质子守恒演示仪
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质子守恒演示仪 发布于:2020/05/30
    在高中化学教材《化学反应原理》(人教版选修 4)中,需要学习水溶液中的离子平衡,其中,盐类水解中的三大守恒(质子守恒、电荷守恒和物料守恒)是很难掌握的一个知识点。如何熟练地将其书写出来?理解是关键。
  传统的学习中,质子守恒常常通过电荷守恒和物料守恒进行数学推导得出,很多同学一知半解,更不容易记住。
  能否通过直观的教具展示?我将磁性板和球棍模型进行改进,制作了质子守恒演示仪。
  一、质子(H+)守恒原理
  电解质溶液中,分子或离子得到或失去质子(H +)的物质的量应相等。例如, 在 NH 4HCO3 溶液中,H 3O+( 简写为H+)、H 2CO3 为得到质子后的产物,NH3、OH –、CO32– 为失去质子后的产物,因此,c(H+)+c(H2CO3)=c(NH3)+c(OH–)+c(CO32–)。
  在Na2CO3 溶液中,H+、HCO3 为得到一个质子后的产物,H2CO3 为得到两个质子后的产物,OH– 为失去质子后– 的产物,因此,c(H+)+c(HCO3 )+2c(H2CO3)=c(OH–)。
  二、研究思路
  根据质子守恒原理,电解质溶液中的弱离子(弱酸阴离子、弱碱阳离子)会夺取水分子中的氢离子或氢氧根离子,破坏水的电离平衡,从而产生质子守恒。若事先把水分子有序排列,把水中的氢离子和氢氧根离子分成两个区域,将得到质子的物质和质子放在一个区域,得到氢氧根离子的物质和氢氧根离子放在另一个区域,就可以形象地展示质子守恒。
  三、设计制作
  质子守恒演示仪由磁性画写板、磁性片切割组成的分子(或离子)模型组成,磁性画写板上覆盖一层彩色喷绘,用 T 形虚线将其分割成 3 个区域(事实上溶液中的离子不会这样排列),分别用浅红色(表示氢离子区域)、浅蓝色(表示氢氧根离子区域)、浅黄色(表示加入盐的区域)表示。浅红色底部印刷氢离子,浅蓝色底部印刷与氢离子数量相等的氢氧根离子。
  磁性片切割组成的分子(或离子)模型包括水分子模型、CO32– 模型、HCO3– 模型、NH4+ 模型、钠离子模型(根据需要可做成任何需要的离子模型)。
  四、示意图
  1. 展示碳酸钠溶液中的质子守恒
  上图可演示氢离子(质子)、质子的去向和氢氧根离子量的关系:c(H +)+c(HCO3–)+2c(H2CO3)=c(OH–)。
  2. 展示碳酸氢氨溶液中的质子守恒
  在NH4HCO3 溶液中,NH4+ 和HCO3–既可以得到質子又可以失去质子,H3O+(简写为H+)、H2CO3 为得到质子后的产物,NH3、OH–、CO32– 为失去质子后的产物。因此,c(H+)+c(H2CO3)=c(NH3)+ c(OH–)+ c(C O 32–)。
  五、使用方法
  使用时,只需按照图片事先放置好水分子,使水分子的氢离子和氢氧根离子分别朝向对应区域,按照示意图演示即可。作者:曹雨晴 来源:发明与创新·中学生
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