOH D.H2SO4

解析：溶液中的c（OH-）= 10-5 mol·L-1，与前两题不同的是该c（OH-）指的是溶液中总的OH-的浓度。说明溶液显碱性，那么水中的溶质可能是直接加的碱，也可能是水解显碱性的盐类，故选择B、C。

评析：本题关键的一点就是给出的c（OH-）指的是溶液中总的OH-的浓度而非水电离出的，必须要分清。其次就是不同溶质对水的电离平衡的影响问题和酸碱性的判断了。

所以，例3的三个问题的“疑难”点也许不是题目本身，而是具有能将溶液中离子的大小关系、盐类的水解等知识与“水的电离”建立联系，从而解决问题的解题思维和能力。

总之，从以上的问题中我们同样可以体会到水的电离知识承载着弱电解质的电离平衡、盐类的水解等所在专题诸多的知识以及它们之间的关系与联系。从某种意义上说，只有深刻地认识和把握了水的电离相关知识，才能灵活运用勒夏特列原理、平衡常数等事实、技能、概念、原理知识去解决水溶液中反应及平衡的各种问题。

三、应用随机通达教学法设计“水的电离”相关复习课

（一）随机通达教学法

随机通达教学法是基于建构主义学派的认知灵活理论，其教学思想认为：学习者可以随意通过不同途径、从不同角度进入同样教学内容的学习，从而获得对同一学习对象或同一问题的更为全面的认识和理解。其目标和宗旨是要提高学习者的理解能力和灵活运用所学知识解决问题的能力。一般包含呈现基本情境、随机进入学习、思维发展训练、小组协作学习、学习效果评价五个环节[1]。

同时，在这种教学思想主导下的教学设计在主张基于情境、案例、问题解决的基础上，强调学习者对知识的建构，并追求使教学内容高度联系的知识整体，而不是孤立或分割的。

水的电离知识贯穿于专题的始终，我们完全可以由水展开，给学生一个统领的认识和总结。下面笔者通过以水的电离知识为起点和基础的本专题随机通达教学法复习案例，简要阐述该教学法在高中化学复习课中的应用，以期同行参考。

（二）随机通达教学法下的专题复习课设计关系（见图1）

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图1 随机通达教学法下的专题复习课设计关系图示

（三）随机通达教学法下的专题复习课设计流程（见图2）及简案

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图2 随机通达教学法下的专题复习课教学流程

环节1 呈现基本情境——实验

实验演示1：蒸馏水的导电性实验、蒸馏水中分别加入少许冰醋酸和醋酸钠后再做对比导电性实验。然后逐步讨论解决。

实验演示2：用pH计测量纯水、醋酸溶液、醋酸钠溶液的pH，再测量适度加热后的各自pH并记录（为了节约时间，可让同学上台同时测量）。

抛出问题：水为什么能够导电？请同学们谈谈自己的想法。

环节2 随机进入学习——学生自由讨论、联想通达

提供引导性问题，让学生自由联想和讨论，从不同的角度切入相关的概念或知识。

引导性问题组1：①纯水中存在哪些微粒？纯水中各微粒的浓度关系是怎樣的？②纯水中存在什么平衡？③纯水的酸碱性如何？你的判断依据是什么？④加热后有什么变化？为什么？水的电离还会受到哪些因素的影响？

学生思考并讨论后小结：定性看，纯水中存在H2O、H+、OH-，定量看，分子多，离子少；纯水中存在水的电离平衡；纯水显中性，依据是H+、OH-浓度相等。（可能有学生会说依据是pH为7）；水的电离是吸热的，加热后水的电离被促进，离子浓度变大，25℃时，pH<7，但呈中性……

环节3 思维发展训练——水中加入电解质，学生再次自由讨论、联想通达

引导性问题组2：①醋酸溶液中存在哪些微粒？为什么会存在这些微粒？各微粒的浓度关系是怎样的？②醋酸溶液中存在哪些主要平衡？③醋酸溶液的酸碱性如何？你的判断依据是什么？④加热后有什么变化？为什么？醋酸的电离还会受到哪些因素的影响？

