以涉量型离子反应为例的微主题教学.docx

    以“涉量型”离子反应为例的微主题教学    王新文Summary：水溶液中离子转化的选择性层次性思维过程和表征，是考查学生对水溶液中的物质观、变化观、微粒观和符号观全面性与深刻性的重要内容，也是培育学生量变与质变的自然学科思想和反应控制学科思想的重要载体，针对“涉量型”离子反应成为当前高考试题中热点的事实，结合高中各模块就此类反应产生的“缘起、发展”，及如何准确快速地表征，以微主题教学方式进行了初步论述Key：离子反应；用量与产物；定性与定量：1008-0546（2014）08-0031-04：G633.8：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.08.011微主题的切口小，教学主题突出，能够集中呈现问题的主要矛盾，便于揭示问题本质，课时性特点显著，对于离散型问题的教学效果尤其突出微主题教学的层次性、结构化、建构性是教学设计的关键涉量型离子反应指描述反应物用量与产物类别或数量关系的一类反应，这类反应不仅体现了自然科学中“量变与质变”的重要思想，也展示了“控制反应”的可行性，还反映了“微粒观”认知深度由于此类反应融溶液中的物质观、变化观、微粒观及符号观于一体，无疑是离子反应中相对最为复杂的：学生理解和表征困难重重，教材没有明晰的线索，教学往往是就题论题谈解法。

基于前人的研究，本文根据学生认知规律运用分类思想，对此类反应的产生及表征结合各模块，抓住问题的“缘起、发展”，以微主题形式较系统地梳理出这类问题的产生过程及解决方法涉量型”离子反应从初中教材二氧化碳的性质就蕴含其中，在高中必修①氢氧化铝制备中得到了较为明确地表述，随着对溶液中离子性质和离子反应本质认识的深入，这种思维方式延伸到了更广阔的领域，成为反映思维能力和学科方法的重要载体一、“涉量”型离子反应的产生与反应节点分析1. 物质连续转化产生的用量不同产物不同型离子反应（1）可溶性多元弱酸（或其酸酐）与碱溶液反应在初三课程中，二氧化碳和碱溶液之间的反应既有结合自然现象的认识提示，又有围绕CO2性质的实验探究，成为理解和运用“过量、少量”问题的基石高中教材中又站在“正盐与酸式盐相互转化”角度，结合“强制弱”观念将此转化关系渗透为物质转化的客观规律，诸如H2S、SO2等均有下述转化关系转化关系如下图：典型问题：CO2通入少量/过量NaOH溶液中；向碳酸钠稀溶液中逐滴滴加少量稀醋酸等书写方法：当碱少量时（即CO2过量），“反应物”为NaOH+CO2；“生成物”为NaHCO3故，离子方程式为：OH-+CO2=HCO3-。

方程式书写其实很简单，只要找准反应物，确定出生成物，将其依据守恒（质量、电子、电荷）配平即可，可形象记作“直平法”实践证明，这是书写这类方程式核心技能至于碳酸钠和稀醋酸的问题，只需要抓住碳酸根结合氢离子的本质，在形式上保留醋酸的分子式即可，不再赘述注意事项：一般来说，碱液中通入过量CO2得到HCO3-但通入少量CO2，未必一定为CO32-因为转化的本质是强制弱结合选修④电离常数知识，可以很好理解这些“特殊情况”的本质H2CO3的电离常数Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.7×10-11，HClO的电离常数Ka=2.9×10-8，苯酚的电离常数Ka=1.28×10-10因为酸性：H2CO3>HClO>HCO3-，H2CO3>C6H5-OH>HCO3-所以，即便向次氯酸钠/苯酚钠溶液中通入少量CO2，得到的也只能是HCO3-这是对“强制弱”定性描述的理性解释离子方程式略2）铝元素的“涉量”转换抓牢转化条件，①中外加碱需为“强碱”，如果是氨水则转化链终止于Al（OH）3；②中外加酸需为“强酸”，如果是碳酸则转化链终止于Al（OH）3像“向偏铝酸钠溶液中通入过量CO2”的高考热点问题，不过是揉“铝化合物转化链和过量CO2两因素”于一体，抓住知识的形成，则很容易得知终产物为Al（OH）3和HCO3-。

3）铁元素的“涉量”转化该转化线索蕴含了“H+、NO3-的强氧化性”和“同种元素化合价升降规律”，在方程式书写中隐含了配平、计算、推断等变式思维，成为扩张学生思维的重要内容，属于必修和选修中以能力立意问题的重要手段该建构过程显示了Fe和Fe3+转化的体系条件：“溶液”，故Fe和Cl2的反应只能生成FeCl3，也体现了学习离子反应的意义4）“向硝酸银稀溶液中滴加稀氨水至过量（选修⑤：银氨溶液的配制），向硫酸铜稀溶液中滴加稀氨水至过量（选修③：络合物）”的案例，也是物质涉量转化中的典型案例物质在溶液中反应行为的本质描述的是微粒的性质，这应该是拓展学生思维的基础，也是教会学生用不同信息理解和运用学科思想解决学科问题能力的基础教学应将这些物质转化中的涉量关系案例作为学生理解和运用涉量型离子反应的缘起，抓住“微粒反应观”和“反应顺序”本源性问题，从定性到定量启迪学生思维2. 由于微粒间反应的竞争性产生的用量不同产物不同型离子反应（1）“复合式”物质产生的涉量型离子反应所谓“复合式”物质，指由能够消耗同种离子的微粒所构成的物质，显然是基于离子性质的实际应用，综合近年各地高考试题，可看出主要是考查铵盐的复合式物质和碱的少量/过量问题，常以酸式盐和复盐进行包装试题。

