物理化学电势-pH实验教学的拓展与探索性分析.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.26 No.3 Jun.2023 物理化学电势-pH 实验教学的拓展与探索性分析张小艳1,白艳松2,彭圣明1(湘潭大学 1.化学学院;2.科技处,湖南 湘潭 411105)摘 要:电极电势-pH 图已广泛应用于湿法冶金、金属腐蚀和电极电镀等领域。物理化学实验中对电极电势-pH 图的常见测定方法和原理进行了阐述,如果在实验教学中对该实验进一步的拓展和探索,对于激发学生创新能力、培养科学素养必将大有裨益。通过电极电势-pH实验的教学过程,在常见测定方法的基础上,以激发学生科学实验的主动性和创新性为目的,深入探讨了 EDTA 酸效应的相关理论知识,系统分析了 EDTA 二钠盐和 EDTA 四钠盐对于待测定的 Fe3+/Fe2+-EDTA 体系电势-pH 图的影响。同时,通过实验方法的综合创新,对实验教学过程中出现的新问题、新现象进行了深入挖掘和系统探讨,培养并提高了学生独立开展实验研究、探索知识的浓厚兴趣。关键词:电势-氢离子浓度指数(pH);酸效应;乙二胺四乙酸二钠;乙二胺四乙酸四钠中图分类号:O647.3;G642 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.03.002Analysis of expansion and exploratory for the experiment teaching of potential-pH in the physical chemistryZHANG Xiaoyan1,BAI Yansong2,PENG Shengming1(1.College of Chemistry;2.Technology Department,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China)Abstract:The potential-pH diagram has been widely applied in various fields including the wet metal-lurgy,metal corrosion research,electrode electroplating,etc.,and the common determination methods and principles of potential-pH diagram for the physical chemistry experiment are describe.If the experi-ment is further expanded and explored in the experiment teaching,it will be highly beneficial to arouse the students creative abilities and cultivate their scientific literacy.Herein,in order to stimulate the in-itiative and innovation of students,the theoretical knowledge of acid effect for EDTA was deeply dis-cussed,and the effects of the EDTA-2Na salt and EDTA-4Na salt on the potential-pH diagram for the system of Fe3+/Fe2+-EDTA were systematically analyzed on the base of the common determination meth-ods of potential-pH diagram for the process of the experiment teaching.Meanwhile,the new problems and phenomena in the course of experimental teaching were also deeply explored and systematically dis-cussed with the help