王孟
广州大学附属东江中学
摘要：本文通过以微粒观与新课程的核心素养为理论基础，基于微粒观的指导思想去解决简单溶液的酸碱性问题，详细阐述了酸溶液与碱液在不同环境下的pH计算方法，从而促使学生形成"微观辨识与宏观探析、变化观念与平衡思想"的化学核心素养。
关键词：微粒观 pH计算 酸碱性
1.前言
高中学生通过各模块知识的学习，认为化学观念与其他具体化学知识一样，仅仅是一种学科知识[1]，认识不到动态的微粒变化对化学的学习具有指导意义，形成不了微粒观的世界观，在方法论上同样不具有指导意义。
"水的电离和溶液的酸碱性"是人教版高中化学选修4第三章"水溶液中的离子平衡"的第二节，其内容综合性强，包括水的电离、溶液的酸 碱性与 pH、pH 的应用等知识，涉及宏观与微观、 定性与定量、静态与动态等多个层面[2]。若学生不能用动态的"氢离子氢氧根微粒"变化的观念去理解溶液的酸碱性，学生容易停留在单纯靠背诵等机械的方法去理解溶液的酸碱性，不能够与盐类的水解有效的结合起来，从而降低学生的学习效率，不能够有效提升"变化观念与平衡思想、宏观辨识与微观探析"的核心素养。
1.1微粒观的含义及部分教师的教学误区
综合不同研究者对微粒观的描述，其观点主要包括物质是由分子、原子、离子等微粒构成的、微粒是不断运动的、微粒之间存在相互作用三个方面的内容。而化学学科研究的主要内容恰是在分子、原子水平上的物质组成、结构、性质及其变化。综合微粒观的内容与化学学科的特点，微粒观也可以从内容属性（即学科知识）和思维属性（解决问题的思路和方法）两个维度进行理解，主要内容包括微粒的种类、微粒的存在、 微粒的相互作用、微粒的运动和变化以及微粒数 量等层面，形成对化学物质及其变化的认识等。
笔者通过调查发现，部分教师队微粒观的认知存在一定的误区，具体表现在部分教师把微粒观仅仅作为陈述性知识进行讲述、认为微粒观是静态的、定性的两个方面，从而导致学生在学习的过程中认识不到微粒观是一个世界观，上升不到思想的高度，从而形成不了用动态的、变化的观点解决化学问题的思想。
1.2化学微粒观的教学价值
化学学科的意义在于能够帮助学生扩大 视野、丰富见识、充实自身的化学认识、训练化学思维方式和与化学有关的实践能力、促进学生超越 化学学科本身而获得情感体验和价值追求［3］。探讨微粒观的教育价值有助发展学生对物质微观本质的认识水平、发展学生的科学品质、发展学生的实践意识和实践能力[4]，从而培养学生具有"宏观辨识与微观探析"的核心素养。
水溶液中的离子平衡立足微观层面，需要学生对概念原理深入理解，如果直接将结论告诉学生，达不到达不到新课程要求下的教学效果［5-8］。因此，关于溶液中的pH计算方法的教学设计考虑学生的学习进阶， 要充分体现微粒观建构在不同教学阶段的螺旋上升，促进微粒观的纵向发展及逐步精致化，避免学生知识点孤立零散。
2.基于"动态微粒观"思想的pH计算方法研究
为了更好的阐述酸溶液或者碱液的pH计算方法，结合微粒观的变化思想，现总结如下：
2.1情景选择
对上述题目的解法，绝大多数中学老师遵循的是"酸溶液中直接算氢离子的浓度，碱溶液中直接算氢氧根离子的浓度，然后根据Kw再计算氢离子浓度"，针对这种计算方法，有同学提出了如下问题：既然碱溶液中的氢离子来源于水，那么为什么不能直接去计算氢离子浓度，而偏偏是先计算氢氧根离子浓度呢？同时，有时候直接计算氢离子浓度也是正确的，比如例（4），答案是巧合吗？若不是巧合又该如何解释？针对上述问题，笔者提出以下教学建议。
2.2 pH计算前的知识基础
pH的计算是建立在水溶液的电离平衡、水溶液呈现酸碱性的本质原因及pH的概念的基础上，在进行pH计算的教学时，学生需要深刻理解以下四点：
（1）任何的水溶液在任何情况下都存在水的电离平衡，并且水电离的氢离子浓度永远等于氢氧根离子的浓度；
（2）溶液中的氢离子和氢氧根离子的浓度与水电离的氢离子和氢氧根离子浓度不一定对应相同，需要看溶液的环境。
（3）溶液呈现酸性和碱性的原因在于溶液环境的改变，打破了水的电离平衡状态，导致水溶液中的氢离子浓度不等于氢氧根离子浓度。
上述两个公式中的氢离子浓度与氢氧根浓度代指的是溶液中的氢离子浓度与氢氧根浓度。
2.3 pH计算的关键点及水溶液的状态
pH计算的关键点在于计算出溶液中的氢离子浓度，能直接算不能走弯路。对于单一的酸溶液或者碱溶液的计算方法，大多数学生是能够理解的。但是对于酸酸溶液、碱碱溶液混合的pH计算方法，部分同学并不能从深层次理解"酸算氢离子，碱算氢氧根"的真正含义，例如开篇四题，下面逐题剖析。
