无机化学中“酸碱解离”教学内容的重构探讨

doi:10.3866/PKU.DXHX202307078

摘要/Abstract

摘要：

依据素质教育中知识-能力-素质有机融合的思想指导，对《无机化学》酸碱解离内容进行重组，构建新的课程设计模块。内容重组扩充为5个模块，包括电解质溶液基础、酸碱理论概述、酸碱强度、弱酸弱碱解离平衡和酸碱滴定与误差基本概念。教学内容的重构在保证基本面知识结构完整的前提下与时俱进，从专业能力方面促进学生发展。

关键词: 电解质, 酸碱理论, 酸碱平衡, 误差, 课程重组

Abstract:

Guided by the idea of an organic integration of knowledge, ability, and quality in quality-oriented education, the acid-base dissociation content in Inorganic Chemistry teaching is reorganized to construct a new curriculum design module. The restructured content expands into 5 modules, including electrolyte solution fundamentals, acid-base theory, acid-base strength, dissociation equilibrium of weak acids and weak bases, and fundamental concepts of acid-base titration and error. The reconstruction of the teaching content is progressive while ensuring a comprehensive foundation of knowledge, aiming to facilitate students' development in terms of professional abilities.

Key words: Electrolyte, Acid-base theory, Acid-base balance, Error, Curriculum restructuring

李淑妮, 翟全国, 王颖, 袁文玉, 张鹏, 胡满成, 高胜利. 无机化学中“酸碱解离”教学内容的重构探讨[J]. 大学化学, 2024, 39(1): 57-62.

Shuni Li, Quanguo Zhai, Ying Wang, Wenyu Yuan, Peng Zhang, Mancheng Hu, Shengli Gao. Exploration of the Reconstruction of "Acid-Base Dissociation" Teaching Content in Inorganic Chemistry[J]. University Chemistry, 2024, 39(1): 57-62.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202307078

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2024/V39/I1/57

图/表 3

表1

图1

表2

建议的“酸碱理论及反应”教学内容重构方案"

模块单元	内容及核心点	讲授设计策略	主要设计特点
1. 电解质溶液基础(线上学习)	内容：1.1电解质概念；1.2电解质溶液；1.3非缔合式电解质理论；1.4离子缔合；1.5电解质的活度；1.6电解质溶液的电导；1.7离子在溶液中的迁移；1.8锂电池中的电解质溶液历史事件回顾1. 电解质溶液体系活度系数的主要测定方法简介核心点：基本概念和定义的发展；电解质溶液的活度及活度系数	通过线上视频的方式学习，以发展史实简明扼要讲解，以酸碱学习中的实例引入活度和活度系数的初步概念	1.以背景问题提示引导学生带着问题学习；2.精选事例制表、图穿插，有利于阐释概念；3.精选事例，了解电解质溶液在化学化工以及其他领域的应用。凸显理论与实际相结合，培养科学素养(实践能力、创新能力)
2. 酸碱理论概述(1课时)	内容：2.1酸碱理论；2.2非水溶剂简介；2.3超强酸；2.4超强碱核心点：酸碱理论广度和深度的扩展；非水溶剂的拉平效应和区分效应；超强酸碱的定义、类型和应用	线下详讲：简史导读、明确概念；以不同实例图解了解超强酸碱的应用	设计酸碱概念-实例导图，例证解析-明确概念-思考题/例题讨论-明晰准确概念；从历史中凸显科学家的贡献，学习科学家的研究理念和思路
3. 酸碱强度(2课时)	内容：3.1质子酸的酸性强弱；3.2影响质子酸酸性的因素；3.3路易斯电子酸碱强度的量度核心点：酸碱强度的评判依据；酸强度的热力学讨论；酸碱强度的影响因素	线下详讲：精选事例制表、图穿插，有利于科学解析和阐释概念	培养学生建立思维方式、学科体系、学术体系、学科思维
3. 酸碱强度(2课时)	软硬酸碱原理的应用	专题讲座：软硬酸碱原理在各个领域的应用	结合已学知识，设问式提出解决方案，提高分析问题和解决问题的能力
4. 水溶液中弱酸、弱碱的解离平衡(2课时)	内容：4.1一元弱酸、弱碱的解离平衡；4.2一元弱酸弱碱水溶液化学平衡的计算；4.3同离子效应与盐效应；4.4酸碱平衡移动；4.5缓冲溶液；4.6酸碱指示剂核心点：H⁺浓度和OH⁻浓度计算的准确式、近似式和最简式	通过习题计算、提问、讨论，多方面理解溶液中的解离平衡	培养学生的理解力、思考力和判断力以及激发创造能力
4. 水溶液中弱酸、弱碱的解离平衡(2课时)	历史事件回顾2. 弱酸解离常数测定方法简介	专题讲座：结合实验讲解	各种方法测定pK_a的热力学方法或者实验的方法
5. 酸碱滴定和误差基本概念(线上学习)	5.1酸碱滴定分析；5.2滴定分析中的误差核心点：滴定的可行性、终点误差的计算	通过线上视频的方式学习，突出无机化学和分析化学之间的联系，通过实例讲解，帮助同学理解酸碱平衡；了解分析测试的不确定度来源及计算方法	培养学生的理解力、思考力和判断力以及激发创造能力；通过基础课培养学生科研素质
5. 酸碱滴定和误差基本概念(线上学习)	历史事件回顾3. 分析测试的不确定度简介		培养学生的理解力、思考力和判断力以及激发创造能力；通过基础课培养学生科研素质

