质子守恒演示仪

■山东省邹城市实验中学2017 级15 班

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NH4HCO3溶液中，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（CO3

2-）。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）。

图1 纯水或中性溶液中的质子守恒

四、示意图

图2 加入碳酸钠后的瞬间

图3 碳酸根离子第一步水解后

图4 碳酸根离子第二步水解后

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-既可以得到质子又可以失去质子，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（CO32-）。

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。

图5 碳酸氢铵质子守恒演示仪示意图

图6 碳酸铵质子守恒演示仪实物图