張堅(jiān)

摘 要：電解質(zhì)溶液中的三大守恒是高中化學(xué)主要考點(diǎn)，很多學(xué)生對這部分知識理解不深，不能很好地從定量的角度進(jìn)行解題，也無法從模型認(rèn)知方面定位學(xué)習(xí)，本文擬從解決實(shí)際問題入手，幫助師生探究電解質(zhì)溶液中的三大守恒。

關(guān)鍵詞：電解質(zhì)溶液;電荷守恒;物料守恒;質(zhì)子守恒

在高三復(fù)習(xí)中，“電荷守恒”“物料守恒”和“質(zhì)子守恒”并稱為電解質(zhì)溶液中的三大守恒，是高考的必考點(diǎn)，但也是教學(xué)中的難點(diǎn)，很多學(xué)生不能從本質(zhì)上理解三大守恒要考核的化學(xué)核心素養(yǎng)和學(xué)科能力，導(dǎo)致得分率一直很低，為了更好地突破難點(diǎn)，本文從以下幾個方面進(jìn)行分析，以幫助學(xué)生更好地理解和掌握。

一、三大守恒涉及的化學(xué)核心素養(yǎng)

要理解三大守恒，必須了解三大守恒涉及的化學(xué)核心素養(yǎng)，從三大守恒的表達(dá)式及成因看，涉及“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”等核心素養(yǎng)，在考查學(xué)生解決實(shí)際問題能力的同時，也考查學(xué)生對弱電解質(zhì)的電離平衡、鹽類的水解平衡和沉淀溶解平衡等三大平衡的理解，并通過三大守恒的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的微粒觀、平衡觀和守恒觀。

教師在教學(xué)中，不能僅限于解決幾個題目，而是要通過解題，引導(dǎo)學(xué)生樹立化學(xué)的思想，建立電解質(zhì)在水溶液中行為的“微粒作用觀”，深化“宏觀——微觀——符號”三種表征的化學(xué)學(xué)科思維。在三大守恒的學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要掌握以下幾點(diǎn)：

（1）認(rèn)識溶液系統(tǒng)中微粒的種類、來源、作用以及結(jié)果等。

（2）建構(gòu)“微粒來源——微粒種類——微粒作用及結(jié)果”的認(rèn)識思路。

（3）分析溶液中各種微粒的定量關(guān)系。

當(dāng)學(xué)生形成宏微結(jié)合和變化守恒的化學(xué)思想時，就能夠從現(xiàn)象看到本質(zhì)，對電解質(zhì)溶液能夠深入剖析，從而解決化學(xué)中的實(shí)際問題。

二、三大守恒

（一）電荷守恒

描述：電解質(zhì)溶液中所有陽離子所帶的正電荷總數(shù)與所有陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)相等。

例：Na3PO4溶液中的電荷守恒表達(dá)式：

原因：在Na3PO4溶液中除了含有Na+、PO43-外，也存在水電離出的H+和OH-，并且由于PO43-水解，也存在HPO42-、H2PO4-和H3PO4分子，但H3PO4分子不帶電，不計(jì)入電荷守恒中。由于常見溶液都是電中性的，在溶液中存在的所有微粒所帶的正電荷總數(shù)必然等于負(fù)電荷總數(shù)。

注意事項(xiàng)：在電荷守恒中，最容易出錯的有兩點(diǎn)，一是沒有寫出所有帶電的微粒，特別是由于水解或者電離產(chǎn)生的離子，學(xué)生很容易遺失。二是不同的離子所帶的電荷不一樣，有些帶一個單位電荷，有些帶兩個單位電荷，學(xué)生很容易寫錯。

解決辦法：

（1）從宏觀轉(zhuǎn)到微觀，認(rèn)真分析不同的微粒在水中的變化情況，特別是電離平衡和水解平衡，務(wù)必將所有的帶電粒子全部寫出。

（2）所有帶有電荷的微粒在守恒式中要牢記“系數(shù)即電荷”的口訣，以避免漏寫或錯寫。

拓展例題：大氣中PM2.5、NOx、SO2、CO的含量是衡量空氣質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)，對其研究和綜合治理具有重要意義。

