摘要：文章利用pH傳感器探究了溫度對(duì)三種鹽溶液pH的影響，得出了鹽溶液pH和pOH隨溫度的變化規(guī)律。分析利用pH表征溶液酸堿性的局限性，厘清學(xué)習(xí)過(guò)程產(chǎn)生的迷思概念。

　　關(guān)鍵詞：pH傳感器;pH和pOH與溫度的關(guān)系;鹽溶液的酸堿性;迷思概念

　　一、問(wèn)題的提出

　　鹽的水溶液并非都顯中性，而且酸性或堿性的強(qiáng)弱也不相同，這是因?yàn)橛行�鹽溶入水溶液之后，它們電離出來(lái)的陰陽(yáng)離子會(huì)破壞純水中[H+]與[OH-]的等量關(guān)系，發(fā)生水解反應(yīng)，從而使得其溶液顯示一定的酸堿性。實(shí)驗(yàn)表明，強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽溶液呈中性，強(qiáng)酸弱堿鹽溶液呈酸性，強(qiáng)堿弱酸鹽溶液呈堿性。

　　鹽類水解的逆反應(yīng)是中和反應(yīng)，故而得出鹽類水解是一個(gè)吸熱反應(yīng)。根據(jù)平衡移動(dòng)原理，即溫度越高，水解程度越大。例如用純堿溶液清洗油污時(shí)，由于升溫可以促進(jìn)碳酸鈉的水解，使其溶液中[OH-]增大，加熱可以增強(qiáng)其去油污力。那么隨著溫度升高，溶液中的pH如何變化。經(jīng)查閱資料，筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得到了碳酸鈉溶液隨著溫度升高，其溶液的pH逐漸減小，即溶液中的[H+]增大的結(jié)論。其他的鹽溶液也有這樣的現(xiàn)象嗎?鹽溶液隨著溫度升高，溶液中[H+]與[OH-]都增大，那么溶液的酸堿度如何變化呢?

　　二、實(shí)驗(yàn)探究

　　1.實(shí)驗(yàn)儀器和藥品。

　　實(shí)驗(yàn)儀器：智能手機(jī)、pH溫度檢測(cè)APP、pH傳感器、溫度傳感器、可加熱磁力攪拌器、250mL燒杯、50mL燒杯。實(shí)驗(yàn)藥品：0.1mol/L碳酸鈉溶液、0.1mol/L氯化鈉溶液、0.1mol/L氯化銨溶液。

　　2.實(shí)驗(yàn)裝置。

　　將裝有鹽溶液的燒杯置于磁力加熱攪拌器上，并放入小磁子，把溫度和pH傳感器插入溶液中。再將pH傳感器與智能手機(jī)相連，點(diǎn)擊啟動(dòng)pH溫度檢測(cè)APP，此時(shí)測(cè)定的溫度和pH的變化實(shí)時(shí)在智能手機(jī)屏幕上以曲線的形式顯示出來(lái)。

　　3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

　　(1)配制0.1mol/L的Na2CO3、NaCl、NH4Cl溶液各150mL，然后放入冰箱，使其溶液的溫度降低，以便能采集更大溫度范圍的數(shù)據(jù)。(2)用量筒量取25mL0.1mol/L碳酸鈉溶液倒入100mL燒杯中，并放入磁力攪拌子，將燒杯置于可加熱磁力攪拌器上，開(kāi)啟電源、加熱按鈕，并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

　　(3)用濾紙將pH傳感器(蒸餾水洗凈)和溫度傳感器擦干凈后插入燒杯中，打開(kāi)手機(jī)軟件。(4)開(kāi)啟可加熱磁力攪拌器，勻速攪拌。啟動(dòng)后，采集溶液pH和溫度數(shù)據(jù)。(5)重復(fù)以上操作，分別采集0.1mol/LNaCl溶液和0.1mol/LNH4Cl溶液在不同溫度下的pH值.

　　4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論。

　　將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表格中，得到pH-T曲線。由于pH探頭測(cè)量溶液的溫度范圍是0℃-80℃，所以只能得到這個(gè)溫度范圍的測(cè)量數(shù)據(jù)。查閱不同溫度下溶液的Kw值，根據(jù)pOH=pKwpH，得到三種鹽溶液在不同溫度下的pOH值，通過(guò)Excel自動(dòng)生成圖線功能，可以得到同等溫度下三種鹽溶液的pOH隨溫度的變化曲線。

　　對(duì)于強(qiáng)堿弱酸鹽Na2CO3溶液的pH和pOH都隨溫度的增大而減小，即溶液中[H+]和[OH-]濃度是隨溫度的升高逐漸增大。這是因?yàn)楫?dāng)溶液溫度升高時(shí)，溫度對(duì)溶液中存在的兩個(gè)主要的平衡體系均有影響。一個(gè)是碳酸根離子的水解平衡：CO32-+H2O⇋HCO3-+OH-，溫度升高會(huì)促進(jìn)水解，使得溶液中的OH-濃度增大，pOH減小;一個(gè)是H2O的電離平衡：H2O⇋OH-+H+，溫度升高，促進(jìn)電離，使得溶液中H+濃度增大，所以溶液的pH減小。但是不論溫度怎么變，溶液中一直有pOH[H+]，所以溶液一直呈堿性，而且因?yàn)閇OH-]隨溫度升高而增大，所以溶液的堿性增強(qiáng)。

