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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),2023/5/23 Tuesday,#,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),2023/5/23 Tuesday,#,從計(jì)算中領(lǐng)悟,說說,NaHCO,3,溶液,20,多年前的一堂課,課題：討論,NaHCO,3,和,Na,2,CO,3,溶液中粒子濃度大小和等量關(guān)系,我頭腦中產(chǎn)生的疑惑：,過程,(1),與過程,(2),應(yīng)該是相互促進(jìn)的兩個(gè)過程，會(huì)造成,H,2,CO,3,和,CO,3,2,的濃度增大,NaHCO,3,=Na,+,+HCO,3,(1)HCO,3,=H,+,+

2、CO,3,2,(2)HCO,3,+H,2,O,=H,2,CO,3,+OH,20,多年前的一堂課,(NaHCO,3,溶液中的離子熱力學(xué)行為,),(1),c,(H,+,),c,(OH,)=,K,w,水的電離平衡,(2),c,(H,+,)+,c,(Na,+,)=,c,(OH,)+,c,(HCO,3,)+2,c,(CO,3,2,),電荷守恒,(3),c,(Na,+,),=,c,(HCO,3,)+,c,(HCO,3,)+2,c,(CO,3,2,),物料守恒,(4),c,(H,+,),c,(HCO,3,)/,c,(H,2,CO,3,)=,K,1,碳酸一級(jí)電離平衡,(5),c,(H,+,),c,(CO,3,

3、2,)/,c,(HCO,3,)=,K,2,碳酸二級(jí)電離平衡,(6),c,(Na,+,),=0.1mol/L(,已知條件,NaHCO,3,溶液濃度,),未知數(shù)：碳酸根離子,氫氧根離子,碳酸氫根離子,氫離子,碳酸分子,鈉離子,NaHCO,3,溶液中粒子濃度大小比較結(jié)果,分析化學(xué)中有關(guān)酸式鹽,pH,計(jì)算方法,濃度,(mol/L),碳酸根粒子濃度,(mol/L),pC,0.000001,8.61476E-10,9.0648,0.00001,2.49666E-08,7.6026,0.0001,6.63381E-07,6.1782,0.001,1.02714E-05,4.9884,0.01,0.00011

4、0668,3.9560,0.1,0.00111569,2.9525,0.2,0.00223239,2.6512,0.3,0.00334909,2.4751,0.4,0.0044658,2.3501,0.5,0.0055825,2.2532,1.0,0.011166,1.9521,已知,K,sp(CaCO,3,)=,2.810,-9,NaHCO,3,溶液能否與,CaCl,2,溶液反應(yīng),預(yù)測(cè),NaHCO,3,溶液常溫是否分解,濃度,(mol/L),碳酸分子濃度,(mol/L),pC,0.000001,1.1767E-07,6.9293,0.00001,4.71919E-07,6.3261,0.00

5、01,1.86835E-06,5.7285,0.001,1.21389E-05,4.9158,0.01,0.000112681,3.9481,0.1,0.00111772,2.9517,0.2,0.00223442,2.6508,0.3,0.00335112,2.4748,0.4,0.00446783,2.3499,0.5,0.00558453,2.2530,1.0,0.011168,1.9520,CO,2,在水中的氣液相平衡,氣液相,平衡：氣體與液體,接觸，氣體溶解在液體中，造成一定的溶解度,，同時(shí),溶于液體中的氣體，作為溶質(zhì)必然產(chǎn)生一定的分壓。當(dāng)溶質(zhì)產(chǎn)生的分壓和氣相中該氣體的分壓相等時(shí)，達(dá)

6、到氣液平衡。對(duì)于大多數(shù)氣體的稀溶液，氣液間的平衡關(guān)系滿足,Henry,定律,(,在等溫等壓下，某種揮發(fā)性溶質(zhì)在溶液中的溶解度與液面上該溶質(zhì)的平衡壓力成正比,),。即在一定溫度下，溶液中溶解,CO,2,的總濃度取決于與其平衡,時(shí),CO,2,分壓,P(,CO,2,),，根據(jù),Henry,定律下列關(guān)系恒成立：,c,(H,2,CO,3,),=,K,H,P(,CO,2,),依據(jù)空氣中,CO,2,的體積分?jǐn)?shù)約為,0.03%(,P(,CO,2,),10,3.5,),，計(jì)算,c,(H,2,CO,3,),=,1.0210,5,與雨水中碳酸濃度約為,1.4210,5,接近。,NaHCO,3,溶液常溫分解,熱力學(xué),

7、計(jì)算,NaHCO,3,溶液常溫分解,熱力學(xué),計(jì)算,NaHCO,3,溶液常溫分解研究,為什么,NaHCO,3,可以作為食品發(fā)酵粉（膨松劑）,？,NaHCO,3,與,Na,2,CO,3,溶液可以用,CaCl,2,溶液鑒別嗎？,光合作用實(shí)驗(yàn)中為什么采用,NaHCO,3,溶液為,碳源,？,NaHCO,3,溶液常溫分解,證據(jù),1,實(shí)驗(yàn),在燒杯中加入過量,NaHCO,3,并滴入酚酞靜置，溶液顏色加深，說明,pH,升高，在沸水浴中加熱后，溶液堿性增強(qiáng)，紅色溶液顏色加深。,NaHCO,3,溶液常溫分解,證據(jù),1,實(shí)驗(yàn),在盛有蒸餾水的錐形瓶中加入固體,NaHCO,3,固體，使用,pH,傳感器測(cè)定,pH,的變化曲

