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1、从计算中领悟说说NaHCO3溶液n20多年前的一堂课课题：讨论NaHCO3和Na2CO3溶液中粒子浓度大小和等量关系我头脑中产生的疑惑：过程(1)与过程(2)应该是相互促进的两个过程，会造成H2CO3和CO32的浓度增大NaHCO3=Na+HCO3(1)HCO3=H+CO32(2)HCO3+H2O=H2CO3+OHn20多年前的一堂课(NaHCO3溶液中的离子热力学行为)(1)c(H+)c(OH)=Kw水的电离平衡水的电离平衡(2)c(H+)+c(Na+)=c(OH)+c(HCO3)+2c(CO32)电荷守恒电荷守恒(3)c(Na+)=c(HCO3)+c(HCO3)+2c(CO32)物料守恒物
2、料守恒(4)c(H+)c(HCO3)/c(H2CO3)=K1碳酸一级电离平衡碳酸一级电离平衡(5)c(H+)c(CO32)/c(HCO3)=K2碳酸二级电离平衡碳酸二级电离平衡(6)c(Na+)=0.1mol/L(已知条件已知条件NaHCO3溶液浓度溶液浓度)未知数：碳酸根离子,氢氧根离子,碳酸氢根离子,氢离子,碳酸分子,钠离子nNaHCO3溶液中粒子浓度大小比较结果n分析化学中有关酸式盐pH计算方法浓度(mol/L)碳酸根粒子浓度(mol/L)pC0.0000018.61476E-109.0648 0.000012.49666E-087.6026 0.00016.63381E-076.178
3、2 0.0011.02714E-054.9884 0.010.0001106683.9560 0.10.001115692.9525 0.20.002232392.6512 0.30.003349092.4751 0.40.00446582.3501 0.50.00558252.2532 1.0 0.0111661.9521 已知Ksp(CaCO3)=2.810-9nNaHCO3溶液能否与CaCl2溶液反应n预测NaHCO3溶液常温是否分解浓度(mol/L)碳酸分子浓度(mol/L)pC0.0000011.1767E-076.9293 0.000014.71919E-076.3261 0.00
4、011.86835E-065.7285 0.0011.21389E-054.9158 0.010.0001126813.9481 0.10.001117722.9517 0.20.002234422.6508 0.30.003351122.4748 0.40.004467832.3499 0.50.005584532.2530 1.0 0.0111681.9520 CO2在水中的气液相平衡在水中的气液相平衡气液相平衡：气体与液体接触，气体溶解在液体中，造成一定的溶解度，同时溶于液体中的气体，作为溶质必然产生一定的分压。当溶质产生的分压和气相中该气体的分压相等时，达到气液平衡。对于大多数气体的稀
5、溶液，气液间的平衡关系满足Henry定律(在等温等压下，某种挥发性溶质在溶液中的溶解度与液面上该溶质的平衡压力成正比)。即在一定温度下，溶液中溶解CO2的总浓度取决于与其平衡时CO2分压P(CO2)，根据Henry定律下列关系恒成立：c(H2CO3)=KHP(CO2)依据空气中依据空气中CO2的体积分数约为的体积分数约为0.03%(P(CO2)103.5)，计算，计算c(H2CO3)=1.02105与与雨水中碳酸浓度约为雨水中碳酸浓度约为1.42105接近。接近。nNaHCO3溶液常温分解热力学计算nNaHCO3溶液常温分解热力学计算nNaHCO3溶液常温分解研究u为什么NaHCO3可以作为食
6、品发酵粉（膨松剂）？uNaHCO3与Na2CO3溶液可以用CaCl2溶液鉴别吗？u光合作用实验中为什么采用光合作用实验中为什么采用NaHCO3溶液为溶液为碳源碳源？nNaHCO3溶液常温分解证据1实验实验在烧杯中加入过量在烧杯中加入过量NaHCO3并滴入酚酞静置，溶液颜并滴入酚酞静置，溶液颜色加深，说明色加深，说明pH升高，在沸水浴中加热后，溶液碱性增强，红升高，在沸水浴中加热后，溶液碱性增强，红色溶液颜色加深。色溶液颜色加深。nNaHCO3溶液常温分解证据1实验实验在盛有蒸馏水的锥形瓶中加入固体在盛有蒸馏水的锥形瓶中加入固体NaHCO3固体，固体，使用使用pH传感器测定传感器测定pH的变化曲