of the comprehensive innovation,achieving the goal of cultivating and improving the students strong interests of independent experimental study and exploring knowledge.Key words:potential-pH;acid effect;EDTA-2Na;EDTA-4Na 收稿日期:2021-08-22 修改日期:2022-05-26作者简介:张小艳,硕士,实验师,主要研究方向为电化学电极材料以及物理化学基础实验。E-mail:kld527 通讯作者:彭圣明,博士,副教授,主要研究方向为药物设计与合成以及化学本科教学管理。E-mail:基金项目:湖南省普通高等学校教学改革研究项目(项目编号:湘教通2019291);湘潭大学教学研究改革一般项目(项目编号:湘大教发20205 号)。物质的氧化还原能力可以用相对于标准氢电极(氢标电势)的电极电势来表示,一个电化学反应能否发生也可以通过各物质的电极电势大小来判断。研究表明,H+或者 OH-离子参加的电化学反应,物质的电极电势与溶液的 pH 值存在一定的函数关系,把该类物质反应的电极电势相对于溶液的 pH值作图,就可得到该反应体系的电势-pH 图(或者张小艳,等:物理化学电势-pH 实验教学的拓展与探索性分析称之为 Pourbaix 图)1。该图在 20 世纪首先由Pourbaix M 等研究金属腐蚀问题时提出,之后一些学者又对其进行了完善,建立了 90 多个元素体系在室温下的电势-pH 图2。利用体系的电势-pH图3,可以推断出在一定条件下体系反应进行的可能性、生成物的稳定性、反应限度和某种组分的优势区域,也可以对生产工艺进行理论解析、改善和优化。随着电势-pH 图的推广和广泛应用,目前已经在 20 多个学科领域采用测定物质体系的电势-pH图来指导相关的研究工作。电势-pH 图的测试绘制方法分为直接法和间接法。直接法是直接测定体系的电势和 pH 值4,间接法又分为阳极极化曲线法和循环伏安测定法5-6。另外,当研究体系中存在组分比较多、共存化学形态比较复杂时,我们可以借助计算机,利用计算机模拟图形算法,运用物质的热力学数据,通过计算机编程,可方便地绘制出物质体系的电势-pH 图7。“大学物理化学基础实验”开展的“电势-pH 图的测试实验”8包括了以下几个方面的内容:测定Fe3+/Fe2+-EDTA 体系在不同 pH 条件下的电极电势、了解电势-pH 图的实际意义以及该图的实际应用等。通过电势-pH 图测定的实验教学,可使学生掌握电极电势、pH 和电池电动势的测定原理和基本方法,培养学生的动手操作能力和求真务实的实验态度。在基础实验教学中,如果能对基础实验加以引申拓展,扩宽相应的化学知识,就能充分发挥、激发学生在科学实验方面积极思考的主观能动性,引导学生勇于探索,进而在基础实验教学过程中达到意想不到的教学效果。因此,为了在基础实验教学过程中对学生加以引申培养,实现基础实验教学更好的教学效果,在 Fe3+/Fe2+-EDTA 体系电势-pH图测定过程的基础上,对出现的新现象和新问题进行了系统阐述和深刻分析,从而把实验教学目的、得到的实验结果以及实验过程中运用相关知识体系解决遇到的具体问题很好地结合在了一起,以此激发学生对于科学实验的浓厚兴趣,培养他们的综合创新能力。在物理化学基础实验利用 Fe3+/Fe2+-EDTA体系测定电极电势-pH 图过程中,对于 Fe3+/Fe2+-EDTA 配合体系,低 pH 值时,Fe2+与 EDTA 形成FeHY-配合物(Y 表示 EDTA4-),Fe3+与 EDTA 形成 FeY-配合物;高 pH 值时,Fe2+与 EDTA 形成FeY2-配 合 物,Fe3+与 EDTA 形 成 FeOHY2-配 合物;中间 pH 范围时,Fe2+与 EDTA 形成 FeY2-配合物,Fe3+与 EDTA 形成 FeY-配合物。在不同的pH 值下,Fe3+/Fe2+与 EDTA 反应生成不同的配合物,体系发生不同的氧化还原反应8,最终导致电势-pH 图分成三个区间。但在实际的实验教学过程中,我们发现了一个有趣的现象:不同的EDTA 钠盐表现出的酸效应会影响 Fe3+或 Fe2+与EDTA 配合的稳定性,随着反应溶液体系 pH 值的改变,Fe3+或 Fe2+与 EDTA 在溶液中配合生成配合物的稳定常数(即配合物的累积稳定常数)会随之改变。