探究如何能盡可能多的減少粉筆末

摘要：通過實驗研究粉筆的主要成分，并判斷其溶解性，確定其在何種溶液中溶解度大，借此解決平常粉筆制造及使用過程中粉筆末多的問題，并提出黑白擦制作與應用方法。

關鍵詞：粉筆 硫酸鈣 強酸 銨鹽

一、提出問題

目前粉筆廣泛應用于教學活動，而使用時產生的粉筆末卻隨空氣進入老師及前排學生的呼吸道，不利于健康，并且給值日生造成很大的困難，因此我提出如何可以使粉筆盡量少的產生粉筆末，便利教學活動，并有利于師生身體健康。

二、實驗確定粉筆主要成分及其在各種物質中溶解情況

（一）定性分析

1.研磨粉筆，使其成粉末狀。

2.配成溶液。

3、取上層溶液倒入三個試管中，標號A、B、C。

4.分別向四個試管中加入氫氧化鋇、碳酸鈉、鹽酸觀察現象。

5.確定粉筆主要成分為硫酸鈣。

6.再取上層溶液倒入四支試管中，分別加入鹽酸、醋酸、醋酸銨，硫代硫酸鈉，觀察現象。

7.硫酸鈣在鹽酸、醋酸銨溶液、硫代硫酸鈉溶液中溶解性較強。

（二）定量分析

三、實驗原理解釋

（一）粉筆的成分

粉筆是由硫酸鈣的水合物（俗稱生石膏）制成。也可加入各種顏料做成彩色粉筆。在制作過程中把生石膏加熱到一定溫度，使其部分脫水形成熟石膏，后將熟石膏加水攪拌成糊狀，灌入模型凝固而成。生石膏變成熟石膏的反應為（加熱）：

CaSO4·2H2O=CaSO4·H2O+H2O

熟石膏加水變成生石膏的反應為（常溫）：

CaSO4·H2O+H2O=CaSO4·2H2O

硫酸鈣是白色單斜結晶或結晶性粉末。無氣味。有吸濕性。128℃失去1分子結晶水，163℃全部失水。溶于酸、硫代硫酸鈉和銨鹽溶液，溶于400份水，在熱水中溶解較少，極慢溶于甘油，幾乎不溶于乙醇和多數有機溶劑。相對密度2.32。有刺激性。通常含有2個結晶水，自然界中以石膏礦形式存在。硫酸鈣可用作磨光粉、紙張填充物、氣體干燥劑以及醫療上的石膏繃帶，也用于冶金和農業等方面。

（二）硫酸鈣溶于酸

根據鹽效應理論，加入酸后，除鈣離子與硫酸根離子以外的其它離子都不能形成沉淀。同時，由于離子強度增加，離子間的相互牽制作用加強，使得鈣離子與硫酸根離子在硫酸鈣表面碰撞的幾率降低，硫酸鈣的沉淀變得更加困難，增加了硫酸鈣的溶解度。而且，由于硫酸根離子可與氫離子結合為硫酸氫根離子，生成硫酸氫鈣（易溶于水）使硫酸鈣的溶解度增加。

（三）硫酸鈣溶于醋酸銨溶液

根據鹽效應原理：

醋酸銨是強電解質，在水中完全電離CH3COONH4=CH3COO-+NH4+硫酸鈣屬微溶物質，微電離CaSO4=Ca2++SO42-SO42-與NH4+形成的硫酸銨極易溶于水，因此促進了硫酸鈣的電離，使得CaSO4=Ca2++SO42-的反應向右，硫酸鈣的溶解度增大。

（四）硫酸鈣溶于硫代硫酸鈉溶液

硫代硫酸鈉，又名大蘇打、海波，為單斜晶系白色結晶粉末，易溶于水，不溶于醇，用于分析試劑等，用途非常廣泛。化學式：Na2S2O3，比重1.667，受熱易分解。

絡合（Complexation）是電子對給予體與電子接受體，互相作用而形成各種絡合物的過程。給予體有原子或離子，不論構成單質或化合物，凡能提供電子對的物質；接受體有金屬離子和有機化合物。分子或者離子與金屬離子結合，形成很穩定的新的離子的過程就叫絡合反應，也成配位反應。

硫代硫酸鈉具有很強的絡合能力，它的水溶液能溶解鹵素，能跟溴化銀形成絡合物，反應式：AgBr+2Na2S2O3=NaBr+Na3[Ag（S2O3）2]，AgBr+2Na2S2O3=NaBr+Na3[Ag（S2O3）2]。硫酸鈣溶于硫代硫酸鈉溶液正是利用了絡合反應，Ca離子作為絡合物中心原子，生成硫代硫酸鈣，可以溶解。

四、理論應用

一塊黑板擦長12cm，寬5.5cm，高1.5cm，材料為毛氈（主要是羊毛和化纖合成），如果能將黑白擦用海綿制成，在每次使用前放在濃度較低醋酸銨的溶液中，再去擦黑板，可以減少產生粉筆末且易于清洗，簡單用水沖洗即可。

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（作者簡介：仲凱音，山東省濟南市山東省實驗中學16級33班，學生。）