常鳳霞(西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院,四川 成都610041)
類比就是通過尋找與確定兩個(gè)(或兩類)不同對象之間的對應(yīng)關(guān)系,根據(jù)對其中一方的特征和規(guī)律的認(rèn)識來推測另一方的特征和規(guī)律。所謂類比方法,就是根據(jù)兩個(gè)對象或兩個(gè)事物的一些屬性相同或相似,猜測另一些屬性也可能相同或相似的思維方法。
類比方法的基本思維模式即由已獲得的知識去引出新的猜想。類比的具體過程是:通過對兩個(gè)不同的對象進(jìn)行比較,找出他們的相似點(diǎn),然后以此為依據(jù),把其中某一對象的有關(guān)知識或結(jié)論推移到另一對象中去。作為一種創(chuàng)造性的思維方法,將類比方法應(yīng)用于分析化學(xué)教學(xué)中可起到使知識體系系統(tǒng)化、幫助學(xué)生掌握其中的規(guī)律,學(xué)會“學(xué)習(xí)”,提高學(xué)生思考能力的重要作用。
配位滴定中各類副反應(yīng)對配位主反應(yīng)有重要的影響,為了便于處理各種因素對主反應(yīng)的影響,得到實(shí)際反應(yīng)體系中的穩(wěn)定常數(shù),須采用副反應(yīng)系數(shù)來闡明配位滴定的有關(guān)問題。而這一方法在氧化還原滴定、配位滴定中也被廣泛應(yīng)用。然而副反應(yīng)系數(shù)的計(jì)算繁雜、難度較高,學(xué)生初次接觸接受度低,應(yīng)用類比法將多種副反應(yīng)系數(shù)的計(jì)算公式統(tǒng)一,有利于學(xué)生快速掌握副反應(yīng)系數(shù)計(jì)算規(guī)律,消除學(xué)生對配位滴定相關(guān)計(jì)算的畏難和抵觸情緒。
以乙二胺四乙酸(Y)與金屬離子M 的反應(yīng)為主反應(yīng),其他與之有關(guān)的反應(yīng)為副反應(yīng)。反應(yīng)物的副反應(yīng)有四類,與Y有關(guān)的是Y與H+的酸堿反應(yīng)和Y與其他金屬N的配位反應(yīng),分別稱為酸效應(yīng)和共存離子效應(yīng);與M有關(guān)的是M與OH-的水解反應(yīng)和M與其他配體L的配位反應(yīng),分別稱為水解效應(yīng)和配位效應(yīng)。
對于Y 的酸效應(yīng)系數(shù),可將Y 類比為金屬離子,將H+視為配體,Y 與H+的反應(yīng)的累積質(zhì)子化常數(shù)可視為累積穩(wěn)定常數(shù)。因此Y 的酸效應(yīng)系數(shù)與M 的配位效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算具有類似的表達(dá)式:
其中,αY(H)為Y 的酸效應(yīng)系數(shù)為Y 的逐級累積質(zhì)子化常數(shù),[H+]為H+平衡濃度;αM(L)為M 的配位效應(yīng)系數(shù),β1…βn為M 與L 配位反應(yīng)的逐級累積穩(wěn)定常數(shù),n 為最高配位數(shù),[L]為配體L的平衡濃度。
由金屬N 離子引起的Y 的共存離子效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算公式為:αY(N)=1+KNY[N](3)
其中αY(N)為共存離子效應(yīng)系數(shù),KNY為NY的穩(wěn)定常數(shù),[N]為N 離子的平衡濃度。共存離子效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算表面上看與其他副反應(yīng)系數(shù)的計(jì)算不同,但是,對于N離子與Y的反應(yīng):
該反應(yīng)的平衡常數(shù)KNY也等于累積穩(wěn)定常數(shù)β1,因此,共存離子效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算也可為: αY(N)=1+β1[N](4)
表1 配位滴定副反應(yīng)系數(shù)中涉及的物質(zhì)及常數(shù)
將OH-視為一種配體,那么M的水解效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算與配位效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算方式是相同的:
其中,αM(OH-)為M的水解效應(yīng)系數(shù),β1…βn為M與OH-的逐級累積穩(wěn)定常數(shù),n為最高配位數(shù),[OH-]為OH-的平衡濃度。
通過類比以上副反應(yīng)系數(shù)計(jì)算公式,可得到副反應(yīng)系數(shù)計(jì)算的一般通式:
其中,X為主反應(yīng)的反應(yīng)物,Z為引起副反應(yīng)的干擾物質(zhì),X與Z發(fā)生副反應(yīng),αX(Z)為相應(yīng)的副反應(yīng)系數(shù),β1…βn為X與Z反應(yīng)的逐級累積穩(wěn)定常數(shù),n 為最高配位數(shù),[Z]為Z 的平衡濃度。對于四類配位反應(yīng)副反應(yīng)系數(shù)的計(jì)算,X、Z以及β對應(yīng)的物質(zhì)和常數(shù)列入表1中。
可以看出,只需掌握公式(6)即可解決各類型副反應(yīng)系數(shù)計(jì)算的問題,無需將四類副反應(yīng)系數(shù)分別記憶,在理解的基礎(chǔ)上,X、Z以及β也極容易分辨清楚,可減輕學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容的負(fù)擔(dān)。
綜上,將類比方法應(yīng)用于不同副反應(yīng)系數(shù)的對比,總結(jié)歸納了副反應(yīng)本質(zhì)特征,對將分析化學(xué)的問題由繁變簡是十分有利的手段,在分析化學(xué)教學(xué)中可多加利用。