精简模型法计算溶液pH值

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1、第3O卷第6期大庆师范学院学报V01．30No．62010年11月JOURNALOFDAQINGNORMALUNIVERSITYNovember．2010精简模型法计算溶液pH值徐春放(大庆师范学院教学评价中心，黑龙江大庆163712)摘要：针对现行分析化学教材氢离子浓度计算公式繁多，不易掌握之不足，从化学思想方法的视角，将溶液中氢离子浓度的计算过程转化为建立氢离子浓度精确计算模型和对精确计算模型的合理简化过程，通过揭示氢离子浓度精确模型与近似模型和简化模型间内在的化学联系，掌握氢离子浓度计算化繁为简的计算方法。关键词：氢离子浓度；精

2、简模型；近似计算作者简介：徐春放(1963一)，女，吉林长岭人，大庆师范学院教学评价中心教授，从事实践教学管理及分析化学、无机化学教学和研究工作。中图分类号：TQ150．25文献识别码：A文章编号：2095—0063(2010)06—0094一o3收稿日期：2010—0l一11分析化学教材关于溶液氢离子浓度的计算，共同的特点是计算公式多，不足之处有两点，一是氢离子浓度计算公式推导过程中，化学系统思想体现不够鲜明；二是对于一元弱酸和二元弱酸氢离子计算的两个精确公式与简化后的近似式之间的内在联系揭示不够。本文结合现行分析化学教材中的相关内

3、容，从化学思想方法的视角，将溶液中氢离子浓度的计算过程转化为建立求解氢离子浓度精确模型和对精确模型的合理简化过程，揭示氢离子浓度精确模型与近似模型和简化模型间的内在化学联系。1溶液pH值计算精简模型的描述溶液pH值计算精简模型指的是精确计算模型与简化计算模型，模型的建立分三个层次，首先根据溶液组成的特点写出质子条件式，建立溶液氢离子浓度计算的一级精确计算模型；然后将与之相关联的酸碱平衡条件或分布分数表达式带人质子条件式，得到氢离子浓度计算的二级精确计算模型；最后根据实际需要对二级精确计算模型进行近似处理得到近似计算模型或最简计算模型。

4、2溶液pH值计算精简模型的建立2．1一级精确计算模型的建立一级精确计算模型建立的理论基础是列出适合的质子条件式，用质子条件式表达溶液中对氢离子产生贡献(包含正贡献和负贡献)的所有组分的贡献情况，属于精确计算氢离子浓度的原始模型。模型中“精确”的含义就是考虑了所有组分对溶液中氢离子的贡献。一级精确计算模型中的各项都是用平衡浓度的形式表示的，事实上平衡浓度往往是未知的，因此，一级精确计算模型具有理论价值，没有实用价值。2．2二级精确计算模型的建立针对溶液氢离子浓度计算一级模型中相关组分是未知的平衡浓度，氢离子浓度计算的二级精确计算模型则是

5、化未知为已知，解决一级模型中各组分是如何对溶液中氢离子浓度起作用的问题。通过两种化学思维方法，得到两种形式的氢离子浓度计算的二级精确计算模型。第一种思考方法是，用酸碱平衡关系式代替一级模型中的平衡浓度项，用KW／[H+]代替[OH一]项，得到氢离子浓度计算的二级精确计算模型一；第二种思想方法是，用分布分数与分析浓度之积代替平衡浓度，用KW／[H+]代替[OH一]项，得到关于氢离子浓度一元高次方程形式的二级精确计算模型二。二级精确计算模型和一级计算模型的共同特点是具有理论价值，没有应用价值。其理论价值在于给出了氢离子浓度表达式中诸因素间

6、的定量关系式。2．3三级近似计算模型和四级最简计算模型的建立二级精确计算模型没有应用价值的原因在于，没有略去溶液中对氢离子起微不足道作用的组分，使得其计算繁琐而不便于使用。三级近似计算模型和四级最简计算模型，就是根据实际分析工作对计算结果94准确度的要求，略去二级模型中明显的次要组分，得到氢离子浓度的三级近似计算模型和四级最简计算模型，三级近似计算模型和四级最简计算模型是在化学理论指导下的具有使用价值的模型。3精简模型法计算溶液pH值的应用溶液按酸碱属性可分为酸性溶液、碱性溶液和两性溶液，因此，对应溶液的pH计算有三种类型，现就应用精

7、简模型计算溶液pH值进行讨论。3．1一元弱酸(碱)溶液氢离子浓度计算以浓度为C的一元弱酸溶液HA为例1)一级精确计算模型的建立PBE：[]=[A一]+[OH一]2)二级精确计算模型的建立：方法1：用酸碱平衡关系式代替一级模型中的[A一](平衡浓度)项，用KW／[H]代替[OH一]项，整理得到氢离子浓度计算的二级精确计算模型一：[H]=、，玎方法2：用分布分数与分析浓度之积代替平衡浓度，用KW／[H]代替[OH一]项，整理得到关于氢离子浓度一元高次方程形式的二级精确计算模型二：[]。+[H]一(c+K)[H]一K=0二级精确计算模型一的

8、特点是化学意义清晰，在实际计算中进一步处理简化为近似计算模型和最简计算模型的化学思路鲜明，利于形成系统的化学思维。二级精确计算模型二的特点是化学意义不够明晰，但便于使用计算机进行数值运算。3)两个三级近似计算模型(公式)