8、線,NaHCO,3,溶液常溫分解,證據(jù),2,實(shí)驗(yàn),在盛有蒸餾水的錐形瓶中加入固體,NaHCO,3,固體，使用,CO,2,傳感器測(cè)定,CO,2,濃度，發(fā)現(xiàn)二氧化碳濃度逐漸升高，一段時(shí)間,升溫,后，,CO,2,濃度顯著升高。,NaHCO,3,溶液常溫分解,證據(jù),3,取,NaHCO,3,溶液常溫分解一段時(shí)間后的溶液，用一定濃度的鹽酸進(jìn)行滴定，獲取滴定曲線，依據(jù)滴定曲線計(jì)算,NaHCO,3,溶液分解率為,58.8%,NaHCO,3,溶液常溫分解,證據(jù),4,1.,課題研究背景,郝柏林院士曾經(jīng)指出“,物理學(xué)的三大支柱是,實(shí)驗(yàn)、形式理論和計(jì)算”,。在化學(xué)界，,過去,形式理論一般不為物理化學(xué)之外的其它化學(xué)二級(jí)

9、學(xué)科認(rèn)識(shí)，,人們,往往樂于,接受“實(shí)驗(yàn)”的結(jié)果，即化學(xué),往往,只認(rèn)可實(shí)驗(yàn)這一支柱,。,1998年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),授予美國科學(xué)家科恩(Walter Kohn)和英國科學(xué)家,波普爾,(John A.Pople)，以表彰他們?cè)诹孔踊瘜W(xué)領(lǐng)域作出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。這代表了,整個(gè)化學(xué)界對(duì)理論化學(xué)學(xué)科地位的重新認(rèn)識(shí),;,“化學(xué)的兩大支柱是,實(shí)驗(yàn)和形式理論”的時(shí)代已經(jīng)來臨,，化學(xué)領(lǐng)域“計(jì)算”也正在成為支柱之中。,中學(xué)化學(xué)教育,的很多疑難問題和實(shí)驗(yàn)缺乏,計(jì)算,推理和,理論,指導(dǎo),，比較多的依賴主觀想象和經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)，未能真正解決問題。虛假和錯(cuò)誤的認(rèn)知和實(shí)驗(yàn),對(duì)化學(xué)教育影響較大,。,致力于學(xué)生核心素養(yǎng)的提升，教師素養(yǎng)是關(guān)鍵

10、。在這種新形勢(shì)下，優(yōu)化提升高中化學(xué)教師的教學(xué)認(rèn)知尤為重要,。,中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要集中在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方面的,。對(duì)于具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)的文章很多。,化學(xué)實(shí)驗(yàn)不,應(yīng),僅僅停留在實(shí)驗(yàn)改進(jìn),這一,層面上，,我們不能,停留在實(shí)驗(yàn)操作、方法、儀器、藥品以及實(shí)驗(yàn)條件等層面上的研究，,如何,突破這一局限或者說,打通這一瓶頸是值得我們思考和研究的。,1.,課題研究背景,密閉容器,2.,案例,NaHCO,3,溶液常溫分解(相關(guān)理論),我們可以把剛才的密閉容器中,NaHCO,3,溶液分解行為抽象為如下模型,H,2,O,的電離平衡,H,2,CO,3,的電離平衡,H,2,CO,3,的分解平衡,氣液相平衡（亨利定律）,3.,案例,

11、密閉容器中氫氧化鈉與碳酸氫鈉溶液的粒子行為,通過計(jì)算可知常溫下碳酸氫鈉溶液放置在空氣中能釋放,CO,2,且可計(jì)算達(dá)到平衡時(shí)的,pH,課題組通過許許多多類似的基于,計(jì)算、理論,指導(dǎo)下的,實(shí)踐，通過整合，最后抽象出實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的認(rèn)識(shí)模型,實(shí)驗(yàn)研究的基本路徑和框架,3.形成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)模型(實(shí)踐認(rèn)識(shí)),在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)背景下，不但要對(duì)進(jìn)行熱力學(xué)相關(guān)計(jì)算、還要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，處理好熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)對(duì)化學(xué)反應(yīng)之間的相互關(guān)系，然后利用這一認(rèn)識(shí)模型指導(dǎo)化學(xué)問題的解決，從而做到解決問題時(shí)事半功倍，否則可能出現(xiàn)沒有預(yù)測(cè)的盲目實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,排水法收集,CO,2,可行且優(yōu)越,微觀表征NaHSO,3,與NaHCO,3,溶液混合

12、體系,現(xiàn)代信息技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的深入應(yīng)用,以,“,Wolfram Mathematica,”,為例,澄清石灰水與二氧化碳的作用機(jī)理和實(shí)驗(yàn)探究,密閉容器中氫氧化鈉與碳酸氫鈉溶液的粒子行為,NaHCO,3,溶液和固體熱分解的差異性分析,微觀表征碳酸氫鈉溶液中的離子行為,5.理論模型實(shí)踐研究成果與研究方案列舉,整個(gè)體系有,8,個(gè)變量，若,NaHCO,3,溶液濃度已知，則可以得到,任何變量,與容器氣體體積,V,之間的函數(shù)關(guān)系。,6.計(jì)算、理論、實(shí)驗(yàn)融合的“實(shí)驗(yàn)觀”,消元法求函數(shù)：,有變量,x,、,y,、,z,且有,2,個(gè)方程,，則可求得任何兩個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系。,化學(xué)實(shí)驗(yàn),化學(xué)模型,化學(xué)思維,化學(xué)學(xué)科素養(yǎng),激活,形成,指導(dǎo)預(yù)測(cè),證實(shí)證偽,化學(xué)課堂教學(xué),發(fā)生,發(fā)展,化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新助推化學(xué)教育,