“证据推理与模型认知”在解题中的应用

周俊龙 李晓亮

摘 要：根据“证据推理与模型认知”的内涵，以“酸堿中和滴定曲线中的粒子浓度问题”为例，分析寻找直接证据和间接证据、构建化学模型解决此类问题的方法。

关键词：证据推理;滴定曲线;粒子浓度;解题方法

粒子浓度问题一直是高考考察的重点内容，也是学生在学习过程中觉得困难的题型。此类问题要求考生能够正确的判断溶液中的微粒，并能准确的判断微粒之间的等式关系和大小关系，即教师教学过程中提及的“三大守恒和粒子浓度大小比较”，考生答题的正确率一直偏低。在实际教学的过程中发现学生对此类问题的理解不透彻，教师总是感到教不得法。有关粒子浓度大小的比较方法和三大守恒的判断方法很多文献都有详细的讨论[1-5]，但酸碱中和滴定过程中的粒子浓度问题鲜有提及，而此类问题的难度更大，学生做起来更是棘手，为了方便学生高效的解决此类问题，笔者选取具体实例，从分析模型、构建模型及模型应用两个角度归纳了解决此类问题的方法。

一、分析基本模型[6]

课堂教学中我们强调的基本模型主要包括：一元正盐（如CH3COONa、NH4Cl溶液）、二元正盐（如Na2CO3溶液）、水解程度大于电离程度的酸式盐（如NaHS溶液）、电离程度大于水解程度的酸式盐（如NaHSO3溶液）、混合溶液（如等量的CH3COONa、CH3COOH的混合溶液且pH<7）等，这些基本模型的三个守恒和粒子浓度的大小关系学生必须要熟练掌握，在遇到此类问题时才能迎刃而解。

二、构建模型及模型应用

证据推理类的化学试题一般有两个方面，一是直接证据，即化学试题中直接给出相应的信息，学生能在信息中直接推理出基本模型;二是间接证据，即化学试题中没有直接信息，而是学生在化学学习的过程中获得的经验、形成的基本化学思维，通过推理题目的信息，从而与基本模型进行关联，构建模型并应用模型来解决实际问题。一般解决“酸碱中和滴定曲线中粒子浓度问题”的思路和思维模型如下：

酸碱中和滴定的基本模型大致有以下几类：

1.一元酸碱类型

常温下向25mL0.1mol·L-1NaOH溶液中逐滴滴加0.2mol·L-1的HN3溶液（叠氮酸），pH的变化曲线如图所示（溶液混合时体积的变化忽略不计）。下列说法正确的是（ ）

A.A点水电离出的c（H+）小于B点

B.在B点，离子浓度大小为c（OH—）>c（H+）>c（Na+）>c（N3—）

C.在C点，c（Na+）>c（N3—）

D.在D点，离子浓度大小为c（Na+）>c（N3—）>c（H+）>c（OH—）

[答案]A（本题讨论的是一元弱酸滴定一元强碱过程中的相关问题，涉及了水的电离、离子浓度大小比较等知识）

[解析]A（√）。A点溶质为氢氧化钠，电离出氢氧根离子，抑制水的电离，因此氢氧根浓度越大，水的电离程度越小，B点为氢氧化钠和NaN3的混合液，有可水解的盐，促进水的电离，则水电离出的c（H+）：A点小于B点;

B（×）。B点溶质为NaN3，以N3—的水解为主，则c（OH—）>c（H+），由于pH=8，混合液中的氢离子、氢氧根离子浓度较小，则正确的离子浓度大小为：c（Na+）>c（N3—）>c（OH—）>c（H+）;

C（×）。C点溶液的pH=7，溶液呈中性，此时

c（OH—）=c（H+），根据电荷守恒，所以C点c（Na+）=c（N3—）

D（×）。根据D点V（HN3）=25mL，所以得到等物质量浓度的NaN3和HN3，溶液显酸性，以HN3的电离为主，所以离子浓度大小应为：c（N3—）>c（Na+）>c（H+）>c（OH—）

2.二元弱酸一元碱类型

常温下，向10mL0.1mol/L的H2C2O4溶液中逐滴加入0.1mol/LKOH溶液，所得滴定曲线如图所示.下列说法正确的是

A.KHC2O4溶液呈弱碱性

B.B点时：c（K+）>c（HC2O4﹣）>c（H2C2O4）>c（C2O42﹣）

C.C点时：c（K+）=c（HC2O4-）+2c（C2O42-）

D.D点时：c（H+）+c（HC2O4﹣）+c（H2C2O4）=c（OH﹣）

[答案]C

[解析]草酸和KOH反应方程式依次为

H2C2O4+KOH=KHC2O4+H2O、KHC2O4+KOH=K2C2O4+H2O。

A（×）。根据反应方程式可知A点溶质为KHC2O4，根据图象可知溶液显酸性，故A错;

