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韩春雨实验 pH 值讨论暴露质疑者基础薄弱

已有 8444 次阅读 2016-8-12 04:49 |系统分类:教学心得

我的《从韩春雨实验谈纯水pH 值>7》一文本来只是给科学网一位“体育老师”  补习一下中学化学的pH 值概念起因是韩春雨在实验步骤中提到 water (pH 8.0, alkalization by NaOH)。我在评论中说道,纯水的pH 值确实可以大于7,但是韩春雨是加了碱。结果,pH 值的相关讨论暴露质疑韩春雨人士的科学基础严重薄弱。下面我先回顾一下相关概念。

顾名思义,pH 是氢离子的浓度指数 ,其定义是
 pH = - log [H+]
根据这个定义,纯水的 pH 值会随温度变化是显然的事情 -- 温度不同,水电离程度也不同。我们平时说的纯水 pH 值为 7 是摄氏25度的情况。我解释到水的中性意味着  [H+]=[OH-],这与 pH =7 是两个概念(注一)。

考虑到“体育老师”可能囿于定式思维,我很耐心地在网上找了课本。其中《Chemistry for the IB Diploma》(《中级文凭化学》)一书计算了温度 40摄氏度时纯水的 pH 值,根据这个温度的 Kw 系数为 2.92 x 10^-14, 算出 $pH = - \log_{10} (2.92\times 10^{-14})^{1/2} = 6.77$ 。  该书说明到, pH = 6.77 不意外着纯水具有酸性,而是说明不同温度中性 pH 值不同。书中特意画了一条曲线说明中性 pH 值随温度的变化。这个图很直观,我截图加上中文说明张贴如下(图示温度低于25度时,中性 pH 值大于7,高于25度,中性 pH 值小于7):

ph temp.jpg

《化学教学实践》(《Chemistry Education: Best Practices, Opportunities and Trends》)一书中也特意提到了纯水的 pH 值随温度的变化。书中总结教学经验:化学老师可以故意问学生水在40度的 pH 值是多少,学生很多会感到糊涂,原来 pH 值是7 并不是水(或者任何溶剂)中性的定义。(《化学教学实践》的两名作者均为 University of Alicante 的无机化学教授;《中级文凭化学》(剑桥出版社)的作者(Steve Owen)是剑桥大学的无机化学博士。) 另外,一本台湾的高考复习书中多道选择题是关于纯水 pH 值随温度的变化。(国内高考复习题应该也有)

本来应该以为上面的解答已经够清楚了。想不到得到的回应居然是:

wangpulw  2016-8-10 16:49 “还真有这样的教科书, 显然是误人子弟的, 不信, 用·PH试纸试试就可以了: 在任何温度下, 纯水的PH = 7.”
life110  2016-8-10 23:57 “现在基因编辑的国内国外圈子里面都达成共识了,韩春雨/沈啸是骗子集团都差不多要点名了。加一点NaOH在纯水中,pH值立马爆表,14是刚刚的。 你为什么不去问问隔壁化学系的老师?”
王又法:“陈楷翰,该你露一手了,PH=8的水到底是什么? 。。。。科学网上,我还是比较相信你。请你讲讲到底什么是PH=8 的水。”

上面几人的上述言论以及后续讨论可以看出其基本概念的缺乏。我已经在上面给出了参考资料,即使之前不懂,具备基本的阅读理解能力应该也可以看懂。在《专家:方舟子胡乱打假 NgAgo》一文中,我(引用领域专家的话)揭露方舟子对分子生物已经一窍不通。这个  pH 讨论暴露了韩春雨质疑者的囧状。


注一:从物理的角度,水可以视为下面可逆过程的平衡,水分成氢离子与氢氧离子,以及二者结合为水

H2O  <--->  H+  +  OH-

右边能量高于左边,根据玻尔兹曼分布 $H^{+} = e^{-\frac{\Delta E}{k_B T}}$ , 因此 $pH = - \log e^{-\frac{\Delta E}{k_B T}} \propto c/T$ c 为常数。换言之,纯水pH 值应该与绝对温度成反比关系。这与上面图中红线在室温附近基本吻合。



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