运用酸碱质子理论判断盐类水解后溶液酸

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摘要：盐类的水解是高中化学教学中的重点和难点，尤其是学生运用水解的知识解决酸式盐溶液的酸碱性、缓冲溶液中离子浓度大小的比较等方面有所困难。本文从酸碱电离理论和质子理论对盐类水解概念的分析对比入手，分析质子理论在讨论盐类水解后溶液酸碱性的判断方法，辅例以质子理论解决盐类水解的几个典型问题，从而揭示酸碱反应的本质。关键词：盐类水解；质子理论；溶液的酸碱性在酸碱的概念描述中，人教版化学教材必修1中，从电离出的阴、阳离子的角度定义了酸和碱。该定义维度下的酸和碱，其实就是阿伦尼乌斯电离理论中的酸和碱。这种理论应用广泛且易于初学者接受，加之pH概念的引入，酸碱的强度得以量化。但是，这种理论只能在酸碱的水溶液中使用，对那些不溶于水却能表现出酸碱性的物质，阿伦尼乌斯理论不能对其进行分析。例如，气态的NH3在这种理论中就不是碱了，因为它不能直接电离出OH－。布朗斯特和劳里提出的质子酸碱理论，弥补了一些阿伦尼乌斯理论中的不足。质子酸碱理论认为，能接受质子(H+)的物质是碱，能提供质子的物质是酸。酸提供质子后成为它的共轭碱；碱接受质子后成为它的共轭酸。酸碱质子理论使得酸碱概念及酸碱反应的范围扩大化，同时摆脱了酸碱反应必须发生在水中的局限性，解决了非水溶液或气体间的酸碱反应，并把在水溶液中进行的弱电解质的电离(解离)、酸碱中和反应、盐类水解等反应概况为一类反应，即质子传递式的酸碱反应。本文从质子传递的角度入手，对比电离理论和质子理论对盐类水解有关问题的分析；选取盐类水解问题中用电离理论分析遇到的困惑点，架构质子理论来解决盐类水解的有关问题，并对教学和习题进行反思。一、电离理论和质子理论对比分析盐类的水解人教版化学教材选修4《化学反应原理》中，把盐与水发生的作用叫做盐类的水解，即强酸弱碱盐和强碱弱酸盐溶于水时，电离产生的阳离子、阴离子可分别与水电离产生的OH－或H+生成弱电解质——弱酸或弱碱。根据此概念，下表对比了NH4Cl溶液和Na2CO3溶液在电离理论和质子理论角度下水解过程。根据电离理论NH4Cl完全电离，电离出的NH4+结合水分子电离出的OH－，从而促进了水的电离，溶液中H+浓度大于OH－浓度，使溶液呈酸性。根据质子理论，NH4+就是酸，能电离出质子即H+，与H2O为H3O+，如此看水解反应，就是酸碱反应的一种类型。因为酸碱反应的实质就是质子在酸和碱之间的传递，NH4Cl的水解反应即是作为酸的NH4+和作为碱的H2O之间发生的质子传递过程。Na2CO3的水解用电力理论和质子理论解释区别不大。以上对比分析说明，酸碱质子理论中的强碱弱酸盐的水解与电离理论类似。但是，强酸弱碱盐的水解则不同。在电离理论中强酸弱碱盐溶液的酸性来自于H2O电离出的H+，而酸碱质子理论中强酸弱碱盐溶液的H2O起着结合质子的作用，溶液的酸性则来自于溶质中的阳离子水解给出的质子。二、利用质子理论分析盐类水解的几个典型问题1.分析正盐溶液的酸碱性人教版化学教材选修4《化学反应原理》第四章第三节第一部分的科学探究中，从学生比较熟悉的盐类物质入手，引导学生通过实验并运用归纳法分析盐类的组成与盐溶液酸碱性的对应关系，然后用电离理论解释酸碱性的成因，环环相扣，由表及里，课堂组织十分方便。若借助酸碱质子理论分析酸碱性，也能够十分快速直观的得出结论，甚至对盐溶液呈现出不同酸碱性会有更加本质的理解。如教材“科学探究”部分关于溶液的酸碱性，可设置如下的对比分析。NaCl、Na2SO4是既不能给出质子又不能接受质子的物质为非酸非碱物质，溶液呈中性；Na2CO3、NaHCO3、CH3COONa中，阴离子都能接受质子，属于碱，溶液呈碱性；NH4Cl、(NH4)2SO4中，阳离子能给出质子，属于酸，溶液呈酸性。酸碱质子理论更深层次地揭示了酸碱的本质，更加直观的说明本节内容引言部分“Na2CO3俗称纯碱，明明是盐，却要称作碱”的原因，有利于学生形成从物质间的内在联系层面上理解酸碱。2.分析酸式盐溶液的酸碱性关于酸式盐溶液的酸碱性，在日常学习中往往只能以实验事实为依据，通过测定盐溶液的酸碱性来归纳和判断，是一种基于事实性知识的教学，学生往往陷入孤立的死记硬背当中去。