摘要：通过实验研究粉笔的主要成分，并判断其溶解性，确定其在何种溶液中溶解度大，借此解决平常粉笔制造及使用过程中粉笔末多的问题，并提出黑白擦制作与应用方法。

关键词：粉笔 硫酸钙 强酸 铵盐

一、提出问题

目前粉笔广泛应用于教学活动，而使用时产生的粉笔末却随空气进入老师及前排学生的呼吸道，不利于健康，并且给值日生造成很大的困难，因此我提出如何可以使粉笔尽量少的产生粉笔末，便利教学活动，并有利于师生身体健康。

二、实验确定粉笔主要成分及其在各种物质中溶解情况

（一）定性分析

1.研磨粉笔，使其成粉末状。

2.配成溶液。

3、取上层溶液倒入三个试管中，标号A、B、C。

4.分别向四个试管中加入氢氧化钡、碳酸钠、盐酸观察现象。

5.确定粉笔主要成分为硫酸钙。

6.再取上层溶液倒入四支试管中，分别加入盐酸、醋酸、醋酸铵，硫代硫酸钠，观察现象。

7.硫酸钙在盐酸、醋酸铵溶液、硫代硫酸钠溶液中溶解性较强。

（二）定量分析

三、实验原理解释

（一）粉笔的成分

粉笔是由硫酸钙的水合物（俗称生石膏）制成。也可加入各种颜料做成彩色粉笔。在制作过程中把生石膏加热到一定温度，使其部分脱水形成熟石膏，后将熟石膏加水搅拌成糊状，灌入模型凝固而成。生石膏变成熟石膏的反应为（加热）：

CaSO4·2H2O=CaSO4·H2O+H2O

熟石膏加水变成生石膏的反应为（常温）：

CaSO4·H2O+H2O=CaSO4·2H2O

硫酸钙是白色单斜结晶或结晶性粉末。无气味。有吸湿性。128℃失去1分子结晶水，163℃全部失水。溶于酸、硫代硫酸钠和铵盐溶液，溶于400份水，在热水中溶解较少，极慢溶于甘油，几乎不溶于乙醇和多数有机溶剂。相对密度2.32。有刺激性。通常含有2个结晶水，自然界中以石膏矿形式存在。硫酸钙可用作磨光粉、纸张填充物、气体干燥剂以及医疗上的石膏绷带，也用于冶金和农业等方面。

（二）硫酸钙溶于酸

根据盐效应理论，加入酸后，除钙离子与硫酸根离子以外的其它离子都不能形成沉淀。同时，由于离子强度增加，离子间的相互牵制作用加强，使得钙离子与硫酸根离子在硫酸钙表面碰撞的几率降低，硫酸钙的沉淀变得更加困难，增加了硫酸钙的溶解度。而且，由于硫酸根离子可与氢离子结合为硫酸氢根离子，生成硫酸氢钙（易溶于水）使硫酸钙的溶解度增加。

（三）硫酸钙溶于醋酸铵溶液

根据盐效应原理：

醋酸铵是强电解质，在水中完全电离CH3COONH4=CH3COO-+NH4+硫酸钙属微溶物质，微电离CaSO4=Ca2++SO42-SO42-与NH4+形成的硫酸铵极易溶于水，因此促进了硫酸钙的电离，使得CaSO4=Ca2++SO42-的反应向右，硫酸钙的溶解度增大。

（四）硫酸钙溶于硫代硫酸钠溶液

硫代硫酸钠，又名大苏打、海波，为单斜晶系白色结晶粉末，易溶于水，不溶于醇，用于分析试剂等，用途非常广泛。化学式：Na2S2O3，比重1.667，受热易分解。

络合（Complexation）是电子对给予体与电子接受体，互相作用而形成各种络合物的过程。给予体有原子或离子，不论构成单质或化合物，凡能提供电子对的物质；接受体有金属离子和有机化合物。分子或者离子与金属离子结合，形成很稳定的新的离子的过程就叫络合反应，也成配位反应。

硫代硫酸钠具有很强的络合能力，它的水溶液能溶解卤素，能跟溴化银形成络合物，反应式：AgBr+2Na2S2O3=NaBr+Na3[Ag（S2O3）2]，AgBr+2Na2S2O3=NaBr+Na3[Ag（S2O3）2]。硫酸钙溶于硫代硫酸钠溶液正是利用了络合反应，Ca离子作为络合物中心原子，生成硫代硫酸钙，可以溶解。

四、理论应用

一块黑板擦长12cm，宽5.5cm，高1.5cm，材料为毛毡（主要是羊毛和化纤合成），如果能将黑白擦用海绵制成，在每次使用前放在浓度较低醋酸铵的溶液中，再去擦黑板，可以减少产生粉笔末且易于清洗，简单用水冲洗即可。

参考文献：

[1]张英锋，张永安.新〈高中化学课程标准〉提高学生科学素养的理念[J].教育学报，2004，（11）：40-45.

[2]肖雁.运用联合试验设计法确定盐效应适宜条件的研究[D].河北工业大学，2004.

[3]潘晓梅，肖国民，杨志才.盐效应数学模型及盐效分离过程综述[A].第七届全国精细化学品化学学术会议论文集[C]，2004.

[4]杨林.金属络合反应的简介[DB/OL].上海轻工业研究所有限公司研发中心，2016-03-28.

（作者简介：仲凯音，山東省济南市山东省实验中学16级33班，学生。）