鈕樹芳，楊 丹，薄彧坤，安 明

(包頭醫(yī)學院藥學院，內(nèi)蒙古 包頭 014040)

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分析化學中酸堿溶液pH計算的教學方法體會

鈕樹芳，楊 丹，薄彧坤，安 明

(包頭醫(yī)學院藥學院，內(nèi)蒙古 包頭 014040)

分析化學是醫(yī)藥院校檢驗、藥學、制藥工程和生物技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,溶液的pH計算公式多、運算推理復雜，學生難于理解和記憶；方法和結(jié)果：針對不同溶液的pH計算的內(nèi)容共性和個性，通過歸納總結(jié)、類比、案例分析的教學方法，舉一反三，突出重點，突破難點，激發(fā)了學生的學習興趣；結(jié)論：在教學時數(shù)縮減而不減少教學內(nèi)容的情況下，有效調(diào)動學生學習主動性，取得良好的教學效果。

分析化學；pH計算；教學方法；體會

分析化學是醫(yī)藥院校醫(yī)學檢驗、衛(wèi)生檢驗、藥學、制藥工程和生物技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,是研究物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學信息分析方法及理論的一門學科[1]。酸度是溶液中最基本和最重要的因素，因為許多化學反應都是在一定的酸度下進行的，而在酸堿滴定過程中，更需要了解溶液的pH變化情況[2]。因此，溶液中[H+]的計算具有重要的理論和實際意義。

“酸堿溶液[H+]的計算”這一節(jié)教學內(nèi)容，一直以來，公式多、大量繁瑣復雜的數(shù)學運算、嚴謹?shù)倪壿嬐评?，不便于學生理解和記憶[3]。尤其是隨著我國高等學校教育課程體系改革的推進，分析化學的授課時數(shù)不斷縮減[4]，因此，用較少的課時保證甚至提高教學質(zhì)量，為學生后續(xù)的學習打下堅實的基礎(chǔ)，筆者結(jié)合自已在分析化學教學工作的實踐和經(jīng)驗，就如何突出重點和突破難點提出自已的一些見解和體會。

1 酸堿溶液[H+]計算的總體思路

酸堿反應的實質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移。當酸堿反應達到平衡時，酸所失去的質(zhì)子數(shù)與堿得到的質(zhì)子數(shù)相等。依據(jù)這一原則： ①列出溶液的質(zhì)子條件式；②將酸的分析濃度ca和解離平衡常數(shù)Ka(或堿的分析濃度cb和解離平衡常數(shù)Kb)值代入質(zhì)子條件式；③整理得出計算[H+]的精確式；④根據(jù)具體情況將精確式進行簡化處理，可得近似式或最簡式[5-6]。

2 各類溶液[H+]的計算

2.1 一元弱酸溶液[H+]的計算

以弱酸HA(濃度為camol·L-1，解離平衡常數(shù)Ka)為例，其溶液的質(zhì)子條件式為：

[H+]=[A-]+[OH-]

溶液中的H+來自于兩部分，即HA與H2O的離解。利用平衡常數(shù)將上式中各項寫成[H+]的函數(shù)，則有

[H+]2=Ka[HA]+Kw

精確式：[H+]3+Ka[H+]2-(caKa+Kw)-KaKw=0

上式為計算一元弱酸H+濃度的精確公式。由于數(shù)學處理較麻煩，實際工作中也沒有必要精確求解。因此，一般做如下近似處理：

(1)當Ka、ca均不太小時(caKa≥20Kw)，忽略水的離解(即忽略Kw)。

[H+]2≈Ka[HA]=Ka(ca-[H+])

整理后得：[H+]2+Ka[H+]-caKa=0

(2)當酸極弱，即caKa<20Kw，但濃度不是太小，即ca/Ka≥500，可忽略酸的解離，[HA]≈ca，溶液中的H+主要來源于H2O的離解，不能忽略H2O的解離。將[HA]≈ca代入式[H+]2=Ka[HA]+Kw中并整理得：

(3)當caKa≥20Kw，且ca/Ka≥500時，酸的解離和水的離解對總濃度的影響均可忽略。

2.2 多元弱酸溶液[H+]的計算

以二元弱酸H2A(濃度為camol·L-1，解離平衡常數(shù)分別為Ka1、Ka2)為例，其溶液的質(zhì)子條件式為：

[H+]=[HA-]+2[A2-]+[OH-]