质子理论可以运用共轭酸碱的电离平衡常数大小的定量关系，引领学生形成酸式盐(两性物质)溶液的酸碱性判断的一般方法，从而形成联系的知识体系，是一种观念上、方法上的教学。例：已知H2CO3的ka1＝4.30×10^-7；ka2＝5.61×10^-11，计算kb(HCO3－)，并判断NaHCO3溶液的酸碱性(其中ka1、ka2表示碳酸的第一级，第二级酸式电离，kb表示HCO3－的碱式电离)。解：根据酸式电离的定义，求出碱式电离常数如下：由于kb(HCO3－)ka2，故NaHCO3的碱式电离强于酸式电离，溶液呈碱性。在酸碱质子理论中酸和碱具有同一性，互为存在条件，在一定条件下又朝着与自己相反的方向转化，这是符合唯物辩证法的。在共轭酸碱对中，酸的强度越大，其共轭碱的强度越小；碱的强度越大，其共轭酸的强度越小。3.分析不同弱酸盐溶液的碱性强弱例：已知HClO，CH3COOH，HNO2都是弱酸，其电离常数ka分别为3.0×10^-8，1.8×10^-5，4.6×10^-4。请计算其共轭碱ClO－，CH3COO－，NO2－的电离常数kb，分析并验证0.1mol·L－1的NaClO，CH3COONa，NaNO2溶液pH的大小顺序。即0.1mol·L－1的NaClO，CH3COONa，NaNO2溶液的pH大小顺序为：NaClOCH3COONaNaNO2。4.分析等物质的量浓度、等体积的共轭酸、共轭碱混合液的酸碱性例：将等物质的量浓度、等体积的CH3COOH和CH3COONa溶液混合，分析并验证混合后溶液的酸碱性。若是将等量的HCN和NaCN混合呢？(已知ka(CH3COOH)=1.8×10^-5，ka(HCN)=5.0×10^-10)。解：上述分析可知，ka(CH3COOH)=1.8×10^-5，kb(CH3COO－)=5.56×10^-10；kakb，即等物质的量的溶液混合，以共轭酸的电离为主，溶液呈酸性；若换成将等量的HCN和NaCN混合，ka(HCN)=5.0×10^-10，kb(HCN)=2.0×10^-5，即等物质的量的溶液混合，以共轭碱的电离为主，溶液呈碱性。在中学化学学习过程中，经常会涉及缓冲溶液的酸碱性，以及缓冲溶液中有关离子浓度的大小判断，其中最关键的问题是要分析判断出溶液的酸碱性。酸碱电离理论中对于相关问题解决办法述是“相比中和反应，水解的趋势是微弱的”，会让人误认为等物质的量的弱酸与对应的盐(如CH3COOH和CH3COONa)相混合以后其溶液一定呈酸性，而等物质的量的弱碱与对应的盐(如NH3·H2O和NH4Cl)混合则会呈碱性。以上的判断对上述２个具体的例子是正确的，但是并不代表可将上述结论推广为一般规律，如我们在本例中，等物质的量浓度的HCN和NaCN的混合溶液呈碱性。酸碱质子理论可以非常迅速的通过比较ka和kb的相对大小判断缓冲溶液的酸碱性，这是电力理论不可比拟的地方。当然，溶液的酸碱性不仅与酸碱的电离常数有关，还与酸碱的浓度有关，如，将CH3COOH和CH3COONa的按照不同的物质的量浓度混合，混合溶液可以呈酸性、碱性，也可以呈中性。三、对教学和试题的反思盐类的水解是高中化学教学中的重点和难点，尤其是学生运用水解的知识解决酸式盐溶液的酸碱性、缓冲溶液中离子浓度大小的比较等方面有所困难。酸碱质子理论作为酸碱电离理论的延伸，不仅定义具有通俗易懂的特点，而且其共轭酸碱对间的关系更是揭示了酸碱反应的实质。学生利用共轭酸碱对电离平衡常数的定量关系，可以很好地解决上述问题。因此在教学过程中尝试以酸碱质子理论对盐类水解进行教学，具有实际的参考意义。参考文献[1]骆无忌,马洪明.盐类水解促进了水的电离吗？[J]中学化学教学参考，(6):77.[2]王春芳.“酸碱质子理论”在高中化学教学中的应用[J]中学化学教学参考，(6):21.[3]方高飞.教材做加法学业做减法[J]化学教育，(3):30.[4]杨帆，陈璐，姚建萍.以盐类水解为例谈大学与中学化学教学的衔接[J]化学教育，(5):44.[5]化学原理补正.有关盐类简单水解反应的讨论[EB/OL]

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