另外,在上述实验中,经常用到的 EDTA 钠盐是EDTA 二钠盐二水化合物(H2EDTA-2Na,简写为EDTA-2Na),它是一种重要的配合剂,用于配合金属离子和分离金属,主要有稳定、凝固、抗氧化、防腐等功能。而 EDTA 四钠盐(简写为 EDTA-4Na)在物理化学基础实验中测定电极电势-pH 图实验中却很少用到。EDTA 四钠盐易溶于水,1%水溶液的 pH值约为 11.8,也是一种重要的配合剂及金属掩蔽剂。因此,在基础实验教学过程中,为了增加实验教学的趣味性和探索性,培养学生的实验兴趣、动手能力和科研创新能力9,我们引申并深入探讨了利用EDTA 四钠盐测定电极电势-pH 图,通过综合扩展相关化学知识,引导学生在开展实验和科研活动时养成深入探索、积极思考的好习惯。1 实验仪器、试剂及实验内容设计1.1 仪器PHS-3BW 微机型 pH 计(上海般特仪器制造有限公司);EM-3C 数字式电子电位差计(南京南大万和科技有限公司);ATY224 电子天平(日本岛津有限公司);雷磁 213 型铂电极;雷磁 232 型甘汞电极;微型磁力搅拌器等。1.2 试剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na,分析纯,含量99.0%,西陇科学股份有限公司);乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na,分析纯,含量99.0%,湖南汇虹试剂有限公司);六水三氯化铁(FeCl36H2O,分析纯,含量99.0%,天津市大茂化学试剂厂);四水氯化亚铁(FeCl24H2O,分析纯,含量99.7%,天津市大茂化学试剂厂);氢氧化钠(NaOH,分析纯,含量96.0%,天津市大茂化学试剂厂);盐酸(HCl,分析纯,含量 36.0%38.0%,成都市科隆化学品有限公司);pH 缓冲剂(上海雷磁创益仪器仪表有限公司)。1.3 实验内容设计实验开始前,对数字式电子电位差计 EM-3C5进行校准,用新配制的 pH=4.00 和 pH=6.86 标准缓冲溶液对 pH 酸度计进行两点式校准。同时,准备好实验中使用的 EDTA 钠盐(即 EDTA-2Na 和EDTA-4Na,分别加入 A、B 反应瓶中)备用。首先,按照实验教科书8中的实验步骤,标记为实验一。为了进行对比,变换实验一的实验条件,将 EDTA-2Na 和 EDTA-4Na 盐分别加入 C 和 D 反应瓶中,实验开始前使溶液的 pH 值较低,在实验过程中缓慢滴加 2.0 molL-1 NaOH 溶液,调节反应溶液的 pH值,使之从 2.0 到 8.0,并且每次 pH 值的变化间隔为 0.3,记录体系的 pH 值和电势,该实验标记为实验二。2 实验结果与讨论2.1 EDTA 酸效应分析当 EDTA-2Na 盐和 EDTA-4Na 盐分别加入 A、B 两个反应瓶中时,可以观察到 A 瓶溶液呈现浑浊,表明 EDTA-2Na 盐没有完全溶解;而 B 瓶溶液清澈,这表明加入的 EDTA-4Na 盐全部溶解。表 1 给出了 EDTA、EDTA-2Na 和 EDTA-4Na 在水中的溶解度和相关化学性质,从表中可以看出,22 时,EDTA-2Na 盐和 EDTA-4Na 盐在水中的溶解度分别为 10.8 g 和 60.0 g(22),EDTA-4Na 盐的溶解度比 EDTA-2Na 盐在 22时大得多,因此 B 反应瓶澄清,A 反应瓶浑浊。图 1(a)图 1(c)分别为 ED-TA、EDTA-2Na 和 EDTA-4Na 的分子结构示意图,图 1(d)显示了 EDTA4-H+体系中分布系数随 pH值变化的分布曲线10。查阅相关文献报道,图 1(d)中 A、B、C 三点 EDTA4-在水中的标准解离常数分别 为 Ka6=10-10.26、Ka5=10-6.16和 Ka4=10-2.6711。因此,H2EDTA2-水溶液的 pH 值近似可表示为(pKa4+pKa5)/2=4.415,EDTA4-水溶液的pH 值近似为 pKa6=10.26。在实际的实验过程中,我们通过 pH 酸度计测得的 A 反应瓶中溶液体系的初始 pH 值为 4.36,而B 反应瓶中溶液体系的 pH 值为 10.69。