《利用思维模型分析水溶液中的离子平衡曲线》教学设计-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学教学设计聚焦水溶液中离子平衡曲线分析这一难点，以2020年新课标高考题导入，衔接化学平衡知识，通过“看各点、判变化、做分析”构建思维模型，搭建从理论到解题的学习支架。 该资料以高考题驱动模型建构，通过变式训练优化“曲线交点分析、K值计算”等思维路径，深化平衡观与微粒观（化学观念），培养基于图像数据的证据推理能力（科学思维）。实例中交叉点Ka计算教学，助学生突破难点，为教师提供可复制的素养导向教学模式。

利用思维模型分析水溶液中的离子平衡曲线 【学情分析】 溶液中的平衡是继化学平衡之后的内容，这部分内容是高中化学的难点，以新情境切入的水溶液中的图像题目，考点多数关联数学计算，综合性强，考查了学生的综合素养。这部分内容需要学生掌握一定的理论基础，运用平衡移动的原理解决问题，会进行溶液中微粒关系的分析（粒子大小比较和溶液中三个守恒），灵活度较高，涵盖面广泛，学生难以突破，所以大部分学生对这种类型的题充满畏惧。 【教学目标】 ①构建学生对平衡曲线的认知模型，深化学生的平衡观，能主动有意识地运用平衡移动原理分析和解决具体问题。对化学反应溶液中的微粒变化关系和平衡关系的分析，深化了学生的微粒观、变化观、守恒观。 ②研究曲线的交点，构建 K 值计算的模型。 ③利用问题情境和问题驱动，引导学生从数学视角进行化学图像转换的推理，建构解决这类问题的数形结合模型。 【教学重点与难点】 重点：利用思维模型分析离子平衡曲线 难点：利用思维模型分析离子平衡曲线 【教法与学法】 教法：多角度启发、引导法、图解法，讲解法等 学法：分析讨论、归纳总结等 【教学过程设计】 ①分析高考题，初步建立滴定曲线和分数分布曲线的分析模型 ②根据思维模型的建构，进行变式训练的应用 ③根据变式训练的应用，进行思维模型的优化 ④课堂检测进行评价 【教学过程】 【环节一】引入高考题，初步建立滴定曲线和分数分布曲线的分析模型 【2020年新课标高考题】以酚酞为指示剂，用0.1000 mol·L−1的NaOH溶液滴定20.00 mL未知浓度的二元酸H2A溶液。溶液中，pH、分布系数随滴加NaOH溶液体积VNaOH的变化关系如图所示。[比如A2−的分布系数：]下列叙述正确的是（ ） A．曲线①代表，曲线②代表 B．H2A溶液的浓度为0.2000 mol·L−1 C．HA−的电离常数Ka=1.0×10−2 D．滴定终点时，溶液中 【学生活动】设置问题，学生分析讨论 ①看图横纵坐标代表什么量？曲线①②什么走向？曲线③代表的是什么？ ②看滴定起点，突变时横纵坐标的重要数据有哪些？ ③看图像中交叉点代表什么？横纵坐标的重要数据有哪些？ 【学生分析】 ①图像中是双纵坐标，左边纵坐标代表粒子分数分布，右边纵坐标代表PH，横坐标代表NaOH溶液体积，根据图像，曲线①代表的粒子的分布系数随着NaOH的滴入逐渐减小，曲线②代表的粒子的分布系数随着NaOH的滴入逐渐增大；曲线③代表的是滴定曲线。 ②图像中滴定起点，没有加入NaOH时，pH为1，说明c(H+)=0.1000mol/L；滴定曲线突变，横坐标NaOH溶液体积是40mL，此时曲线②代表的粒子达到最大值接近1，说明说明当加入40.00mLNaOH溶液时，酸和碱恰好完全反应。 ③图像中交叉点表示曲线①代表的粒子和曲线②代表的粒子分布相同，说明两个粒子浓度相等。 【选项分析】 A. 起点没有加入NaOH时pH为1，c(H+)=0.1000mol/L, 因 c(H2A)=0.1000mol/L，c(H+)=c(H2A)说明H2A第一步完全电离，第二步部分电离，曲线①代表δ(HA-)，曲线②代表δ(A2-)，A错误。 