表2

参考文献 22

1	Bayat M. ; Gheidari D. ChemistrySelect 2022, 7 (28),e202200774. doi: 10.1002/slct.202200774
2	Abdelgaid M. ; Mpourmpakis G. ACS Catal. 2022, 12 (8), 4268. doi: 10.1021/acscatal.2c00229
3	吴岩. 建设中国"金课" 中国大学教学, 2018, (12), 4.
4	Arrhenius, S. Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes. Ph. D. Dissertation, Uppsala University, Uppsala, 1884.
5	Olah G. A. ; Schlosberg R. H. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90 (10), 2726. doi: 10.1021/ja01012a066
6	Hammett L. P. ; Deyrup A. J. J. Am. Chem. Soc. 1932, 54 (7), 2721. doi: 10.1021/ja01346a015
7	Gillespie R. ; Peel T. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95 (16), 5173. doi: 10.1021/ja00797a013
8	Schlosser M. Pure Appl. Chem. 1988, 60 (11), 1627. doi: 10.1351/pac198860111627
9	Shriver, D.; Weller, M.; Overton, T.; Rourke, J.; Armstrong, F. A. Inorganic Chemistry, 6th ed.; W. H. Freeman and Company: New York, NY, USA, 2014; p. 126.
10	刘绍乾; 王稼国; 钟世安. 大学化学, 2018, 33 (4), 57. doi: 10.3866/PKU.DXHX201709043
11	Pearson R. G. Science 1966, 151 (3707), 172. doi: 10.1126/science.151.3707.172
12	Pearson R. G. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85 (22), 3533. doi: 10.1021/ja00905a001
13	Hu H. ; He H. ; Zhang J. ; Hou X. ; Wu P. Nanoscale 2018, 10 (11), 5035. doi: 10.1039/C8NR00350E
14	Klopman G. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90 (2), 223. doi: 10.1021/ja01004a002
15	Drago R. S. ; Wayland B. B. J. Am. Chem. Soc. 1965, 87 (16), 3571. doi: 10.1021/ja01094a008
16	戴安邦. 化学通报, 1978, (1), 26.
17	Pearson R. G. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107 (24), 6801. doi: 10.1021/ja00310a009
18	Parr R. G. ; Pearson R. G. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105 (26), 7512. doi: 10.1021/ja00364a005
19	王芳; 吕仁庆; 于剑峰; 张志庆. 大学化学, 2016, 31 (12), 792. doi: 10.3866/PKU.DXHX201604034
20	黄一珂; 邱晓航. 大学化学, 2016, 31 (11), 45. doi: 10.3866/PKU.DXHX201602004
21	崔建国. 大学化学, 1987, 2 (6), 21.
22	李改枝; 杜清华. 大学化学, 1996, 11 (4), 11. doi: 10.3866/PKU.DXHX19960404

