分析化学课程是化学及相关专业, 包括药学、环境科学、材料科学、生命科学等专业的基础课。弱酸各形体分布系数在分析化学领域中具有重要的意义, 其不仅能定量描述溶液中弱酸各型体的分布状况, 求得溶液中弱酸各型体的平衡浓度, 而且对多元弱酸水溶液中[H+]浓度 (p H) 的计算具有重要的作用, 可以简化推导过程, 易于学生理解和记忆[1]。但是笔者授课过程中发现, 很多《分析化学》教材[2,3,4]在多元弱酸的分布系数公式推导过程中, 符号的设定不利于学生的理解和记忆, 仅发现几套教材对其进行了修改, 但是没有进行说明, 而其他教材仍沿用原先的设定方法, 这就使各高校在分析化学基础知识的讲授上存在差异, 为保证教学内容的统一性, 建议使用统一的设定方法。
现对其讨论如下。
1 一元弱酸
对于浓度为c mol/L的一元弱酸 (HA) 来讲, 由于只含有一个质子 (H+) , 如何设定不会影响学生的理解, 推导过程为:
HA、A-的分布系数一般设定为 δHA、δA-, 则其分布系数公式为:
2 二元弱酸
对于浓度为c mol/L的二元弱酸 (H2A) 来讲, 含有两个质子, 分两步进行解离, 推导过程为:
对于此酸的分布系数计算, 其分布系数符号的设定就应该进行考虑, 一般教材设, 计算公式分别为:
此时, 若设, 则其系数分别对应弱酸各型体的质子数:2、1、0, 这样利于学生对公式的记忆。
3 三元弱酸
对于浓度为c mol/L的三元弱酸 (H3A) 来讲, 含有三个质子, 分三步进行解离, 推导过程为:
对于此酸的分布系数计算, 所有的教材均设, 计算公式分别为:
这种设定方式, 同样容易让学生的长期记忆产生混淆, 没有用这种设定容易理解。
4 多元弱酸
由以上公式可以推导出多元酸HnA分布系数的计算公式为:
弱酸各型体分布系数 δ 的下脚标按照酸根离子保留的价位来设定, 笔者认为不利于学生的记忆, 因为多元酸分布系数公式在分析化学中主要用于溶液质子浓度 (p H) 的计算, δ 的下脚标如果按照各型体质子 (H+) 数量来设定比较适合, 即应由多元酸对应的质子数量来设定, 即, 这样学生在记忆时就比较容易。
5 多元酸[H+]浓度计算通式
当根据分布系数公式计算溶液的酸度时, 对于学生的理解和记忆有很大的帮助, 例如在利用质子平衡式和分布系数公式计算浓度为c mol/L多元酸 (HnA) 在水溶液中的[H+]浓度时, 计算方法如下:
质子条件式为:
此一元高次方程为多元弱酸水溶液[H+]计算的精确式, 计算起来非常复杂, 因此在对准确度要求不高的p H计算时, 可根据实际情况进行简化处理, 一般原则为“20 倍简化原则”, 即根据分析化学允许的误差 ( <5% ) 进行简化计算, 例如当时, 可忽略水的离解, 即可约去项, 当时, 可只考虑多元酸的第一次离解, 按一元酸进行处理计算, 即, 。
分析化学是各高校化学及相关专业的基础课, 其教学过程受到高校的重视, 尤其是在研究生入学考试时, 如果在基础知识方面不进行统合, 在跨校之间进行考试时, 势必会影响学生的成绩, 因此在编撰教材时, 希望能够在基础问题上保持一致, 尤其是在授课过程中, 应以简单易懂为前提, 这样才能帮助学生打下坚实的理论基础, 有利于学生的发展。
摘要：针对国内分析化学教材中有关多元弱酸分布系数公式中系数设定不统一的问题, 提出合理的设定方法, 同时应用该设定方法推导出多元弱酸溶液H+浓度的计算通式。
关键词：分布系数,多元弱酸,H+浓度
参考文献
[1] 张运申.南教育学院学报 (自然科学版) , 2003, 1 (12) :30-31.
[2] 武汉大学.分析化学.4版.北京:高等教育出版社, 2000:34-37.
[3] 孙毓庆, 胡育筑.分析化学.2版.北京:科学出版社, 2006:55-60.
[4] 李发美.分析化学.7版.北京:人民卫生出版社, 2012:40-45.