二氧化碳缓冲溶液缓冲原理的数字化解析实验
发布时间：2022-02-08 22:07
利用传感器数字化技术,分析室温下碳酸氢钠稀溶液直接吸收或释放二氧化碳气体的行为、pH及其变化趋势,设计数字化实验,为碳酸氢钠溶液在生物上作为二氧化碳缓冲液的行为提供化学实验验证。进行热力学计算,为其缓冲原理提供化学理论支撑。实验证明,碳酸氢钠稀溶液是构建二氧化碳缓冲液的充要条件,其作用原理是通过自偶电离建立碳酸氢钠-碳酸钠缓冲对,从而与环境中的二氧化碳建立溶解平衡,其总方程式为:■。
【文章来源】：化学教育(中英文). 2020,41(15)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
实验装置
记录碳酸氢钠溶液自发释放、吸收、缓冲二氧化碳的a/b/c 3组实验中环境二氧化碳浓度和溶液pH变化,得图2。从图2a中可知,大气中的二氧化碳浓度较低,密闭环境中碳酸氢钠溶液上方空气二氧化碳浓度,逐渐升高并稳定在1 400 ppm左右,升高明显,溶液pH由8.2左右增高并稳定在8.3左右,变化幅度较小。这是因为在碳酸氢钠水溶液中,碳酸氢根离子主要发生自偶电离 2ΗCΟ 3 - (aq) ? CΟ 3 2- (aq)+Η 2 CΟ 3 (l),Κ=1.3×10 -4 ,且其处于绝对优势地位;其生成的碳酸常温自发缓慢分解 (Η 2 CΟ 3 (l) ? CΟ 2 (g)+Η 2 Ο(l)) ,释放出二氧化碳气体[12],使得环境二氧化碳气体浓度增高并最终稳定(亨利定律)。同时发现,搅拌有助于加快该反应速率,但不会改变平衡状态,这是由于搅拌加速了溶液中气体的逃逸速率,从而加快碳酸的自发分解反应,推动自偶电离平衡快速完成,但不会改变反应的平衡常数。这证明一定条件下,当二氧化碳浓度过低或为0时,碳酸氢钠稀溶液可以自发释放出二氧化碳气体,并将二氧化碳含量维持在较高浓度。
表1 不同浓度碳酸氢钠溶液中二氧化碳的平衡浓度φ(CO2)Table 1 φ(CO2) of NaHCO3 solution with various concentration 序号 浓度/(mol/L) φ(CO2)/ppm 实验1 实验2 实验3 平均值 1 0.01 813 874 859 849 2 0.03 1 819 1 906 1 788 1 838 3 0.05 2 144 2 279 2 346 2 256 4 0.10 4 172 4 248 4 264 4 228 5 0.30 19 664 19 701 19 602 19 656 6 0.50 36 500 36 408 36 573 36 494 7 1.00 55 367 50 911 53 518 53 265 注:空白对比实验,碳酸氢钠溶液浓度为0,φ(CO2)=400 ppm。从以上实验证明,碳酸氢钠稀溶液可以作为二氧化碳缓冲溶液,以下热力学计算分析中,将进行详细理论论证。
【参考文献】：
期刊论文
[1]发展学生化学学科核心素养离不开化学实验[J]. 孙佳林,郑长龙. 化学教育(中英文). 2019(05)
[2]基于手持技术探究压强对化学反应速率的影响[J]. 王敬文,李双,霍爱新. 教育与装备研究. 2019(02)
[3]手持技术在化学学科核心素养建构中的应用[J]. 许美金. 福建基础教育研究. 2018(05)
[4]基于手持技术探究温度对化学平衡的影响[J]. 王涵容,衷明华. 中学化学教学参考. 2017(02)
[5]碳酸钠与碳酸氢钠分解温度的热力学估算[J]. 王文英. 化学教育. 2016(15)
[6]比较碳酸钠、碳酸氢钠固体与盐酸反应生成二氧化碳快慢实验的新设计[J]. 赵新全. 化学教与学. 2015(05)
[7]碳酸氢钠湿分解技术及其应用[J]. 郜长水,关民. 纯碱工业. 2011(03)
[8]日光温室中增施二氧化碳的作用与方法[J]. 修海旺. 现代农业. 2010(02)
[9]2006年高考全国卷一生物试题解析[J]. 李金龙,李国军,滕艳敏. 高中生. 2006(22)
