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第144章 攻克难点:溶液中的离子浓度大小比较(1 / 1)

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实验方案设计的思维锤炼,让凌凡领略了化学作为一门实验科学的严谨与创造。然而,当他回到理论学习的深水区,面对另一个公认的难点——溶液中离子浓度大小比较时,一种熟悉的、如同陷入泥沼的感觉再次袭来。

这部分的题目,通常不会考察单一、纯粹的知识点,而是将弱电解质的电离、盐类的水解、酸碱中和反应、以及多个平衡的相互影响糅合在一起,形成一个复杂的动态系统。题目往往描述一种或多种物质溶于水,或者溶液混合,要求判断溶液中众多离子浓度的大小顺序,或者比较某个特定离子在不同情况下的浓度大小。

凌凡第一次独立面对这类题目时,感觉就像被抛入了一个充满离子、分子,且它们之间不断发生着“合纵连横”的微观战场。的存在,却理不清它们之间的强弱关系和势力分布。

一次小测,一道关于醋酸与氢氧化钠混合后溶液离子浓度的题目,让他栽了跟头。他考虑了醋酸的电离,考虑了naoh的完全电离,甚至考虑了混合后可能的缓冲体系,却在判断c(na?)与c(ch?o?)的大小时,忽略了电荷守恒这一基本法则,得出了错误的结论。

看着那个红叉,凌凡没有气馁,反而激起了更强的征服欲。他清楚,这又是一个必须系统攻克的战略高地。

化学老师似乎也洞悉了学生们的困境,专门用了一整节课的时间,来梳理这个难点。

“同学们,溶液中的离子浓度比较,看似复杂,但只要掌握了核心的三大守恒定律和分析问题的基本思路,就能化繁为简。”老师的声音带着一种稳定军心的力量。

第一利器:三大守恒定律——体系的根本法则

老师在黑板上写下了三个词:物料守恒、电荷守恒、质子守恒。

“这是解决这类问题的理论基石,必须深刻理解,灵活运用。”

“注意离子所带电荷数!”老师指着?2?前面的系数2,“一个?2?带两个负电荷,它的浓度在计算总负电荷时就要乘以2。”

凌凡恍然大悟,之前他就是忽略了这一点。电荷守恒提供了一个关于离子浓度的整体约束关系,是进行大小比较时最常用也最可靠的依据之一。

凌凡意识到,物料守恒将看似独立的粒子(如h??, h??, ?2?)通过共同的元素起源联系起来。

凌凡感觉这个稍显抽象,但他明白,这是从质子转移角度对体系进行的另一种描述,在某些情况下非常有用。

第二利器:基本分析思路——由主到次,步步为营

“有了理论武器,还需要清晰的作战思路。”老师开始讲解分析步骤。

1 第一步:判断溶液环境(酸碱性)。 “这是首要任务!”老师强调,“溶液显酸性、碱性还是中性,直接决定了c(h?)和c(oh?)的相对大小,也暗示了哪些过程(电离或水解)占主导。”

凌凡跟着思考:醋酸溶液,显酸性,c(h?) > c(oh?),醋酸电离为主;na??溶液,显碱性,c(oh?) > c(h?),?2?水解为主。

2 第二步:确定主要来源,识别主要粒子。 “找出浓度最大的离子是哪几种,它们通常来自强电解质的完全电离。”老师以ch?ona溶液为例,“na?和ch?o?是主要离子,来自ch?ona的完全电离。而h?和oh?浓度很小,是次要粒子。”

3 第三步:考虑次要过程(弱电解质的电离或盐类的水解)。 “在主要离子的基础上,考虑弱电解质的电离(如ch?oh的电离)或弱离子(如ch?o?)的水解,这会产生浓度更小但必须考虑的粒子。”

老师以ch?ona溶液为例分析:

凌凡感觉思路清晰了许多。

1 第四步:灵活运用三大守恒进行检验和推断。 当直接比较遇到困难时,三大守恒就派上用场。例如,比较nah?溶液中c(?2?)和c(h??)的大小。nah?溶液显碱性,说明h??的水解(生成h??和oh?)程度大于其电离(生成?2?和h?)程度,因此可初步判断 c(h??) > c(?2?)。,所以更能确证 c(h??) > c(?2?)。

第三利器:分类攻破经典模型

老师带领他们系统梳理了几种经典溶液模型:

老师重点讲解了缓冲溶液(如ch?oh + ch?ona混合液)的特点:c(弱酸) 和 c(弱酸根) 都较大,且浓度接近,c(h?) 由两者比值决定,比较稳定。其离子浓度大小比较有其特定规律。

凌凡紧跟老师的思路,在笔记本上为每一种模型都整理了分析思路和典型的离子浓度顺序。他意识到,所谓的难题,大多是这些经典模型的组合或变形。

第四利器:特殊情形与近似处理

“还要注意一些特殊情形,”老师补充道,“比如酸式盐(naha)溶液,需要判断ha?的电离和水解相对强弱,从而确定溶液酸碱性,再进行分析。”

“另外,在运用守恒定律时,有时可以进行合理的近似忽略。例如,在碱性溶液中,c(h?)通常远小于其他离子浓度,在电荷守恒中有时可忽略;反之亦然。”

随着课程的深入,凌凡感觉脑海中那个混乱的离子战场,逐渐被划分出了清晰的阵营和行动规则。他开始尝试独立分析更复杂的题目,例如不同比例的氨水与氯化铵混合液、醋酸与氢氧化钠以不同比例混合后的溶液等。

他先判断溶液酸碱性,确定c(h?)和c(oh?)的相对大小;再找出完全电离产生的主要离子;然后考虑弱电解质的电离或水解产生的次要离子;最后利用三大守恒进行检验或解决疑难比较。

这个过程,就像是在下一盘复杂的棋,每一步都需要逻辑推理,但遵循着明确的规则。虽然偶尔还是会遇到棘手的局面,但他不再像以前那样毫无头绪,而是能够调动所学的“武器库”,进行有策略的进攻。

当他再次面对那道关于醋酸和氢氧化钠混合的题目时,他清晰地写出了电荷守恒式,并结合物料守恒,轻松地得出了正确的离子浓度关系。那种拨云见日、豁然开朗的感觉,让他充满了成就感。

他知道,离子浓度大小比较这个堡垒,虽然坚固,但他已经找到了攻破它的正确战术。接下来需要的,就是在不断的练习中锤炼这种战术,使其成为自己的一种本能反应。

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