资源简介

醋酸电离平衡随温度的变化
一、使用教材
人民教育出版社高中《化学》选择性必修一。
二、实验器材
仪器：pH计，恒温槽装置，5mL移液管，重蒸馏水，小烧杯，100ml容量瓶、玻璃棒。
药品:
HAc溶液(1
mol·L-1,已经标定准确浓度)。
三、实验创新要点
1.探究性实验验证已有知识，串联已有知识进行分析；
2.一次实验数据多次应用，充分发掘实验的潜能；
3.实时生成所需数据和对应图像，数形结合进行具象化分析。
四、实验原理/实验设计思路
测定不同温度或不同浓度醋酸溶液的pH值。
醋酸的电离程度有多个衡量指标，可以用电离平衡常数、电离度，对于等浓度的醋酸溶液还可以用pH值。由于电离平衡常数的测定需要非常精密的条件且一定温度范围内其数值随着温度的变化并不明显，容易存在较大误差。因此在本实验中我们使用pH值和电离度来表示醋酸的电离程度，并用pH和电离度的相对大小来评价平衡的移动方向。
本实验中设计到的数据较多，因此采用绘制pH-T图来对比醋酸的电离程度随温度的变化。
五、实验教学目标
教学目标
1.
通过初步测定醋酸的电离平衡常数分析平衡常数随温度的变化趋势引导学生提出问题，发展质疑精神；
2.
联系已有知识进行分析实验结果，发展学生的证据推理能力；
3.
设计实验验证自己的猜想，发展学生的实验探究和创新精神的素养；
4.
通过对于两次实验数据的综合分析得到结论，打破了理论和实践的壁垒，发展学生辩证认识的能力；
5.
通过实验数据与图像的转化发展学生数形结合的思想。
评价目标
1.
通过定量测定平衡常数，诊断并发展学生实验探究水平（定量水平）；
2.
通过分析醋酸电离平衡常数随温度的变化评价学生的分析和发现问题的能力（宏观现象、微观认识）；
3.
通过设计实验方案诊断学生对于化学实验设计模型的理解程度（视角水平、内涵水平）；
4.
通过尝试解释醋酸平衡常数随温度的变化和后续对于浓度影响实际平衡常数的解释评价学生运用知识进行迁移的能力。
六、实验教学内容
用pH计测定不同温度不同浓度的醋酸溶液的pH值，并绘制对应的pH-T、a—T曲线。
七、实验教学过程
【提出问题】
课堂上我们总结规律“一般情况下，越热越电离，越稀越电离。”即弱电解质的电离平衡随温度的升高正向移动且电离度增大，那么这句话是否适用于所有的情况呢？可否用实验验证呢？
【实验验证一】醋酸溶液pH的测定
测定不同温度下0.1mol/L醋酸溶液的平衡常数——pH计法
测定不同浓度醋酸溶液在不同温度（用恒温箱）下的pH值，数据填入表格1。
电脑上的表格即时生成对应的数据和图像（见图1），直观化数据。
表格
1
图1
发现：醋酸的解离度随温度的变化分为三段（1）随温度的上升平衡常数下降；（2）在某一温度区间呈平坦，基本不随温度变化；（3）随温度的上升平衡常数下降。
【推理猜想】
1.原有结论依据：电离是一个断键吸热的过程；
2.联系已有知识：
1）
氯化钠在水中电离的过程是断裂钠离子和氯离子间离子键和形成水合钠离子和水合氯离子的过程（见图2）；
图
2
2）
N、O、F原子与H原子间易形成氢键（见图3）。
图
3
3.推理猜想：
1）
醋酸分子的电离并不是单纯的断键形成离子的过程，形成水合离子的过程是成键放热的过程，因此醋酸分子的电离不一定是一个放热过程；
2）
氢键的断裂也需要吸收热量，但氢键断裂所需要吸收的热量受到温度和浓度的影响；温度越高分子间存在的氢键越少，断裂所需热量越少，此吸热过程对于总过程的影响越小。
4.寻找依据：
1）
不同温度下醋酸分子电离的焓变（见表2）
温度（℃）
绝对温度（K）
△H（kJ/mol）
5
278
+2.75
15
288
+1.15
25
298
-0.573
35
308
-1.80
45
318
-2.81
55
328
-3.77
表格2
2）
醋酸的氢键键能20.29kJ/mol。
文献：醋酸的电离平衡常数随温度的变化分为三段（见图4）
图4
3）
初步推论：
当温度较低时，醋酸分子间形成大量氢键且醋酸分子的电离是一个吸热过程，此时电离平衡常数随温度的升高而增大；
当温度逐渐升高，醋酸分子的电离过程变为放热过程，分子间的氢键逐渐减少，因此整个过程吸收和放出的热量基本相互抵消，平衡常数随温度的变化不明显；
当温度继续升高，醋酸分子间的氢键由于高温基本断裂，整个过程的热效应取决于醋酸分子电离的热效应——此时为放热过程，因此电离平衡常数随温度升高而下降。
【实验验证二】
1.验证结论：
1)
随着醋酸溶液浓度的下降由于分子间氢键的减少出现平台和下降的趋势会前移（画不同浓度下的pH-T和a-T图）；
2)
不同浓度下的K-T图有相同趋势。
2.实验步骤
1)
测定不同浓度醋酸溶（0.1mol/L）液的pH值；（填入表3）
2)
计算解离度值，绘出曲线。
表3
图5
从图五可以看出，随着浓度的减小pH-T图右移，且两种图像都体现了随着温度的升高等浓度的醋酸溶液解离度随着温度有先增大后减小的趋势。
【作出结论】
一般情况下在一定浓度和温度范围内，醋酸的电离平衡常数随温度的升高而上升；
但由于电离本身的热效应和断裂氢键吸热两因素的相互制约会出现相反的结果。
【理论分析】
分析教材中的理想情况和实际情况的差别；
理想情况
只考虑分子内部的共价键断裂；认为电离均是吸热过程。
实际情况
电离的过程还涉及分子间氢键的断裂和水合离子的形成；电离过程不全是吸热过程。
【素养培养】
1.
化学是一门以实验为基础的学科，用理论来不断解释和匹配实验结果，要尊重实际；
2.
理论的理想条件和实际的现实情况之间往往存在着较大的差距，要能够综合运用已有知识对现实的情况做出分析解释；
3.
要有质疑精神和科学探究的精神，在探究过程中培养证据推理意识和逻辑推理能力。
八、实验效果评价
1.装置简单，一次数据多次分析；
利用常见的中学一起——pH计和恒温水槽完成了定量测定醋酸电离平衡常数的实验，用表格和图像对数据进行多角度的分析，对已有的知识进行质疑和探究。
2.
即时生成图像，强化数形结合思想提升逻辑思维能力；
转数据为图像，直观展示醋酸电离程度随温度和浓度的变化进行探究，直观形象。
3.以项目式学习的形式进行实验探究，培养学生科学探究的能力与创新意识。
从实验中提出问题，用已有知识进行推理，又用实验验证猜想，再从中发现问题，最后用验证的知识进行解释。整个实验教学过程层层递进，不断发展学生发现问题、逻辑分析、证据推理的能力和素养。
4.符合新高考“学科落地”的趋势
在近年来的高考题中出现了不少“反常规”的实验结论，如电解氯化钠溶液负极同时产生氯气、氧气等，可见当下的高中的学习和评价有着从纯理论且理想的环境中脱离出来，使得我们所有的学科不再是“无用之学”，不再是“纸上谈兵”。实质上也是在帮助学生综合运用自己的已有知识，做到理论和实践结合运用。
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