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      探究如何能盡可能多的減少粉筆末

      2018-10-30 10:35:02仲凱音
      祖國 2018年17期
      關(guān)鍵詞:強(qiáng)酸硫酸鈣銨鹽

      摘要:通過實驗研究粉筆的主要成分,并判斷其溶解性,確定其在何種溶液中溶解度大,借此解決平常粉筆制造及使用過程中粉筆末多的問題,并提出黑白擦制作與應(yīng)用方法。

      關(guān)鍵詞:粉筆 硫酸鈣 強(qiáng)酸 銨鹽

      一、提出問題

      目前粉筆廣泛應(yīng)用于教學(xué)活動,而使用時產(chǎn)生的粉筆末卻隨空氣進(jìn)入老師及前排學(xué)生的呼吸道,不利于健康,并且給值日生造成很大的困難,因此我提出如何可以使粉筆盡量少的產(chǎn)生粉筆末,便利教學(xué)活動,并有利于師生身體健康。

      二、實驗確定粉筆主要成分及其在各種物質(zhì)中溶解情況

      (一)定性分析

      1.研磨粉筆,使其成粉末狀。

      2.配成溶液。

      3、取上層溶液倒入三個試管中,標(biāo)號A、B、C。

      4.分別向四個試管中加入氫氧化鋇、碳酸鈉、鹽酸觀察現(xiàn)象。

      5.確定粉筆主要成分為硫酸鈣。

      6.再取上層溶液倒入四支試管中,分別加入鹽酸、醋酸、醋酸銨,硫代硫酸鈉,觀察現(xiàn)象。

      7.硫酸鈣在鹽酸、醋酸銨溶液、硫代硫酸鈉溶液中溶解性較強(qiáng)。

      (二)定量分析

      三、實驗原理解釋

      (一)粉筆的成分

      粉筆是由硫酸鈣的水合物(俗稱生石膏)制成。也可加入各種顏料做成彩色粉筆。在制作過程中把生石膏加熱到一定溫度,使其部分脫水形成熟石膏,后將熟石膏加水?dāng)嚢璩珊隣?,灌入模型凝固而成。生石膏變成熟石膏的反?yīng)為(加熱):

      CaSO4·2H2O=CaSO4·H2O+H2O

      熟石膏加水變成生石膏的反應(yīng)為(常溫):

      CaSO4·H2O+H2O=CaSO4·2H2O

      硫酸鈣是白色單斜結(jié)晶或結(jié)晶性粉末。無氣味。有吸濕性。128℃失去1分子結(jié)晶水,163℃全部失水。溶于酸、硫代硫酸鈉和銨鹽溶液,溶于400份水,在熱水中溶解較少,極慢溶于甘油,幾乎不溶于乙醇和多數(shù)有機(jī)溶劑。相對密度2.32。有刺激性。通常含有2個結(jié)晶水,自然界中以石膏礦形式存在。硫酸鈣可用作磨光粉、紙張?zhí)畛湮?、氣體干燥劑以及醫(yī)療上的石膏繃帶,也用于冶金和農(nóng)業(yè)等方面。

      (二)硫酸鈣溶于酸

      根據(jù)鹽效應(yīng)理論,加入酸后,除鈣離子與硫酸根離子以外的其它離子都不能形成沉淀。同時,由于離子強(qiáng)度增加,離子間的相互牽制作用加強(qiáng),使得鈣離子與硫酸根離子在硫酸鈣表面碰撞的幾率降低,硫酸鈣的沉淀變得更加困難,增加了硫酸鈣的溶解度。而且,由于硫酸根離子可與氫離子結(jié)合為硫酸氫根離子,生成硫酸氫鈣(易溶于水)使硫酸鈣的溶解度增加。

      (三)硫酸鈣溶于醋酸銨溶液

      根據(jù)鹽效應(yīng)原理:

      醋酸銨是強(qiáng)電解質(zhì),在水中完全電離CH3COONH4=CH3COO-+NH4+硫酸鈣屬微溶物質(zhì),微電離CaSO4=Ca2++SO42-SO42-與NH4+形成的硫酸銨極易溶于水,因此促進(jìn)了硫酸鈣的電離,使得CaSO4=Ca2++SO42-的反應(yīng)向右,硫酸鈣的溶解度增大。

      (四)硫酸鈣溶于硫代硫酸鈉溶液

      硫代硫酸鈉,又名大蘇打、海波,為單斜晶系白色結(jié)晶粉末,易溶于水,不溶于醇,用于分析試劑等,用途非常廣泛。化學(xué)式:Na2S2O3,比重1.667,受熱易分解。

      絡(luò)合(Complexation)是電子對給予體與電子接受體,互相作用而形成各種絡(luò)合物的過程。給予體有原子或離子,不論構(gòu)成單質(zhì)或化合物,凡能提供電子對的物質(zhì);接受體有金屬離子和有機(jī)化合物。分子或者離子與金屬離子結(jié)合,形成很穩(wěn)定的新的離子的過程就叫絡(luò)合反應(yīng),也成配位反應(yīng)。

      硫代硫酸鈉具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力,它的水溶液能溶解鹵素,能跟溴化銀形成絡(luò)合物,反應(yīng)式:AgBr+2Na2S2O3=NaBr+Na3[Ag(S2O3)2],AgBr+2Na2S2O3=NaBr+Na3[Ag(S2O3)2]。硫酸鈣溶于硫代硫酸鈉溶液正是利用了絡(luò)合反應(yīng),Ca離子作為絡(luò)合物中心原子,生成硫代硫酸鈣,可以溶解。

      四、理論應(yīng)用

      一塊黑板擦長12cm,寬5.5cm,高1.5cm,材料為毛氈(主要是羊毛和化纖合成),如果能將黑白擦用海綿制成,在每次使用前放在濃度較低醋酸銨的溶液中,再去擦黑板,可以減少產(chǎn)生粉筆末且易于清洗,簡單用水沖洗即可。

      參考文獻(xiàn):

      [1]張英鋒,張永安.新〈高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)〉提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的理念[J].教育學(xué)報,2004,(11):40-45.

      [2]肖雁.運(yùn)用聯(lián)合試驗設(shè)計法確定鹽效應(yīng)適宜條件的研究[D].河北工業(yè)大學(xué),2004.

      [3]潘曉梅,肖國民,楊志才.鹽效應(yīng)數(shù)學(xué)模型及鹽效分離過程綜述[A].第七屆全國精細(xì)化學(xué)品化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C],2004.

      [4]楊林.金屬絡(luò)合反應(yīng)的簡介[DB/OL].上海輕工業(yè)研究所有限公司研發(fā)中心,2016-03-28.

      (作者簡介:仲凱音,山東省濟(jì)南市山東省實驗中學(xué)16級33班,學(xué)生。)

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