B.当加入40mLNaOH溶液时，溶液的pH发生突变，此时曲线②代表的粒子达到最大值接近1；说明当加入40.00mLNaOH溶液时，酸和碱恰好完全反应。根据反应2NaOH+H2A=Na2A+2H2O，c(H2A)=0.1000mol/L，B错误。 C.图中曲线①和②出现交点时δ(HA-)=δ(A2-)，即c(HA-)=c(A2-)，此时PH=2，则HA-的电离平衡常数Ka= c(A2-)×c(H+)/c(HA-) ≈1×10-2，C正确。 D.根据电荷守恒，用酚酞作指示剂，酚酞变色pH范围为8.2~10，终点时溶液呈碱性，c(OH-)＞c(H+)，溶液中的电荷守恒为c(Na+)+c(H+)=2c(A2-)+c(HA-)+c(OH-)，则c(Na+)＞2c(A2-)+c(HA-)，D错误。 【思维模型的建构】 （1）利用酸碱滴定突变时酸碱恰好反应，计算碱的体积。 （2）利用c(H2A)与起点的PH判断H2A的电离程度，判定微粒曲线。 （3）利用交叉点等值关系，结合电离方程式求Ka。 【老师点评】这道题是考查滴定曲线与分布分数曲线的综合题，难度较大，要学会把综合图像拆分成两个图像，注意题中是双纵坐标，左边纵坐标代表粒子分数分布，右边纵坐标代表pH，本题的难点是要找线的变化趋势和关键点，判断H2A的电离，根据pH的突变和粒子分数分布的变化确定H2A的电离方程式为H2A=H++A2-，HA-⇌H++A2-，要注意图像中δ(HA-)=δ(A2-)时溶液的pH≠5，而是pH=2。 【环节二】根据思维模型的建构，进行变式训练的应用 【变式训练1】用0.10的NaOH溶液分别滴定20.00mL浓度为c1的醋酸、c2的草酸(H2C2O4)溶液，得到如图滴定曲线，其中c、d为两种酸恰好完全中和的化学计量点。下列说法错误的是（ ） A．由滴定曲线可判断：c1＞c2 B．滴定过程中始终有n(CH3COOH)=0.02c1+n(OH-)-n(H+)-n(Na+) C．若a点V(NaOH)=7.95 mL，则a点有c(Na+)＞c(C2O)＞c(HC2O)＞c(H2C2O4) D．两种酸恰好完全中和时，皆可用酚酞和甲基橙做指示剂 【学生活动】引导学生根据下列提示，结合所学知识分析选项。 ①如何根据滴定曲线判断几元酸？ ②酸碱滴定过程，酸碱滴定，指示剂如何选择？溶液存在哪些守恒关系？滴定草酸和醋酸依次发生什么反应？ 【学生分析】 A.根据滴定曲线突变次数，X曲线出现两次突变，说明X曲线是判断NaOH滴定二元酸H2C2O4，Y曲线出现一次突变，说明Y曲线是判断NaOH滴定一元酸草酸。c点V(NaOH)=10.60mL,H2C2O4+2NaOH=Na2C2O4+2H2O，得出c2=0.1×10.60×10-3/2×20.00×10-3=0.0265mol/L;d点V(NaOH)=17.20mL,CH3COOH+NaOH=CH3COONa+H2O，得出c1=0.1×17.20×10-3/20.00×10-3=0.086mol/L,c1>c2,A正确。 B.NaOH滴定醋酸的过程中存在电荷、物料和质子守恒。电荷守恒为n(H+)+n(Na+)=n(OH-)+n(CH3COO-)，物料守恒为n(CH3COO-)+n(CH3COOH)=0.02c1,电荷与物料相加得到n(H+)+n(Na+)+n(CH3COOH)=n(OH-)+0.02c1，移式得到n(CH3COOH)=0.02c1+n(OH-)-n(H+)-n(Na+)，B正确。 