[10]碳酸氢钠、碳酸钠及碳酸氢钠/碳酸钠混合物对血液二氧化碳分压影响的实验分析[J]. 王跃荣. 检验医学. 2004(04)
本文编号：3615838
【文章来源】：化学教育(中英文). 2020,41(15)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
实验装置
记录碳酸氢钠溶液自发释放、吸收、缓冲二氧化碳的a/b/c 3组实验中环境二氧化碳浓度和溶液pH变化,得图2。从图2a中可知,大气中的二氧化碳浓度较低,密闭环境中碳酸氢钠溶液上方空气二氧化碳浓度,逐渐升高并稳定在1 400 ppm左右,升高明显,溶液pH由8.2左右增高并稳定在8.3左右,变化幅度较小。这是因为在碳酸氢钠水溶液中,碳酸氢根离子主要发生自偶电离 2ΗCΟ 3 - (aq) ? CΟ 3 2- (aq)+Η 2 CΟ 3 (l),Κ=1.3×10 -4 ,且其处于绝对优势地位;其生成的碳酸常温自发缓慢分解 (Η 2 CΟ 3 (l) ? CΟ 2 (g)+Η 2 Ο(l)) ,释放出二氧化碳气体[12],使得环境二氧化碳气体浓度增高并最终稳定(亨利定律)。同时发现,搅拌有助于加快该反应速率,但不会改变平衡状态,这是由于搅拌加速了溶液中气体的逃逸速率,从而加快碳酸的自发分解反应,推动自偶电离平衡快速完成,但不会改变反应的平衡常数。这证明一定条件下,当二氧化碳浓度过低或为0时,碳酸氢钠稀溶液可以自发释放出二氧化碳气体,并将二氧化碳含量维持在较高浓度。
表1 不同浓度碳酸氢钠溶液中二氧化碳的平衡浓度φ(CO2)Table 1 φ(CO2) of NaHCO3 solution with various concentration 序号 浓度/(mol/L) φ(CO2)/ppm 实验1 实验2 实验3 平均值 1 0.01 813 874 859 849 2 0.03 1 819 1 906 1 788 1 838 3 0.05 2 144 2 279 2 346 2 256 4 0.10 4 172 4 248 4 264 4 228 5 0.30 19 664 19 701 19 602 19 656 6 0.50 36 500 36 408 36 573 36 494 7 1.00 55 367 50 911 53 518 53 265 注:空白对比实验,碳酸氢钠溶液浓度为0,φ(CO2)=400 ppm。从以上实验证明,碳酸氢钠稀溶液可以作为二氧化碳缓冲溶液,以下热力学计算分析中,将进行详细理论论证。
【参考文献】：
期刊论文
[1]发展学生化学学科核心素养离不开化学实验[J]. 孙佳林,郑长龙. 化学教育(中英文). 2019(05)
[2]基于手持技术探究压强对化学反应速率的影响[J]. 王敬文,李双,霍爱新. 教育与装备研究. 2019(02)
[3]手持技术在化学学科核心素养建构中的应用[J]. 许美金. 福建基础教育研究. 2018(05)
[4]基于手持技术探究温度对化学平衡的影响[J]. 王涵容,衷明华. 中学化学教学参考. 2017(02)
[5]碳酸钠与碳酸氢钠分解温度的热力学估算[J]. 王文英. 化学教育. 2016(15)
[6]比较碳酸钠、碳酸氢钠固体与盐酸反应生成二氧化碳快慢实验的新设计[J]. 赵新全. 化学教与学. 2015(05)
[7]碳酸氢钠湿分解技术及其应用[J]. 郜长水,关民. 纯碱工业. 2011(03)
[8]日光温室中增施二氧化碳的作用与方法[J]. 修海旺. 现代农业. 2010(02)
[9]2006年高考全国卷一生物试题解析[J]. 李金龙,李国军,滕艳敏. 高中生. 2006(22)
[10]碳酸氢钠、碳酸钠及碳酸氢钠/碳酸钠混合物对血液二氧化碳分压影响的实验分析[J]. 王跃荣. 检验医学. 2004(04)
本文编号：3615838
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