如何进行不同浓度的强酸溶液混合后的pH计算？第一道题目给出了正确的计算过程。但是在教学的过程中，一定要把溶液混合时对水电离平衡的影响讲清楚。由于两种酸的浓度不同，对于pH = 3的酸溶液，混合后的酸浓度相当于"加水稀释"，势必促进水的电离；对于pH = 5的酸溶液，混合后的结果是"浓缩"，势必抑制水的电离。从上述讨论可以看出，两种不同浓度的酸溶液混合，打破了混合前溶液中水的电离平衡状态。但是，由于在上述两种溶液中，水电离的氢离子浓度相对于酸溶液电离的氢离子浓度，可以忽略不计，所以计算pH的时候，可以直接对上述两种溶液的氢离子进行相加，然后计算pH值。
第二道题是两种同浓度的酸溶液进行混合，混合后并不能打破水的电离平衡状态，这个时候无论对氢离子进行计算，还是对氢氧根离子浓度进行计算，结果都是正确的。
对于第三道题目的计算过程，很多初学者会犯类似的错误，犯错误的关键点是没有考虑到两种不同浓度的碱溶液混合时，首先打破了水的电离平衡，氢离子浓度在混合时会发生改变。pH = 9的氢氧化钠溶液与pH = 11的氢氧化钠溶液混合时，对于pH = 11的氢氧化钠溶液，相当于稀释，促进水的电离。氢离子浓度升高；对于pH = 9的氢氧化钠溶液，相当于浓缩，抑制水的电离，氢离子浓度降低，又因为在氢氧化钠溶液中，水电离的氢离子就是溶液中总的氢离子，在混合的过程中，浓度发生改变，所以直接相加是错误的，不能直接对氢离子浓度进行计算。参考第一道题的思路，尽管pH = 9的氢氧化钠溶液和pH = 11的氢氧化钠溶液混合打破了混合前溶液中水的电离平衡，但是水电离的氢氧根离子浓度与溶液中的氢氧根离子浓度相比，可以忽略不计，因此可以直接对两溶液中氢氧根离子的量直接相加，再进行计算氢氧根离子浓度，再进行金酸氢离子浓度，因此，第三道题计算方法错误。
根据上述解释，第四道题的计算过程是正确的。因为在相同温度下，pH相同的同物质溶液中水的电离平衡状态是相同的，二者溶液混合并不能打破水的电离平衡状态，因此，无论是直接计算氢离子浓度还是氢氧根浓度，结果都正确。
综上所述，很多老师在对pH计算的教学中，总结出"酸按酸算，碱按碱算，酸碱中和看过量，无线稀释7为限"的计算方法。绝大多数学生都能按照这个套路去进行计算，但是学生未必去能深刻理解水溶液环境发生改变时对水的电离平衡的影响。
2.4 题目中蕴含的变化思想
自然科学和社会科学从来都不是孤立的，是具有一定联系的。当同学们学习pH计算的时候，他们已经学习了哲学里的辩证法思想，学习了矛盾是推动事务发展的根本动力。综合社会科学，水溶液中的电离平衡，特别是pH的计算，体现了唯物辩证法的思想。
H+与OH-是一对矛盾，在任何的水溶液中都存在，彼此相互斗争又相互依存。由于溶液环境的改变，可能使溶液中的主要矛盾会发生改变。当溶液中环境改变水的电离平衡（加酸或者弱碱的阳离子），使氢离子的浓度大于氢氧根离子浓度时，氢离子是溶液性质的主要矛盾，按照氢离子进行计算，即"酸按酸算"；反之，当溶液中的加入碱液或者弱的酸根离子，使氢氧根离子的浓度大于氢离子的浓度时，氢氧根离子是溶液性质的主要矛盾，按照氢氧根计算，即"碱按碱算"；当酸与碱溶液混合时，用"动态的氢离子与氢氧根"微粒观去解决溶液酸碱性的问题。
参考文献
[1]赖增荣.基于微粒观的盐溶液性质复习研究.化学教学.2017,(35):35-39.
[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.教学仪器与实验. 2013,(9):3-6.
[3]邓阳，王后雄．中学化学教学参考，2013,(9):19-22.
[4]张发新.谈 "化学微粒观"的内涵及其教育价值.化学教育.2015,(19):8-11.
[5]邵霞．培养中学生化学基本观念的实践研究． 济南: 山东师范大学硕士学位论文，2009．
[6]何彩霞．以化学观念为统领设计教学活动．化学教育，2013,( 1) : 16- 18．
[7]靳卫霞．基于观念建构的"盐类的水解"教学设计 与实施．济南: 山东师范大学硕士学位论文,2013．
[8]李发顺．"沉淀溶解平衡"教学与思考．化学教学，2012,( 9) : 31- 33．
论文作者:王孟
论文发表刊物:《中国教工》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/26
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