B（×）。B点溶质为KHC2O4且溶液显酸性，说明HC2O4﹣电离程度大于水解程度，则c（C2O42﹣）>c（H2C2O4），故B错;

C（√）。C点时，溶液的pH=7，说明c（H+）=c（OH-），根据电荷守恒关系可知c（K+）=c（HC2O4-）+2c（C2O42-），故C正确;

D（×）。根据反应方程式，D点溶质为K2C2O4，根据二元弱酸正盐的质子守恒关系可知：c（H+）+c（HC2O4﹣）+2c（H2C2O4）=c（OH﹣）。

3.酸式盐与碱类型

室温时，向100mL0.1mol·L-1NH4HSO4溶液中滴加0.1mol·L-1NaOH溶液，得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示，下列说法正确的是（ ）

A.滴定过程中，水的电离程度最大的点是b

B.a点时：c（SO42-）>c（NH4+）+c（NH3·H2O）

C.b点时：c（Na+）>c（SO42-）>c（NH4+）>c（OH-）=c（H+）

D.d点时：c（Na+）+c（H+）=c（OH-）+2c（SO42-）

[答案]C

[解析]

A（×）。a点加入NaOH100mL，所以溶质为等浓度的Na2SO4、（NH4）2SO4，只有NH4+促进水的电离，因此水的电离程度最大的是点a，故A错;

B（×）。a点溶质为等浓度的Na2SO4、（NH4）2SO4，根据物料守恒关系可知

c（SO42-）=c（NH4+）+c（NH3·H2O）

C（√）。b点溶液呈中性，说明c（H+）=c（OH-），且a到b的过程中NaOH与（NH4）2SO4反应生成Na2SO4、NH3·H2O，所以溶质的浓度关系为：Na2SO4>（NH4）2SO4>NH3·H2O，因此

c（Na+）>c（SO42-）>c（NH4+）>c（OH-）=c（H+）故C正确;

D（×）。D点溶质为等浓度的Na2SO4、NH3·H2O，根据电荷守恒关系可知

c（Na+）+c（H+）+c（NH4+）=c（OH-）+2c（SO42-），故D错。

通过对以上例题的分析，可以看出，上述试题中主要与设问相关的内容包括以下几个方面：

（一）化学反应方程式：主要是酸碱中和反应（酸碱元数相同、元数不同）、酸式盐与碱的反应;

（二）化学的基本观念：电荷守恒、物料守恒、質子守恒、电离理论、水解理论;

（三）必备知识储备：基本模型中的粒子浓度关系。

各个曲线标注点的溶质大部分是我们强调的基本模型，运用基本的模型进行证据推理，并运用已有模型的结论解决现有的问题。

三、总结与反思

化学模型的建立和判断一般都是依托一定的化学反应原理，学生在解答此类问题时思路不清晰的主要原因就是不理解化学反应原理、不懂得化学知识的根源，从而导致了无法判断基本模型，也就无法运用模型来分析题目。因此，教师在教学的过程中一定要夯实基础，引导学生构建模型。实际上以上题目考查的粒子浓度关系主要是学生能否根据题目的信息，进行间接证据的推理，建构模型。只要学生的基础足够牢固，在遇到此类问题时，才能迅速地判断出选项中出现的关系式具体考查的是哪种基本模型，才能快速而准确的解答;才能有效地提升学生“证据推理与模型认知”的学科核心素养。

参考文献

[1]崔丽红.电解质溶液中离子浓度大小的比较[J].中学化学教学参考，1999（7）：47-49

[2]刘爽.电解质溶液中离子浓度大小与“三大守恒”的解析[J].中国校外教育，2018（01）：116

[3]王士军.离子浓度大小比较题型类解析[J].中学化学教学参考，2016（1）：50

[4]林诗成.例析离子浓度大小[J].中学化学教学参考，2016（6）：58-59

[5]梁敏.溶液中离子浓度大小K较和三大守恒规律解题技巧初探[J].中学化学教学参考，2018（5）：72-73

[5]陈珠.溶液中粒子浓度大小比较的解题模型[J].中学化学教学参考，2018（8）：61-63