造成 A 反应瓶中溶液呈酸性,而 B 反应瓶中溶液呈碱性的主要原因是 EDTA4-是弱酸根离子,当 EDTA-4Na 盐溶解在水中时,EDTA4-与水中的 H+配合,溶液中的H+离子浓度减小,OH-离子浓度增加,使得溶液呈碱性;当 EDTA-2Na 溶解在水中时,H2EDTA2-会电解出 H+离子,使得所在溶液呈酸性。可以看出,实验过程中使用不同 EDTA 钠盐(EDTA-2Na 和 EDTA-4Na)实际测得的 pH 值与上述文献报道的 pH 值基本保持一致。表 1 EDTA、EDTA-2Na、EDTA-4Na 的基本性质EDTAEDTA-2NaEDTA-4Na摩尔质量(gmol-1)292.24336.21380.17溶解度g/100g 水(22)0.0210.860.0(80)23.661.0pH 4.41510.26价格(元)/500g172.0058.00126.0098%纯度98%纯度97%纯度图 1EDTA、EDTA-2Na、EDTA-4Na 的结构图与 EDTA4-H+体系的分布曲线(Y 表示 EDTA4-)2.2 条件稳定常数(K稳)的计算与分析EDTA4-是强碱,与 H+的结合能力比较强,不同的 pH 值条件下,EDTA4-有着不同的存在形式,如上图中的图 1(d)所示。所以在不同的 pH 值下,ED-TA 与金属离子进行配合时,应当考虑其酸效应对于体系的影响。如在 293 K 下,对 FeY2-和 FeY-的稳定常数(K稳)分别取对数,其对数值分别为 14.32 和25.112,则条件稳定常数 K稳的对数值(lgK稳)计算公式如方程式(1)所示13:lgK=lgK-lgYH()(1)其中,lgY(H)为 EDTA 的酸效应系数(即 lgY(H)(-),lgY(H)随 pH 值的变化如图 2 所示13。通过方程式(1),可以计算在不同 pH 值条件下 Fe2+与 EDTA 配合物的稳定常数对数值 lgK稳1(-)和 Fe3+与 EDTA 配合物的稳定常数对数值 lgK稳2(-),它们随 pH 值的变化趋势如图 2 所示。众所周知,对于稳定常数的对数值在 3 以下的配合物是不稳定的,当在低的 pH 值条件下(即 H+离子浓度比较大),Y(H)系数较大,也就是说酸效应比较大,则配合物的主反应不易进行,这时候条件稳定常6 张小艳,等:物理化学电势-pH 实验教学的拓展与探索性分析数较小。从图 2 中可以看出,对于 Fe2+与 EDTA 配合体系,当纵坐标配合物的稳定常数对数值 lgK稳1=3 时,对应的 pH 值在 2.5 左右。如体系的 pH 值继续减小(2.5),配合物 FeY2-开始变的不稳定,此时对应图 2 中的 j 点。而对于 Fe3+与 EDTA 配合体系,当其稳定常数的对数值 lgK稳2=3 时,对应的pH 值接近 0,此时配合物 FeY-才出现不稳定,此时对应图 2 中的 i 点。图 2 EDTA 酸效应系数 lgY(H)(-)、Fe2+与 EDTA 配合的 lgK稳1(-)、Fe3+与 EDTA 配合的 lgK稳 2(-)经过以上对于两种配合体系配合物稳定常数相对于溶液 pH 值变化情况的分析可知,在相同的 pH值条件下,两种体系配合物的稳定常数是不一致的,尤其是在 pH 值小于3 时,配合物 FeY-相比于 FeY2-更加稳定。因此,通过综合了解不同体系的酸效应对配合物稳定常数 K稳的影响,对于学生全面理解、深入分析电势-pH 图具有非常重要的实际意义。另外,通过上述知识点的深刻剖析和挖掘,有利于培养学生分析问题和总结归纳的能力。2.3 两种体系钠盐测定的电势-pH 图分析对于实验一:(1)7.0 g 的 EDTA 二钠盐(EDTA-2Na)加入 A 反应瓶,加入 60 mL 蒸馏水,接着在玻璃棒搅拌下加入一定量的 FeCl36H2O 和 FeCl24H2O。为了使加入的 EDTA 二钠盐完全溶解,缓慢向 A 反应瓶中缓慢加入 2.0 molL-1 NaOH 溶液,再调节溶液的 pH 值在 8.0 以上。此时再缓慢滴加4.0 molL-1 HCl 溶液,记录 HCl 溶液滴加过程中体系的一系列电势和 pH 值(该实验体系简写为S-2Na-1);(2)称取与 EDTA-2Na 相同摩尔数的EDTA 四钠盐(EDTA-4Na)8.5 g 加入 B 反应瓶,加入 60 mL 蒸馏水,在搅拌下加入一定量的 FeCl36H2O 和 FeCl24H2O。然后加入盐酸调节溶液的pH 值在 8.0 左右。实验开始后,缓慢滴加 4.0 molL-1 HCl 溶液,记录 HCl 溶液滴加过程中体系的一系列电势和 pH 值(该实验体系简写为 S-4Na-1)。