液体超强酸(比例)	酸强度H₀	液体超强酸(比例)	酸强度H₀
HF	−10.2	FSO₃H-SO₃ (1 : 0.1)	−15.52
BF₃-H₂O (1 : 1)	−11.4	FSO₃H-AsF₅ (1 : 0.005)	−16.61
H₂SO₄	−11.93	FSO₃H-TaF₅ (1 : 0.2)	−16.7
H₂SO₄-SO₃ (1 : 0.2)	−13.41	FSO₃H-SbF₅ (1 : 0.05)	−18.24
HF-SbF₅ (1 : 0.008)	−13.5	HF-TaF₅	−18.85
ClSO₃H	−13.8	FSO₃H-SbF₅ (1 : 0.1)	−18.94
HF-SbF₅ (1 : 0.06)	−14.3	FSO₃H-SbF₅-3SO₃ (1 : 0.07)	−19.35
H₂SO₄-SO₃ (1 : 1)	−14.44	FSO₃H-SbF₅ (1 : 0.2)	−20
FSO₃H	−15.07	HF-SbF₅ (1 : 0.03)	−20.3
HF-SbF₅ (1 : 0.14)	−15.3	HF-SbF₅	−24.33

[1]	张岩, 曹晓燕, 李一鸣, 夏树伟, 包木太. 国内外物理化学教材对比研究——电解质溶液[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 303 -309 .
[2]	陈宇豪, 程卓, 胡其俊, 裴坚. 酸碱理论的发展历程[J]. 大学化学, 2025, 40(8): 368 -375 .
[3]	厉文辉, 朱昶硕, 崔欣宇, 赵晨飞, 邱丽娜, 李燕, 吴传东, 杨敏, 庄媛. 基于手机APP判断酸碱反应滴定终点的可视化分析[J]. 大学化学, 2025, 40(7): 328 -335 .
[4]	张欣然, 刘思旗, 陈钇池, 邹庆立, 徐庆红, 黄雅钦. 从蛋白质到储能材料——可食用的明胶果冻电解质[J]. 大学化学, 2025, 40(7): 255 -266 .
[5]	李佳旻, 仲文玥, 陈建成. “烯”君入瓮又入学——据元素周期表与酸碱理论谈烯烃教学[J]. 大学化学, 2025, 40(6): 177 -182 .
[6]	张旗, 杨泽芳, 李沁柯. 基于凝胶电解质的水系电池组装与性能研究创新实验设计[J]. 大学化学, 2025, 40(1): 324 -333 .
[7]	高文琪, 范晓艳, 王飞翔, 傅镯君, 张璟, 胡恩来, 宫培军. 基于锌空电池探究能斯特方程影响因素及固态锌空电池的应用[J]. 大学化学, 2024, 39(5): 98 -107 .
[8]	张晓武, 刘湃, 黄启燊, 庞树峰, 高志明, 张韫宏. 多相体系的酸碱解离平衡：气相的影响[J]. 大学化学, 2024, 39(4): 387 -394 .
[9]	曹飞亚, 王启新, 李濮, 幸志荣, 宋子钰, 张恒, 周志彬, 冯文芳. 基于格氏反应的镁离子电解液的合成与性质[J]. 大学化学, 2024, 39(3): 359 -368 .
[10]	江滔, 王钰婷, 高吕晋, 邹易, 朱博文, 陈丽, 李显增. 应用于全固态电池的复合固态电解质的制备实验设计——综合化学实验教学探究[J]. 大学化学, 2024, 39(2): 371 -378 .
[11]	张东东, 漆红兰, 张成孝. 分析化学中的不确定度及其降低策略探讨[J]. 大学化学, 2024, 39(12): 361 -368 .
[12]	邵利民, 李娜. 从电荷平衡式出发对酸碱滴定曲线与终点误差的统一处理与讨论[J]. 大学化学, 2024, 39(11): 365 -373 .
[13]	苏铁军. 沉淀滴定终点误差的计算公式及应用——以莫尔法为例[J]. 大学化学, 2024, 39(11): 384 -387 .
[14]	赵婷, 李盼盼, 王旭. 宏观非平衡超分子自组装综合实验[J]. 大学化学, 2024, 39(1): 126 -133 .
[15]	李伟, 李鑫, 贾树恒, 白海鑫, 赵士举, 吴璐璐, 张海燕, 范彩玲. Python在酸碱滴定分析教学中的应用[J]. 大学化学, 2024, 39(1): 377 -385 .