学生思考和讨论后汇报并小结。

引导性问题组3：①醋酸钠溶液中存在哪些微粒？各微粒的浓度关系是怎样的？②醋酸钠溶液中存在哪些主要平衡？醋酸根离子为什么会水解，其实质是什么？③醋酸钠溶液的酸碱性如何？你的判断依据是什么？④加热后有什么变化？为什么？醋酸根离子的水解还会受到哪些因素的影响？

学生思考和讨论后汇报并小结。

环节4 小组协作学习——高阶问题、综合训练

引导性问题组4：①你能写出以上三种溶液（包括纯水）的三大守恒式吗？②你能写出以上涉及的平衡的平衡常数的表达式吗？醋酸钠溶液中的醋酸电离的ka、醋酸根离子水解的Kh与Kw的关系是什么？（ka×Kh=Kw）③针对性变式训练题（略）。

学生思考和讨论后汇报并小结。

环节5 学习效果评价：自我评价——能否提炼出本节课的知识框架，完成对所学知识的意义建构，可以从自己理解的角度列出思维导图；小组评价——是否积极思考发言、同伴互助协作，对小组作出的贡献如何等。

（四）说明与反思

水首先作为重要的溶剂，然后本身是一种弱電解质，自身会电离，并能促使酸、碱、盐等电解质发生电离，其自身的电离平衡对溶液的酸碱性和各种微粒浓度的变化也起着重要的杠杆作用[2]。围绕水的这些关键作用，应用随机通达教学法实施教学，就设计的目的、意义与效果，说明或反思如下几点：

1.打破先学习以醋酸为例的弱电解质的电离平衡，再讨论水的电离与溶液的酸碱性、pH，再引出盐类的水解的教材常规，而是从水的电离入手通过上述引导性问题（当然也可以让学生提出问题），诱导学生进行主动思考，然后通过加入电解质的方式进入弱电解质（水本身就是典型的弱电解质）及水解的讨论与整理，这本身就是较教材的顺序而言，不同途径和角度的随机通达。同时在问题的引导下，采取头脑风暴法使学生产生诸多的想法、解释或疑问。教师对这些想法、解释或疑问进行分类整理，并在与学生的互动中完成概念解析及疑问解答[3]，这又是在细节操作过程中的不同途径与角度的随机通达。

2.课堂教学中各教学环节的处理应当是自由的，而不是绝对孤立的、死板的，比如本案例的环节3，即思维发展训练中，必然也伴随着环节4的内涵，即学生在谈论的过程中离不开小组的协作学习，也会贯穿着师生、生生的相互评价（环节5）等。也就是说，随机通达教学法的五个环节是相互联系、相辅相成的关系。

3.引导性、综合性思考问题及针对性变式训练题等，可以根据学生的具体水平层次加以灵活变化和调整，选出最为适合的，以期达到最佳的教学效果。

4.建议本节在如上以水的电离知识为起点重点建立弱电解质电离、盐类水解的关系框架，并可顺利总结三个平衡、三个平衡常数及三大守恒式等核心知识。而本专题的知识抽象繁多，不可能用一节课的时间将所有的重点知识全部覆盖，比如中和滴定实验、稀释问题等。当然，中和滴定反应本身就是水电离的逆过程，稀释也是加水后溶液中微粒浓度变化的问题，依然可以依据本案例的设计思想，与“水的电离”建立联系，在后面的课程中继续展开复习整理。

所以，让学生从水作为溶剂及水的电离的角度统领性、概括性地认识水溶液中的反应及现象等，能使学生具有别样体会的新鲜感的同时，克服对难点知识的恐惧，也会使知识富有生机和灵活性，最终完成对本专题诸多重要概念和核心知识的多维度理解与建构。

需要注意的是，教学的随机通达，不是知识的简单概括或重复，也不是信息的简单传递与接受，而应使知识具有一定的高度、广度与深度，重视学生的自主学习、发散与概括等能力的培养，并同时关注学生的相互协作、评价等课堂行为表现，重视核心素养的培育。

[参 考 文 献]

[1]周强.运用随机通达教学策略构建高中英语“学力课堂”——以高中英语语法教学为例[J].亚太教育，2015（17）.

[2]何彩霞，岳波.教重要的深层知识——以“水的电离和溶液的酸碱性”为例[J].教学仪器与实验，2013（9）.

[3]陈景娟.例谈随机通达教学法在高中化学习题教学中的应用[J].化学教学，2014（2）.

（责任编辑：张华伟）