相同pH醋酸鈉與碳酸氫鈉溶液濃度的大小比較

姚遠(yuǎn) 石小倩 楊旭東

摘要： 將醋酸鈉和碳酸氫鈉溶液的質(zhì)子守恒式聯(lián)立，確定相同pH范圍，導(dǎo)出一個(gè)二次函數(shù)解析式。推證表明，在相同pH下，這兩種溶液濃度大小比較存在著多種可能，并予以拓展，分析其中化學(xué)原因。不同文獻(xiàn)中碳酸的電離平衡常數(shù)不完全相同，將多組數(shù)據(jù)運(yùn)用Matlab作圖，亦可得到上述結(jié)論。同時(shí)指出理論推證與實(shí)驗(yàn)測(cè)定尚存在偏差。

關(guān)鍵詞： 醋酸鈉； 碳酸氫鈉； pH； 碳酸二級(jí)電離常數(shù)； Matlab

文章編號(hào)： 10056629（2023）05009107

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 引言

相同pH的醋酸鈉與碳酸氫鈉溶液濃度大小比較，實(shí)質(zhì)上是同濃度這兩種溶液堿性強(qiáng)弱的比較。葉望堯［1］通過(guò)多次合理近似計(jì)算得到的圖像分析、章新陽(yáng)［2］利用Excel對(duì)相同濃度的這兩種溶液pH的精確計(jì)算，均得出同濃度下兩種溶液的堿性強(qiáng)弱視濃度而定的結(jié)論。陳越峰、吳文中［3］利用Wolfram Mathematica得到這兩種溶液濃度與其pH之間的關(guān)系圖。另外，解決這一問(wèn)題，有的需要借助計(jì)算機(jī)軟件處理，有的計(jì)算尚不具有普適性［4， 5］。如何在課堂時(shí)空背景下，基于學(xué)生已有知識(shí)來(lái)解決這一教學(xué)特別是高考復(fù)習(xí)需要直面的問(wèn)題，筆者認(rèn)為數(shù)學(xué)方法是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

2 問(wèn)題的解決

2.1 相同pH的界定

因此，pH相同的醋酸鈉和碳酸氫鈉溶液在一定范圍內(nèi)比較復(fù)雜，濃度難以比較。

7 研究意義

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出：“在化學(xué)教學(xué)中，教師還應(yīng)重視跨學(xué)科內(nèi)容主題的選擇和組織……引導(dǎo)學(xué)生在更寬廣的學(xué)科背景下認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的規(guī)律，幫助學(xué)生拓寬視野，開(kāi)闊思路，綜合運(yùn)用化學(xué)和其他學(xué)科的知識(shí)分析解決有關(guān)問(wèn)題，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。［16］”化學(xué)作為一門(mén)“中心的、實(shí)用的、創(chuàng)造性的”科學(xué)，毋庸置疑有著豐富而深刻的內(nèi)涵，與其他學(xué)科間的交叉、融合在科學(xué)探索中日益凸顯。

文中兩種溶液濃度大小的比較，是溶液中各物理量綜合的結(jié)果，導(dǎo)出的二次函數(shù)解析式正是其具體表現(xiàn)形式。本文“另辟蹊徑”，用化學(xué)和數(shù)學(xué)融合的方法解決了這一問(wèn)題，無(wú)須借助計(jì)算機(jī)軟件處理且具有普適性，在課堂中可選擇性運(yùn)用，以此指向核心素養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，發(fā)展高階思維。

碳酸氫鈉作為中學(xué)化學(xué)中一種常見(jiàn)酸式鹽，有著鮮明的“特性”：理論上，pH在一定濃度范圍內(nèi)幾乎不變，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)表明pH在一定濃度范圍內(nèi)，又有隨濃度增加而下降的趨勢(shì)；不同濃度下，粒子濃度大小比較十分復(fù)雜。教師在授課和命題時(shí)應(yīng)予以高度的關(guān)注，不可想當(dāng)然，要遵從事實(shí)依據(jù)。同時(shí)以這份教學(xué)素材為契機(jī)，可引導(dǎo)學(xué)生深度挖掘，形成實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)批判精神和探究意識(shí)。

致謝：文中Matlab作圖得到我校周海梅老師的幫助，特此致謝。

參考文獻(xiàn)：

［1］葉望堯. 同濃度醋酸鈉溶液的堿性真的比碳酸氫鈉溶液強(qiáng)嗎［J］. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2014，（7）： 70～72.

［2］章新陽(yáng). 等濃度碳酸氫鈉和醋酸鈉兩種溶液的pH大小比較［J］. 化學(xué)教育（中英文）， 2016，（7）： 72～73.

［3］陳越峰， 吳文中. 微觀表征碳酸氫鈉溶液中的離子行為［J］. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2017，（6）： 43.

［4］田鐘華. 碳酸氫鈉溶液的堿性強(qiáng)于醋酸鈉嗎［J］. 高中數(shù)理化， 2011，（10）： 53.

［5］劉峰. 碳酸氫鈉與醋酸鈉酸堿性的比較［J］. 新課程學(xué)習(xí)（中）， 2021，（7）： 150.

［6］［美］J. A. 迪安主編. 魏俊發(fā)等譯. 蘭氏化學(xué)手冊(cè)［M］. 北京： 科學(xué)出版社， 2001： 3， 44.

［7］邵利民. 分析化學(xué)題解［M］. 北京： 科學(xué)出版社， 2019： 41， 29， 42.

［8］武漢大學(xué)主編. 分析化學(xué)（第6版）（上冊(cè)）［M］.北京： 高等教育出版社， 2016： 126.

［9］任雪明， 吳文中. 高中化學(xué)教學(xué)疑難問(wèn)題研析［M］. 杭州： 浙江教育出版社， 2015： 47， 167.

［10］吳文中. 二元弱酸強(qiáng)堿酸式鹽在水中的離子行為［J］. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2015，（7）： 50.

［11］王晶主編. 普通高中教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理·選擇性必修1［M］. 北京： 人民教育出版社， 2019： 121.

［12］王磊主編. 普通高中教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理·選擇性必修1［M］. 濟(jì)南： 山東科學(xué)技術(shù)出版社， 2019： 136.

［13］王祖浩主編. 普通高中教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理·選擇性必修1［M］. 南京： 江蘇鳳凰教育出版社， 2019： 87.

［14］孟長(zhǎng)功. 無(wú)機(jī)化學(xué)（第6版）［M］.? 北京： 高等教育出版社， 2018： 577.

［15］北京師范大學(xué)， 華中師范大學(xué)， 南京師范大學(xué)編. 無(wú)機(jī)化學(xué)（下冊(cè)）（第5版）［M］. 北京： 高等教育出版社， 2021： 626.

［16］中華人民共和國(guó)教育部制定. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 71.