（1）將PM2.5樣本用蒸餾水處理制成待測試樣，測得該試樣所含水溶性無機(jī)離子的化學(xué)組分及其平均濃度如下表：

根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算PM2.5試樣的pH=___________。

解法：通過電荷守恒式：

（二）物料守恒

描述：物料守恒是指電解質(zhì)發(fā)生變化（反應(yīng)或電離）前某元素的原子（或離子）的物質(zhì)的量等于電解質(zhì)變化后溶液中所有含該元素的原子（或離子）的物質(zhì)的量之和。

從本質(zhì)上講，物料守恒實(shí)際上是元素守恒的一種形式，在化學(xué)反應(yīng)及物理變化的過程中，元素的種類和數(shù)目均沒有改變，所以學(xué)生在分析具體的物料守恒時，必須找到守恒最關(guān)鍵的元素，才能判斷到底是哪些元素守恒。

例：NaHSO3溶液中的物料守恒表達(dá)式：

從微觀的分析上，我們可以發(fā)現(xiàn)，NaHSO3溶液中，從始終態(tài)看，不管HSO3-是發(fā)生電離還是水解，在溶液中，Na元素和S元素的量永遠(yuǎn)是守恒的。即：

判斷的關(guān)鍵一是要找出所有的微粒，不要遺漏，二是要準(zhǔn)確判斷微粒的主要核心元素，如一般不判斷H和O元素的守恒，因?yàn)樵谌芤褐兴腍和O會干擾物料守恒的判斷。

拓展例題：下列說法正確與否？為什么？

解答：從物質(zhì)的核心元素可以得出，與數(shù)據(jù)有關(guān)的核心元素是Na和C，所以應(yīng)該通過這兩種元素建立物料守恒式，在混合溶液中Na和C的數(shù)量比應(yīng)該是3∶2，所以該說法是錯誤的，正確的物料守恒式應(yīng)該為：

技巧：等式兩邊一定會分別有共同的元素，以便于我們?nèi)ネ评砼袛啵@也是判斷物料守恒關(guān)系式的一個著眼點(diǎn)。

（三）質(zhì)子守恒

描述：無論溶液中結(jié)合氫離子還是失去氫離子，但氫離子總數(shù)始終為定值，也就是說結(jié)合的氫離子的量和失去氫離子的量相等。

在質(zhì)子守恒中，實(shí)際上我們討論的是（H+）或者叫水合氫離子（H3O+），因?yàn)樵谌芤褐胁淮嬖讵?dú)立的質(zhì)子，而氫原子只有一個電子，核內(nèi)又只有一個質(zhì)子，沒有中子，一般用（H+）來代替質(zhì)子，所以該守恒稱為質(zhì)子守恒。

像NaHCO3溶液中的質(zhì)子守恒分析，從圖中可以看到：

判斷的關(guān)鍵同樣要找出所有的微粒，不要遺漏，并且要知道哪些微?？梢缘檬з|(zhì)子（H+）？學(xué)生主要的困惑在于不了解什么微?？梢缘檬з|(zhì)子（H+），這也是普遍認(rèn)為質(zhì)子守恒最難的一個原因。

巧解：將混合溶液中的電荷守恒式和物料守恒式相聯(lián)立，通過代數(shù)運(yùn)算消去其中某離子，也可推出該溶液中的質(zhì)子守恒。

例：書寫NaHCO3溶液的質(zhì)子守恒表達(dá)式

拓展例題：下列說法正確與否？為什么？

結(jié)束語

余文森教授認(rèn)為：“唯有用學(xué)科獨(dú)特的視角審視問題、分析問題和解決問題，才能形成真正意義上的學(xué)科素養(yǎng)?！蓖ㄟ^對電解質(zhì)溶液中的三大守恒問題的解決，不但可以解決高三復(fù)習(xí)中遇到的實(shí)際問題，也可以增進(jìn)學(xué)生對微粒觀、平衡觀和守恒觀的理解，并從理論上實(shí)現(xiàn)對“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”的認(rèn)知，師生通過對“電解質(zhì)溶液中的三大守恒”的學(xué)習(xí)，會形成真正意義上的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]余文森.核心素養(yǎng)導(dǎo)向的課堂教學(xué)[M].上海：上海教育出版社，2017：60.

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[3]吳凱.試論三大守恒思想在電解質(zhì)溶液中的應(yīng)用[J].考試與評價(jià)，2021（2）：87-88.