　　對(duì)于強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽NaCl溶液的pH和pOH值也隨溫度的升高而同等程度減小。即溶液中[H+]和[OH-]濃度隨溫度的升高同步地逐漸增大。這是因?yàn)镹aCl溶液中只存在水的電離平衡：H2O⇋OH-+H+，溫度升高，促進(jìn)電離，但是[OH-]和[H+]是同等程度增大的，所以溶液不論溫度如何變化，始終有[OH-]=[H+]。因此，溶液的pH值雖然隨著溫度升高而減小，但是溶液一直呈中性。

　　強(qiáng)酸弱堿鹽NH4Cl溶液的pH和pOH值也是隨著溶液溫度的升高而降低，即溶液中[H+]和[OH-]隨溫度的升高而增大。這是因?yàn)闇囟葘?duì)NH4Cl溶液存在兩個(gè)平衡體系均有影響。銨根離子的水解平衡：NH4++H2O⇋NH3∙H2O+H+，溫度升高，促進(jìn)水解，使得溶液中的[H+]增大，pH減小。水的電離平衡：H2O⇋OH-+H+，溫度升高，促進(jìn)電離，[OH-]增大，pOH減小。但是不論溶液溫度如何變化，始終有pH[OH-]，所以溶液一直呈酸性，而且溫度升高，酸性增強(qiáng)。

　　三、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

　　為了方便表示溶液的酸堿度，在中學(xué)化學(xué)課程中引入了用pH表示酸堿度的方法，但是用pH表示溶液酸堿度有諸多條件限制，一般只能表示在常壓和室溫(25℃左右)下溶液的酸堿度。學(xué)生由于受思維定式的影響，很容易對(duì)溶液pH的大小和溶液的酸堿性的強(qiáng)弱關(guān)系發(fā)生混亂，會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為pH增大，就是堿性增強(qiáng)，pH減小，溶液的酸性增強(qiáng)，而忽略了溫度、壓力和濃度對(duì)pH的影響，從而產(chǎn)生迷思概念。比如學(xué)習(xí)了鹽類水解的知識(shí)后，溫度升高，根據(jù)平衡移動(dòng)理論，Na2CO3溶液的堿性增強(qiáng)，那么學(xué)生會(huì)很容易錯(cuò)誤地認(rèn)為溶液的pH隨溫度的升高而增大，如果通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)pH減小的現(xiàn)象，會(huì)感到驚訝。

　　本文選取了中學(xué)常見(jiàn)的三種鹽溶液：強(qiáng)堿弱酸鹽Na2CO3溶液、強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽NaCl溶液、強(qiáng)酸弱堿鹽NH4Cl溶液的pH分別隨溫度的變化，可以看出，不管是何種鹽溶液，它們的pH都隨溫度的升高而不同程度的降低，但是切不可認(rèn)為溶液的堿性減弱或者酸性增強(qiáng)。此外，筆者對(duì)0.1mol/LNaHCO3溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溶液的溫度逐漸上升時(shí)，溶液的pH值有微弱的上升趨勢(shì)。這可能是因?yàn)樵贜aHCO3溶液中的HCO3-同時(shí)存在電離和水解的過(guò)程，溫度的變化對(duì)水解和電離的影響程度不同造成的。當(dāng)溶液溫度改變時(shí)，pH值不便于表示溶液的酸堿度。判斷溶液酸堿性的變化，首先比較[H+]和[OH-]的相對(duì)大小，再判斷溶液中[H+]和[OH-]的變化趨勢(shì)。

　　當(dāng)溶液中始終有[H+]=[OH-]時(shí)，無(wú)論溶液中的[H+]和[OH-]是增大還是減小，溶液一直是中性;當(dāng)[H+]>[OH-]時(shí)，[H+]增大，溶液酸性增強(qiáng)，反之減小;當(dāng)[H+]<[OH-]時(shí)，溶液中[OH-]增大，堿性增大，反之減小。綜上所述，一般升高溶液的溫度，正鹽溶液的pH值都會(huì)不同程度地減小，但是強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽溶液一直呈中性;強(qiáng)堿弱酸鹽溶液堿性增強(qiáng);強(qiáng)酸弱堿鹽溶液酸性增強(qiáng)。

　　四、對(duì)教學(xué)的啟示

　　中學(xué)化學(xué)中鹽類的水解是落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于“變化與平衡”核心素養(yǎng)的重要載體，同時(shí)可以幫助學(xué)生強(qiáng)化水溶液中微粒觀的建構(gòu)，使其認(rèn)識(shí)到微粒的運(yùn)動(dòng)和微粒之間的相互作用是有驅(qū)動(dòng)性和競(jìng)爭(zhēng)性的，并且外界條件的改變對(duì)它們的影響程度可能會(huì)有所不同。在教學(xué)中教師要重視學(xué)科概念的建立過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生探究概念的內(nèi)涵和外延，摒棄為了單純提高學(xué)生解題能力而直接拋給學(xué)生現(xiàn)成結(jié)論的做法。只有這樣，當(dāng)在以后的學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)某些問(wèn)題時(shí)，學(xué)生才會(huì)有探究的思路和興趣。

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　　在新課改逐漸推進(jìn)的時(shí)代，傳統(tǒng)高中化學(xué)教學(xué)缺陷日益凸顯，下面文章就首先對(duì)此展開(kāi)介紹，在傳統(tǒng)教學(xué)缺陷基礎(chǔ)上，探究高中化學(xué)教學(xué)過(guò)程中面臨的壓力，在壓力前提下，高中化學(xué)教學(xué)需要不斷改革創(chuàng)新，這樣才能應(yīng)對(duì)其中出現(xiàn)的問(wèn)題，文章也是從目前基本的化學(xué)教學(xué)狀況出發(fā)，對(duì)高中化學(xué)教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)時(shí)性的創(chuàng)新與改革有著非常重要的意義。