对于实验二:(1)7.0 g 的 EDTA-2Na 加入 C 反应瓶中,加入60 mL 蒸馏水,接着在玻璃棒搅拌下加入一定量的 FeCl36H2O 和 FeCl24H2O,调节溶液的反应初始 pH 值为 2.0 左右。接着缓慢滴加2.0 molL-1 NaOH 溶液,在 pH 值为 2.08.0 范围内,记录 NaOH 溶液滴加过程中体系的一系列电势和 pH 值(该实验体系简写为 S-2Na-2);(2)称取与 EDTA-2Na 相同摩尔数的 EDTA 四钠盐(EDTA-4Na)8.5 g 加入 D 反应瓶中,加入 60 mL 蒸馏水,接着在玻璃棒搅拌下加入一定量的 FeCl36H2O 和FeCl24H2O,调节溶液的反应初始 pH 值为 2.0 左右。实验开始后,缓慢滴加 2.0 molL-1 NaOH 溶液,在 pH 值为 2.08.0 范围内,记录 NaOH 溶液滴加过程中体系的一系列电势和 pH 值(该实验体系简写为 S-4Na-2)。根据上述图 2 的分析结果可知,当 pH 值大于2.5 时,Fe2+与 EDTA 形成的配合物 FeY2-和 Fe3+与EDTA 形成的配合物 FeY-都非常稳定。另外,上述两组实验中,Fe2+、Fe3+都与 EDTA 发生配合的化学反应,并在一定条件下达到动态平衡,其化学反应式可表示为:FeY-+eFeY2-(2)则此时体系的电势为:=-RTFlnFeY2-FeY-(3)=-RTFlnFeY2-FeY-RTFlnmFeY2-mFeY-(4)利用方程式(3)和(4),可得到两种体系在不同pH 值条件的电势-pH 图,如图 3(a)所示。从图中可以看出,实验体系 S-2Na-1 与实验体系 S-4Na-1得到的电势-pH 图随 pH 值的变化趋势大体上是一致的。同时,从图 3(a)中还可以发现,两种体系测得的电势-pH 图都出现了“类平台区”。这主要是因为在同一个体系中,当溶液离子强度和温度一定时,可认为方程式(4)中的第二项为常数。同时当EDTA4-过量时,方程式(4)中的第三项比值为一定值,因此在发生化学反应(2)时,pH 值在一定范围内测得的电势-pH 图出现“类平台区”,此时两体系平台区域的电化学反应只与电极电位有关,与溶液的 pH 值无关,且在化学反应中只发生电子的转移,不产生氢离子。另外,在图 3(a)中通过比较发现,两种体系电势-pH 图的“类平台区”范围是不同的,存在着一定的差异。对于 S-2Na-1 体系,“类平台区”为 a b范围,对应 pH 值范围为 3.315.98(pH 差值DpH 7=2.67),电极电势为 0.137 V0.128 V(电极电势差值Dj=0.009 V);对于 S-4Na-1 体系,“类平台区”为 cd 范围,pH 值为 3.476.03(pH 差值DpH=2.56),电极电势为 0.125 V0.117 V(电势差值Dj=0.008 V)。相比较而言,S-2Na-1 体系有更宽的 pH“类平台区”更高的平台电势。这可能是由于对于 同 等 质 量 的 EDTA-2Na 和 EDTA-4Na,EDTA-2Na 摩尔质量较小,摩尔数大,在 EDTA4-过量的情况下,Fe2+和 Fe3+与 EDTA 近似于完全配合,剩余游离的 EDTA4-对所在溶液的离子强度产生影响,离子强度越大,的数值越小,因此方程式(4)中第二项的常数值小于 S-4Na-1 体系中的常数值,因此 S-2Na-1 体系响应的电势略高于 S-4Na-1 体系。但是无论哪种体系,实际测得的平台电势值与反应式(2)的理论电势值(0.134 V 或 0.120 V)都非常地接近14-15。改变实验条件(如上述实验二描述的实验步骤),使溶液的初始 pH 值为 2.0,测试 pH 值在 2.0至 8.0 范围内体系的电势和 pH 值,就得到实验二的 S-2Na-2 体系和 S-4Na-2 体系的电势-pH 图,如图 3(b)所示。在实验过程中的低 pH 值条件下,两个体系测得的电势数据结果都不稳定。这是由于pH 值越小,EDTA 酸效应系数值 lgY(H)越大,副反应也越大,条件稳定常数 K稳越小,配位反应越不完全,难以达到金属离子与 EDTA 的配位稳定。