7、线的变化曲线nNaHCO3溶液常温分解证据2实验实验在盛有蒸馏水的锥形瓶中加入固体在盛有蒸馏水的锥形瓶中加入固体NaHCO3固体，固体，使用使用CO2传感器测定传感器测定CO2浓度，发现二氧化碳浓度逐渐升浓度，发现二氧化碳浓度逐渐升高，一段时间高，一段时间升温升温后，后，CO2浓度显著升高。浓度显著升高。nNaHCO3溶液常温分解证据3取取NaHCO3溶液常溶液常温分解一段时间后温分解一段时间后的溶液，用一定浓的溶液，用一定浓度的盐酸进行滴定，度的盐酸进行滴定，获取滴定曲线，依获取滴定曲线，依据滴定曲线计算据滴定曲线计算NaHCO3溶液分解溶液分解率为率为58.8%nNaHCO3溶液常温分解证
8、据4uu1.1.课题研究背景课题研究背景n郝柏林院士曾经指出“物理学的三大支柱是实验、形式理论和计算”。在化学界，过去形式理论一般不为物理化学之外的其它化学二级学科认识，人们往往乐于接受“实验”的结果，即化学往往只认可实验这一支柱。n1998年诺贝尔化学奖授予美国科学家科恩(Walter Kohn)和英国科学家波普尔(John A.Pople)，以表彰他们在量子化学领域作出的开创性贡献。这代表了整个化学界对理论化学学科地位的重新认识;n“化学的两大支柱是实验和形式理论”的时代已经来临，化学领域“计算”也正在成为支柱之中。n中学化学教育的很多疑难问题和实验缺乏计算推理和理论指导，比较多的依赖主观
9、想象和经验推导，未能真正解决问题。虚假和错误的认知和实验对化学教育影响较大。n致力于学生核心素养的提升，教师素养是关键。在这种新形势下，优化提升高中化学教师的教学认知尤为重要。n中学化学实验主要集中在实验改进方面的。对于具体实验进行改进的文章很多。n化学实验不应仅仅停留在实验改进这一层面上，我们不能停留在实验操作、方法、仪器、药品以及实验条件等层面上的研究，如何突破这一局限或者说打通这一瓶颈是值得我们思考和研究的。uu1.1.课题研究背景课题研究背景密闭容器uu2.2.案例案例NaHCONaHCO3 3溶液常温分解溶液常温分解(相关理论相关理论)我们可以把刚才的密闭容器中NaHCO3溶液分解行
10、为抽象为如下模型H2O的电离平衡H2CO3的电离平衡H2CO3的分解平衡气液相平衡（亨利定律）n n3.3.案例案例密闭容器中氢氧化钠与碳酸氢钠溶液的粒子行为密闭容器中氢氧化钠与碳酸氢钠溶液的粒子行为通过计算可知常温下碳酸氢钠溶液放置在空气中能释放CO2且可计算达到平衡时的pH课题组通过许许多多类似的基于计算、理论指导下的实践，通过整合，最后抽象出实验创新的认识模型实验研究的基本路径和框架n n3.3.形成创新实验认识模型形成创新实验认识模型(实践实践认识认识)在热力学和动力学背景下，不但要对进行热力学相关计算、还要进行动力学研究，处理好热力学与动力学对化学反应之间的相互关系，然后利用这一认识
11、模型指导化学问题的解决，从而做到解决问题时事半功倍，否则可能出现没有预测的盲目实验现象l排水法收集CO2可行且优越l微观表征NaHSO3与NaHCO3溶液混合体系l现代信息技术在化学教学中的深入应用 以“Wolfram Mathematica”为例l澄清石灰水与二氧化碳的作用机理和实验探究l密闭容器中氢氧化钠与碳酸氢钠溶液的粒子行为lNaHCO3溶液和固体热分解的差异性分析l微观表征碳酸氢钠溶液中的离子行为n n5.5.理论模型实践理论模型实践研究成果与研究方案列举研究成果与研究方案列举整个体系有8个变量，若NaHCO3溶液浓度已知，则可以得到任何变量与容器气体体积V之间的函数关系。n n6.6.计算、理论、实验融合的计算、理论、实验融合的“实验观实验观”消元法求函数：有变量x、y、z且有2个方程，则可求得任何两个变量之间的函数关系。化学实验化学模型化学思维化学学科素养激活形成指导预测证实证伪化学课堂教学发生发展n n化学实验创新助推化学教育化学实验创新助推化学教育