將平衡常數(shù)和濃度代入質(zhì)子條件式并整理得：

2.3 各類弱堿溶液[OH-]的計算

對于各類堿溶液中[OH-]的計算，與相應酸溶液的[H+]的計算相同，只需將上式中的[H+]、Ka和酸的濃度ca用[OH-]、Kb和堿的濃度cb代替。

如一元弱堿：

多元弱堿參照多元弱酸，在此不再贅述。

2.4 兩性溶液[H+]的計算

2.5 緩沖溶液[H+]的計算

緩沖溶液是一種能對溶液的酸度起穩(wěn)定(緩沖)作用的溶液。假設(shè)緩沖溶液是由弱酸HA及其共軛堿NaA組成，它們的濃度分別為cHA和cA-。

溶液的質(zhì)量平衡式：[HA]+[A-]=cHA+cA-

[Na+]=cA-

溶液的電荷平衡式：[Na+]+[H+]=[A-]+[OH-]

將[Na+]=cA-代入電荷平衡式，得：

[A-]=cA-+[H+]-[OH-]

將上式代入質(zhì)量平衡式，得：[HA]=cHA-[H+]+[OH-]

由弱酸解離平衡常數(shù)得計算緩沖溶液H+濃度的精確計算式：

若溶液呈酸性(pH<6)時，可忽略[OH-]，得近似計算式：

若溶液呈堿性(pH>8)時，可忽略[H+]，得近似計算式：

若酸、堿分析濃度較大，即cHA?[OH-]-[H+]，cA-?[H+]-[OH-]時，得到計算緩沖溶液H+濃度的最簡式

3 結(jié)論及案例解析

(1) 抓住只要記住一元弱酸這一具有典型性代表的基本公式，便能舉一反三地記住一元弱堿和多元酸堿溶液pH計算公式，教學效果良好。

(2)計算各類酸(堿)水溶液pH：首先要判斷是酸溶液還是堿溶液，若是酸溶液，要計算[H+]，若是堿溶液，要計算[OH-]，再計算pH；其次要用條件判別式判斷，再選擇相應的公式計算。

案例1：計算0.10 mol·L-1NH4Cl溶液的pH。

解析：NH4Cl為強酸弱堿鹽，溶液顯酸性， NH4+的Ka=5.7×10-10。

用條件式判斷：caKa>20Kw，ca/Ka>500，可用最簡式計算

pH=5.12

案例2：計算0.50 mol·L-1NaAc溶液的pH。

用條件式判斷：cbKb>20Kw，cb/Kb>500，可用最簡式計算：

pOH=4.77

pH=pKw-pOH=14.00-4.77=9.23

案例3：計算0.20 mol/L鄰苯二甲酸溶液的pH。

解析：鄰苯二甲酸Ka1=1.12×10-3，Ka2=23.90×10-6。

pH=1.83

(5) 緩沖溶液的緩沖容量與緩沖溶液的總濃度(cHA+cA-)和緩沖比(cA-/cHA)有關(guān)。緩沖溶液的總濃度越大，緩沖容量越大；緩沖溶液的緩沖比越接近1，緩沖容量越大。作為一般控制酸度的緩沖溶液，因緩沖劑本身的濃度較大，對計算結(jié)果也不要求十分準確，通常采用最簡式進行計算。

[1] 李發(fā)美.分析化學.7版[M].北京:高等教育出版社,2011,8:1-2.

[2] 毋福海.分析化學.2版[M].北京:高等教育出版社,2015,1:89.

[3] 陳翠蓮,孫莉娜.《分析化學》pH值計算的教學方法改革[J].漳州職業(yè)技術(shù)學院學報,2009,11(1):65-67.

[4] 孫靜,李思,陳嘉曦. 對醫(yī)學院校分析化學教學中存在問題的思考[J].廣州化工,2016,44(5):187-188.

[5] 胡琴.分析化學(案例版).2版[M].北京:科學出版社,2016(6):45.

[6] 劉林.酸堿溶液的質(zhì)子條件及其應用[J].阿壩師范高等?？茖W校學報,2015,32(3):124-126.

Experience of Teaching Method of pH Calculation in Acid-base Solution in Analytical Chemistry

NIUShu-fang,YANGDan,BOYu-kun,ANMing

(Department of Pharmacy, Baotou Medical College, Inner Mongolia Baotou 014040, China)

In laboratory medicine,pharmacy, pharmaceutical engineering and biotechnology professional，Analytical Chemistry is an important professional basic course. There are more formulas and complex mathematical operations of pH calculation in solution of Analytical Chemistry,which are difficult for students to understand and remember. According to the character and individuality of different solutions for pH calculation, the teaching methods of induction, analogy and example analysis were applied for students drawing inferences about other cases from one instance. It could give prominence to emphasis and overcome difficulties,to have stimulated students’ interest in learning. In the case of teaching hours reduced without reducing teaching content, the students’ learning linitiative were inspired effectively,and the better teaching effect was obtained.

analytical chemistry; pH calculation; teaching method; experience

鈕樹芳(1972-)，女，碩士，副教授，主要從事中蒙藥化學及分析化學教學研究。

O651

A

1001-9677(2016)020-0189-03