相同pH醋酸钠与碳酸氢钠溶液浓度的大小比较

2023-06-04姚远石小倩杨旭东

化学教学 2023年5期

姚远石小倩杨旭东

摘要：将醋酸钠和碳酸氢钠溶液的质子守恒式联立，确定相同pH范围，导出一个二次函数解析式。推证表明，在相同pH下，这两种溶液浓度大小比较存在着多种可能，并予以拓展，分析其中化学原因。不同文献中碳酸的电离平衡常数不完全相同，将多组数据运用Matlab作图，亦可得到上述结论。同时指出理论推证与实验测定尚存在偏差。

关键词：醋酸钠；碳酸氢钠； pH；碳酸二级电离常数； Matlab

文章编号： 10056629（2023）05009107

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 引言

相同pH的醋酸钠与碳酸氢钠溶液浓度大小比较，实质上是同浓度这两种溶液碱性强弱的比较。叶望尧［1］通过多次合理近似计算得到的图像分析、章新阳［2］利用Excel对相同浓度的这两种溶液pH的精确计算，均得出同浓度下两种溶液的碱性强弱视浓度而定的结论。陈越峰、吴文中［3］利用Wolfram Mathematica得到这两种溶液浓度与其pH之间的关系图。另外，解决这一问题，有的需要借助计算机软件处理，有的计算尚不具有普适性［4， 5］。如何在课堂时空背景下，基于学生已有知识来解决这一教学特别是高考复习需要直面的问题，笔者认为数学方法是一个不错的选择。

2 问题的解决

2.1 相同pH的界定

因此，pH相同的醋酸钠和碳酸氢钠溶液在一定范围内比较复杂，浓度难以比较。

7 研究意义

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出：“在化学教学中，教师还应重视跨学科内容主题的选择和组织……引导学生在更宽广的学科背景下认识物质及其变化的规律，帮助学生拓宽视野，开阔思路，综合运用化学和其他学科的知识分析解决有关问题，发展学生的科学素养。［16］”化学作为一门“中心的、实用的、创造性的”科学，毋庸置疑有着丰富而深刻的内涵，与其他学科间的交叉、融合在科学探索中日益凸显。

文中两种溶液浓度大小的比较，是溶液中各物理量综合的结果，导出的二次函数解析式正是其具体表现形式。本文“另辟蹊径”，用化学和数学融合的方法解决了这一问题，无须借助计算机软件处理且具有普适性，在课堂中可选择性运用，以此指向核心素养的深度学习，激发学生学习热情，发展高阶思维。

碳酸氢钠作为中学化学中一种常见酸式盐，有着鲜明的“特性”：理论上，pH在一定浓度范围内几乎不变，而数字化实验表明pH在一定浓度范围内，又有随浓度增加而下降的趋势；不同浓度下，粒子浓度大小比较十分复杂。教师在授课和命题时应予以高度的关注，不可想当然，要遵从事实依据。同时以这份教学素材为契机，可引导学生深度挖掘，形成实事求是、严谨细致的科学态度，培养批判精神和探究意识。

致谢：文中Matlab作图得到我校周海梅老师的帮助，特此致谢。

参考文献：

［1］叶望尧. 同浓度醋酸钠溶液的碱性真的比碳酸氢钠溶液强吗［J］. 中学化学教学参考， 2014，（7）： 70～72.

［2］章新阳. 等浓度碳酸氢钠和醋酸钠两种溶液的pH大小比较［J］. 化学教育（中英文）， 2016，（7）： 72～73.

［3］陈越峰，吴文中. 微观表征碳酸氢钠溶液中的离子行为［J］. 中学化学教学参考， 2017，（6）： 43.

［4］田钟华. 碳酸氢钠溶液的碱性强于醋酸钠吗［J］. 高中数理化， 2011，（10）： 53.

［5］刘峰. 碳酸氢钠与醋酸钠酸碱性的比较［J］. 新课程学习（中）， 2021，（7）： 150.

［6］［美］J. A. 迪安主编. 魏俊发等译. 兰氏化学手册［M］. 北京：科学出版社， 2001： 3， 44.

［7］邵利民. 分析化學题解［M］. 北京：科学出版社， 2019： 41， 29， 42.

［8］武汉大学主编. 分析化学（第6版）（上册）［M］.北京：高等教育出版社， 2016： 126.

［9］任雪明，吴文中. 高中化学教学疑难问题研析［M］. 杭州：浙江教育出版社， 2015： 47， 167.

［10］吴文中. 二元弱酸强碱酸式盐在水中的离子行为［J］. 中学化学教学参考， 2015，（7）： 50.