对于S-2Na-2 体系,pH 值为 3.3 时,测得的电势数据才开始稳定,图中“类平台区”为 ef 范围,对应的 pH值为 3.306.03(pH 差值DpH=2.73),电极电势j为 0.142 0.135 V(“类平台区”电势差值Dj=0.007 V);对于 S-4Na-2 体系,pH 值为 3.29 时,测得的电势数据开始稳定,图中“类平台区”为 gh 范围,pH 值为 3.295.95(pH 差值DpH=2.66),相对应的电势j为 0.1310.125 V(“类平台区”电势差值Dj=0.006 V)。对于两种体系,在高 pH 值条件下,他们的电势数据又表现出现了不稳定性的特征。这是因为对于 EDTA 配合体系,乙二胺四乙酸根是弱酸根,在酸性介质中不稳定而解离12。尤其对于 EDTA-4Na 盐,他的水溶液的 pH 值在 10 以上。因此,对于不同的测试体系,测试条件的选择需视体系的实际情况来确定。如图 3(b)电势-pH 图,他的测试条件需将溶液的 pH 值先由 8.0 逐渐调至3.0,直至溶液出现浑浊,才能得到较为稳定的 Fe3+/Fe2+-EDTA 体系电势-pH 图。通过以上分析,测定 Fe3+/Fe2+-EDTA 体系的电势-pH 图时,选择 EDTA-2Na 盐还是 EDTA-4Na 盐图 3 S-2Na-1 的j-pH(-)、S-4Na-1 的j-pH(-)、S-2Na-2 的j-pH(-)和 S-4Na-2 的j-pH(-)作为 EDTA4-离子的来源?总体来说,加入这两种配合剂测得的 Fe3+/Fe2+-EDTA 体系的电势-pH 图大体上保持一致,但是选择 EDTA-2Na 盐测得的电势-pH 图中的“类平台区”范围更广,这表明配合物FeY-和 FeY2-可以在更宽的 pH 值范围内稳定存在。对于这两种盐的选择,针对本次实验中,配合物FeY-和 FeY2-可以在更宽的 pH 值范围内稳定存在,也就是说配合物 FeY-和 FeY2-在 EDTA-4Na 盐体系中的某一点 pH 值时超出了平台范围,而在 EDTA-2Na 盐体系中该点 pH 值时在平台范围内时,选择EDTA-2Na 盐作为配合剂。然而,Fe3+/Fe2+-EDTA在其他体系比如科学研究或者实际生产中因不同的体系环境、不同的生产要求和不同的合成工艺,在测试 Fe3+/Fe2+-EDTA 体 系 电 势-pH 图 时 选 择EDTA-2Na 盐还是 EDTA-4Na 盐,还需要综合考虑成本的控制、原材料获取途径、对实验结果的影响以及产品的实际用途等多方面的因素,进而指导研究和产业化生产。3 结语高校理工科学生动手、实践和创新能力等多方面的培养一直是实验教学需要努力思考和探索的方向,而设计和开展扩展性、开放性以及综合性的实验是不可或缺的重要途径。EDTA-2Na 和 EDTA-4Na生产中用途广泛,在 Fe3+/Fe2+-EDTA 体系电势-pH图测试当中,两种 EDTA 钠盐都能出现很好的电势平台,且二钠盐测得的电势-pH 图中的电势平台更宽。通过利用两种不同体系测定电势-pH 图,综合运用所学化学知识,系统深入地剖析了电势-pH 图测定过程中的基本原理和涉及的相关知识,拓展了实验教学内容,并通过实验现象逐步引导学生探求存在的内在科学问题,这种教学模式对于激发学生开展实验的兴趣、培养学生独立的思考能力和促进学生创新能力的提高,从教学效果来看是非常有效的。因此,开展对基础实验进行有益的拓展和探索,(下转第 13 页)8 王永宝,等:大学生结构设计竞赛受压空心长杆屈曲试验研究4 结语本文通过对不同构件长度和截面形式的空心箱型杆件进行受压屈曲试验研究,主要得出以下结论:(1)受压空心长杆的极限承载力和荷质比随构件长度增加而逐渐减小,双层 0.5 mm 构件的荷质比在 50 140 N/g 之间,在 250 mm 长度时较高,但荷质比随杆长增加下降最快;单层 0.5 mm 和双层0.35 mm 构件在杆长小于 250 mm 时,也具有超过100 N/g 的荷质比,且随杆长增加降低较小。(2)现有关于竹材受压长柱极限承载力的计算公式能较为准确地计算受压空心箱型受压长杆的极限承载力,为偏于安全设计,对长细比小于 91 的构件,可取竹材的抗压强度为 30 MPa。(3)从不同队员的手工制作角度考虑,为提高整体模型的荷质比,取得优异成绩,应选择单层0.50 mm 或双层 0.35 mm 的受压空心短柱(长度小于 250 mm),但手工制作难度增大,应着重处理角点等容易出现损坏的位置;针对手工不太熟练的组队,为减少手工制作误差引起的结构损坏,可考虑采用双层 0.35 或 0.50 mm 的竹皮制作的箱型空心杆。