C.NaOH滴定草酸依次发生的反应H2C2O+OH-=HC2O+H2O,HC2O+OH-=C2O+H2O，c点V(NaOH)=10.60mL恰好反应，第一步反应消耗V(NaOH)=5.30mL，a点V(NaOH)=7.95 mL，a点到c点消耗的V(NaOH)=2.65 mL,计算得知a点为1：1HC2O和C2O混合溶液，此时溶液显酸性，说明为HC2O的电离程度大于HC2O和C2O的水解程度，a点有c(Na+)＞c(C2O)＞c(HC2O)＞c(H2C2O4)，C正确。 D.根据滴定终点溶液的酸碱性，溶液显酸性选择甲基橙，显碱性选择酚酞。c、d两点溶液都显碱性，都应该选择酚酞做指示剂，D错误。 【变式训练2】向0.1 mol/L二元弱酸H2A溶液中逐滴滴加0.1 mol/L NaOH溶液，溶液中H2A、HA-、A2-的物质的量分数δ(X)随pH的变化如图所示[已知δ(X)=] 下列叙述错误的是( ) A.pH=1.2时,c(H2A)=c(HA-) B.lg[K2(H2A)]=-4.2 C.pH=2.7时,c(HA-)>c(H2A)=c(A2-) D.pH=4.2时,c(HA-)=c(A2-)=c(H+) 【学生活动】引导学生分析下面的问题。 图中交叉点的定量关系，横坐标几个特殊的数值计算电离平衡常数。 【学生分析】图中出现3个交叉点，当PH=1.2时，c(H2A)=c(HA-) ；当PH=2.7时，c(H2A)=c(A2-)；当PH=4.2时，c(A2-)=c(HA-)。 A.当PH=1.2时，c(H2A)=c(HA-)，A正确。 B.当PH=4.2时，c(A2-)=c(HA-)，K2(H2A)=c(H+)×c(A2-)/c(HA-)=10-4.2，lg[K2(H2A)]=-4.2，B正确。 C.当PH=2.7时，c(HA-)>c(H2A)=c(A2-)正确。 D.pH=4.2时,c(HA-)=c(A2-),根据电荷恒,c(H+)=c(OH-)+c(HA-)+2c(A2-), c(H+)>c(HA-)=c(A2-) 【环节三】【模型优化】 第一步“看各点”：看图像中一些重要的点，坐标轴的原点，曲线的起点、终点、交叉点、极值点、转折点、突变范围等。 第二步“判变化”：分析曲线的变化趋势，弄清楚pH变化原因、微粒分数的变化、斜率大小与升降。 第三步“做分析”：联想平衡理论，借助守恒关系，判断离子浓度关系，根据曲线中特殊的点或数据进行平衡常数的计算。 【环节四】【课堂检测】 【检测1】（2021·江西高三二模）已知25℃时，向0.100mol·L-1的H3PO4溶液中滴加NaOH溶液，各含磷微粒的分布系数δ随pH变化的关系如图所示。下列说法不正确的是（ ） A．在0.1mol/LNaH2PO4中存在c(Na+)>c(H2PO4-)>c(HPO42-)>c(H3PO4) B．当pH=7.1时，溶液中c(Na+)>3c(H2PO4-)+3c(PO43-) C．甲基橙的变色范围为3.1~4.4，若以甲基橙为指示剂，当溶液由红色变为橙色时，主要反应的离子方程式为H2PO4-+OH-=HPO42-+H2O D．25℃，pH=3时溶液中=0.1 【答案】C 【检测2】常温下，用的盐酸分别滴定20.00mL浓度均为三种一元弱酸的钠盐溶液，滴定曲线如图所示。下列判断错误的是（ ） A．该溶液中： B．三种一元弱酸的电离常数： C．当时，三种溶液中： D．分别滴加20.00mL盐酸后，再将三种溶液混合： 【课堂反思】 本节课利用高考题，建立起分析这类曲线的思维模型，并利用模型来解决问题。利用这种方式，让问题简单化，让学生可以慢慢的突破这种问题。但是还存在不足：因为时间有限，本节课主要通过分析滴定曲线和分数分布曲线建立思维模型，离子平衡曲线还有其他类型的曲线，需要增加学生此类题目的训练。 学科网（北京）股份有限公司 $