向碳酸氢铵稀溶液中滴加稀氢氧化钠至过量的离子方程式如何书写呢，像这种复合式物质产生的竞争性问题，可将复合式物质的物质的量定为1mol，通过“逻辑推理”确定反应顺序假设OH-先和NH4+反应，则因为NH3·H2O无法和HCO3-共存，则表明反应的次序为：先酸式根后铵根据上图HCO3-+OH-[=]H2O+CO32-、NH4++OH-[=]NH3·H2O知，碳酸氢铵和OH-（氢氧化钠）反应的节点为：1∶1和1∶2（为便于确定反应节点，设NH4HCO3为1mol）故滴加少量NaOH：HCO3-+OH-[=]H2O+CO32-；滴加过量NaOH：HCO3-+NH4++2OH-[=]H2O+CO32-+NH3·H2O如何分析向NH4Al（SO4）2稀溶液中滴加很少量/过量Ba（OH）2的离子方程式呢，首先，从过量和少量问题的产生来看，在于Al3+、NH4+和OH-之间；其次，SO42-和Ba2+之间的反应是伴随涉量反应的平行反应结合Al3+不能和NH3·H2O共存，推理可知Al3+先于NH4+和OH-反应，初定“先后”再看“程度”，即是Al3+转化为AlO2-后OH-再和NH4+反应；还是Al3+转化为Al（OH）3后OH-和NH4+反应，最后Al（OH）3和OH-反应呢。

根据AlO2-和NH4+之间会双水解，故得反应顺序依次为：Al3+→Al（OH）3、NH4+→NH3、H2O、Al（OH）3→AlO2-设NH4Al（SO4）2为1mol，易得其反应节点和离子方程式：逻辑推理的依据是微粒间的共存（注意双水解），方程式书写的关键是推知反应的节点这种练习既有助于学生巩固元素化合物知识，也有利于学科思维能力培养，是当前高考的热点如将NH4Al（SO4）2换作NH4Fe（SO4）2，就可将练习放在不同模块（学段）培育学生思维还可变化问题形式变相考查对微粒性质的认识如“写出使‘SO42-恰好沉淀的离子方程式”，设NH4Al（SO4）2为1mol，显然需2molBa（OH）2，则4molOH-应分配为“Al3+→Al（OH）3、NH4++NH3→H2O”，故离子方程式为：Al3++NH4++2SO42-+2Ba2++4OH-[=]Al（OH）3↓+2BaSO4↓+NH3+H2Oendprint对比发现，该“指令型”离子方程式和前面1∶2反应同质，显然问题解决策略一致2）混合液产生的涉量型离子反应① 和H+的涉量反应向等浓度NaOH和Na2CO3混合的稀溶液中逐滴滴加稀盐酸，对应盐酸用量的离子方程式如何分析呢，根据常温下，Kw=1.0×10-14，H2CO3的电离常数Ka1=4.4×10-7、Ka2=4.7×10-11，据弱电解质的电离常数可知反应顺序依次为：OH-+H+=H2O、CO32-+H+=HCO3-、HCO3-+H+=CO2↑+H2O。

由于NaOH和Na2CO3物质的量可以不同，只需根据反应顺序经简单计算后便可得出反应的阶段弱酸根结合质子的先后顺序一般需根据其电离常数进行确定② 和OH-的涉量反应向等浓度FeCl3、CuCl2混合的稀溶液中逐滴滴加NaOH稀溶液至过量，反应顺序由溶度积常数计算得出如“c（Fe3+）=0.1mol/L，c（Cu2+）=0.1mol/L” 时，据Ksp［Fe（OH）3］=4.0×10-38（20℃），即c3（OH-）·c（Fe3+）=4.0×10-38，得c（OH-）=1.6×10-13同理据Ksp［Cu（OH）2］=2.2×10-20（20℃），知c（OH-）=4.5×10-10故反应顺序依次为：Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓、Cu2++2OH-=Cu（OH）2↓，通过控制NaOH的用量便可控制反应的历程沉淀反应的先后顺序一般均可据溶度积常数进行确定以上分析反应节点的基础知识主要集中在选修④模块3）氧化还原产生的涉量型离子反应从氧化还原反应规律知，当一种氧化性微粒遇到还原性强弱不同的多种微粒时，反应自然遵循先强后弱如向FeI2溶液中缓缓通入Cl2至过量，如何分析反应的节点呢常见微粒还原性顺序：S2->SO2>I->Fe2+>Br->Cl-，故Cl2先和“I-”反应，再和“Fe2+”反应。

设FeI2物质的量为1mol根据2I-+Cl2=I2+2Cl-，2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-，可确定出离子反应后的存在形态，经简单计算知：当0当n（Cl2）≥1.5mol时，“I-”和“Fe2+”均已全完反应，故FeI2和Cl2反应的比例为1∶3/2，所以，反应的离子方程式为：2Fe2++4I-+3Cl2=2Fe3++6Cl-+2I2当1mol

如果把Ca（HCO3）2形象地看做“二元”，NaOH看做“一元”，那么就可抽象出分析“二元和一元”反应节点的模型按照上述思维模型，就可容易得出NaHCO3和Ca（OH）2的反应节点为1∶1和2∶1二、涉量型离子反应的表征离子方程式无疑是表征离子反应本质的有效手段，但对于非节点处的离子反应，常常需要运用数形结合的思想，将复杂涉量型离子方程式的书写思维过程形象化1）数轴法表征与离子方程式书写研究反应物的化学计量数与产物之间的关系时，使用类似数轴的方法可以收到直观形象的效果如，写出向溶有0.3mol氨的稀溶液中通入0.2molSO2的离子方程式借助CO2和NaOH的反应模型，可知SO2和NH3·H2O的反应节点为1∶1和1∶2故，可得以下数轴模型。