参考文献(References):1 王永宝,靳瑾,张晋杰,等.基于课堂教学活动的结构设计竞赛培训制度J.教育教学论坛,2020(34):71-73.2 谢明志,杨永清,贾宏宇.土木工程实践教学创新与大学生结构设计竞赛耦合模式探析J.高等建筑教育,2020,29(5):137-142.3 李炜明,马腾飞.土木工程课程教学与结构设计竞赛融合模式的探索J.实验室研究与探索,2019,38(8):216-219.4 丁广龙,夏镇波,辛志宏,等.创新创业教育:新工科类大学生学科竞赛体系构建J.创新与创业教育,2019,10(2):121-125.5 邹翼,王庆,程玉珍,等.竹皮结构设计与制作分析J.高等建筑教育,2018,27(4):73-81.6 黄慧茵,冯锦垚,张兆劲,等.大学生结构设计大赛竹皮材料力学性能试验研究J.建筑建材装饰,2019(18):179-180.7 邵文琦,苏骏.第五届湖北省大学生结构设计竞赛实践与探讨J.教育教学论坛,2018(25):148-149.8 宋晓冰,吴晓昂,闫斌,等.大学生结构设计竞赛方案设计原则及案例分析J.力学与实践,2020,42(3):388-393.9 刘明晖,王伟.以结构设计竞赛为契机 培养学生创新实践能力J.实验室研究与探索,2013,32(4):238-242.10 贾新聪.结构竞赛模型材料物理力学性能及模型设计制作研究D.郑州:华北水利水电大学,2018.11 何春保,张兆劲,冯锦垚.结构设计竞赛科技创新试验项目的设计与实践J.力学与实践,2020,42(5):665-670.12 王磊,付果,吴仕荣.大跨屋盖结构设计研究 以第十届全国大学生结构设计竞赛为例J.福建建筑,2017(8):34-37,69.13 常海林,张旭钦,钱格军,等.大学生结构设计大赛材料力学性能试验研究J.高等建筑教育,2017,26(5):108-114.14 徐正明,罗兆辉,高占远.结构设计竞赛竹材的轴心抗压性能研究J.天津城建大学学报,2020,26(3):173-177.15 刘承斌,王步宇,孙凤钢,等.结构设计大赛材料性能试验J.实验室研究与探索,2007(10):181-182,185.(上接第 8 页)是培养、开拓学生综合素质和创新能力提高行之有效、且不可或缺的一种实验教学模式。参考文献(References):1 Pourbaix M.Corrosion,Passivite&Passivation du Fer.LeR le du pH et du Potentiel N.Thesis,CEBELCOR Publication F 21,Bruxelles,1945.2 杨武.电位-pH 平衡图的习惯表达方法J.腐蚀与防护,1999,20(2):90.3 马旻锐,曾英,周梅.金属电势-pH 图的研究及应用J.广东微量元素科学,2008,15(11):7-12.4 戴厚晨,于先进.Au(Ag)-CN-H2O 系电位-pH 图的实验研究J.有色矿冶,1998(1):30.5 陈小文,白新德,薛祥义,等.电位-pH 平衡图及其在核材料腐蚀研究中的应用J.清华大学学报(自然科学版),2002,42(5):92.6 努丽燕娜,王保峰.实验点化学M.北京:化学工业出版社,2007:137.7 Linksonpb,Phillipsbd,Rowlescd.Computer methods for the gen-eration of Eh-pH diagramsJ.Minerals Science and Engineer-ing,1979,11(2):65.8 刘展鹏,易兵.物理化学实验M.湘潭:湘潭大学出版社,2009.9 王女,赵勇,刘兆阅,等.理论教学与实践教学互相渗透的物理化学教学模式探讨J.大学化学,2020,35(3):26-31.10 LSucha,S Kotrly.Solution equilibria in analytical chemistryM.Van Nostrand Reinhold,London,1972.11 曹锡章,宋天佑,王杏乔,等.无机化学M.北京:高等教育出版社,1977.12 武汉大学,吉林大学.无机化学(下册)M.北京:高等教育出版社,1994.13 任飞,宫葵,夏鸣.普通化学M.北京:清华大学出版社,2014.14 华南平,王苹.大学化学实验电势-pH 曲线测定探讨J.大学化学,2007,22(1):54-58.15 朱清时.配位化学M.北京:科学出版社,2012.31