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        質(zhì)子守恒演示儀

        2020-04-13 02:58:20曹雨晴
        關(guān)鍵詞:氫離子質(zhì)子水分子

        曹雨晴

        在高中化學(xué)教材《化學(xué)反應(yīng)原理》(人教版選修 4)中,需要學(xué)習(xí)水溶液中的離子平衡,其中,鹽類水解中的三大守恒(質(zhì)子守恒、電荷守恒和物料守恒)是很難掌握的一個知識點。如何熟練地將其書寫出來?理解是關(guān)鍵。

        傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)中,質(zhì)子守恒常常通過電荷守恒和物料守恒進行數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出,很多同學(xué)一知半解,更不容易記住。

        能否通過直觀的教具展示?我將磁性板和球棍模型進行改進,制作了質(zhì)子守恒演示儀。

        一、質(zhì)子(H+)守恒原理

        電解質(zhì)溶液中,分子或離子得到或失去質(zhì)子(H +)的物質(zhì)的量應(yīng)相等。例如, 在 NH 4HCO3 溶液中,H 3O+( 簡寫為H+)、H 2CO3 為得到質(zhì)子后的產(chǎn)物,NH3、OH –、CO32– 為失去質(zhì)子后的產(chǎn)物,因此,c(H+)+c(H2CO3)=c(NH3)+c(OH–)+c(CO32–)。

        在Na2CO3 溶液中,H+、HCO3 為得到一個質(zhì)子后的產(chǎn)物,H2CO3 為得到兩個質(zhì)子后的產(chǎn)物,OH– 為失去質(zhì)子后– 的產(chǎn)物,因此,c(H+)+c(HCO3 )+2c(H2CO3)=c(OH–)。

        二、研究思路

        根據(jù)質(zhì)子守恒原理,電解質(zhì)溶液中的弱離子(弱酸陰離子、弱堿陽離子)會奪取水分子中的氫離子或氫氧根離子,破壞水的電離平衡,從而產(chǎn)生質(zhì)子守恒。若事先把水分子有序排列,把水中的氫離子和氫氧根離子分成兩個區(qū)域,將得到質(zhì)子的物質(zhì)和質(zhì)子放在一個區(qū)域,得到氫氧根離子的物質(zhì)和氫氧根離子放在另一個區(qū)域,就可以形象地展示質(zhì)子守恒。

        三、設(shè)計制作

        質(zhì)子守恒演示儀由磁性畫寫板、磁性片切割組成的分子(或離子)模型組成,磁性畫寫板上覆蓋一層彩色噴繪,用 T 形虛線將其分割成 3 個區(qū)域(事實上溶液中的離子不會這樣排列),分別用淺紅色(表示氫離子區(qū)域)、淺藍(lán)色(表示氫氧根離子區(qū)域)、淺黃色(表示加入鹽的區(qū)域)表示。淺紅色底部印刷氫離子,淺藍(lán)色底部印刷與氫離子數(shù)量相等的氫氧根離子。

        磁性片切割組成的分子(或離子)模型包括水分子模型、CO32– 模型、HCO3– 模型、NH4+ 模型、鈉離子模型(根據(jù)需要可做成任何需要的離子模型)。

        四、示意圖

        1. 展示碳酸鈉溶液中的質(zhì)子守恒

        上圖可演示氫離子(質(zhì)子)、質(zhì)子的去向和氫氧根離子量的關(guān)系:c(H +)+c(HCO3–)+2c(H2CO3)=c(OH–)。

        2. 展示碳酸氫氨溶液中的質(zhì)子守恒

        在NH4HCO3 溶液中,NH4+ 和HCO3–既可以得到質(zhì)子又可以失去質(zhì)子,H3O+(簡寫為H+)、H2CO3 為得到質(zhì)子后的產(chǎn)物,NH3、OH–、CO32– 為失去質(zhì)子后的產(chǎn)物。因此,c(H+)+c(H2CO3)=c(NH3)+ c(OH–)+ c(C O 32–)。

        五、使用方法

        使用時,只需按照圖片事先放置好水分子,使水分子的氫離子和氫氧根離子分別朝向?qū)?yīng)區(qū)域,按照示意圖演示即可。

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