中学化学教学参考

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借助传感器探究醋酸铵对同类盐水解的影响——以醋酸钠和氯化铵为例

  

摘要:借助pH传感器、滴数传感器等探究CH3COON城对同类盐(CH3COONaNH4Cl为例)水解的影响,说明CH3COONH;加入同类盐溶液时,NH4OH一的结合或CH,C00一与H+的结合远远大于同离子(CH3C00一或NH;)浓度增大对同类盐溶液水解平衡移动的影响。另外,对于醋酸盐来说,加入CH3COONH,的量不同,溶液pH的变化也不同。

关键词:CH3COONH,CH3COONa,NH4Cl

正文由《中学化学教学参考》杂志整理。

水解

一、提出问题

CH3COONH4是弱酸弱碱盐,在水溶液中能够发生水解,但它又不同于其他能够发生水解的盐类(如强酸弱碱盐或弱酸强碱盐等),因为这些盐类的水溶液常常呈酸性或碱性,而CH,COONH4溶液呈中性。正是由于这一特殊性,很多学生甚至一部分教师在讨论CH,COONHQ对同类盐溶液水解的影响时,常常认为:“将CH3COONH。加人CH3COONa溶液时,相当于增大溶液中CH3C00一的浓度,使溶液的水解平衡朝正向移动。”认为既然CH3COONH,溶液呈中性,它对CH,COONa溶液pH变化不会有明显的影响,但是最终的结果是溶液中CH3C00一的浓度增大,使溶液的水解平衡朝正向移动,OH一浓度增大,溶液的pH变大。从理论上分析,还存在另一种可能。由于CCOONa溶液中有CC00+HZ0CCOOH+OH一,往CCOONa溶液加人CH3COONH4时,溶液中CC00一浓度增大,而新加人的}4十会与OH一结合生成NH3}H20使OH一减少,从水解反应的方程式可看出,CH3C00一浓度的增加与OH一浓度的减少都促使水解平衡朝正方向移动;但同时我们也发现,CC00一浓度的增加,使溶液中OH一浓度增加,而加人的}4‘与OH一结合生成NH3.H20则使OH一浓度减小。那么,这“一增一减”,哪一种因素对水解平衡移动的影响更大呢?水解平衡移动造成溶液pH如何变化呢?是否因为CH3COONH4溶液呈中性,从而使}4+OH一结合的影响就不明显而可以忽略呢?为了全面了解溶液呈中性的CH3COONH,对其同类盐溶液水解的影响,我们选择了CCOONaNH4C1两种盐作为代表进行相关研究。

二、实验设计

CH3COONa溶液类似,在NH4Cl溶液中有T7U4++01}3.0+H',向NH4CI溶液中加入CH3COONH,时,}4‘浓度增大及CH,C00一与H十结合生成CCOOH都使NH,C1溶液水解平衡朝正向移动,并且同样存在“}4+浓度增加造成H’浓度增加,CH3C00一与H'结合造成H十浓度减小的“一增一减”两种变化。因此,为了更好地呈现CCOONH4对其同类盐水解的影响,我们借助pH传感器、滴数传感器等实验手段进行实验研究,动态监测将CCOONH4溶液逐滴加人同类盐溶液时溶液pH的变化,通过pH的变化进行分析与判断。当然,加人CCOONH4溶液的原因是考虑到加人CCOONH,固体可能会掩盖溶液pH的微小变化。相关实验设计见表(略)1、表20

三、实验探究

1.实验用品

计算机、威尼尔数据采集器、pH传感器、滴数传感器及其附件(滴定针筒等)、烧杯(100mL)、铁架台、铁夹、磁力搅拌器、磁子、滤纸、蒸馏水、0.1mol/LCH,COONa溶液、0.1mol/LNH4C1溶液、0.1mol/LCH3COONH,}溶液、饱和CH,COONH}溶液(其浓度约为19.22mol/L)

2.实验装置

实验装置如图(略)1所示。

3实验步骤

(1)将滴数传感器、pH传感器、数据采集器、计算机等相连,并打开LoggerPro软件。

(2)准确量取30mL0.Imol/LCH,COONa溶液于烧杯中,放人磁子,把烧杯置于磁力搅拌器托盘上并开始搅拌。

(3)用滴定针筒取约65mL0.1mol/LCH3COONHQ溶液,用铁夹固定好,如图(略)1所示。

(4)观察屏幕仪表上pH趋于稳定,启动“采集”按钮,旋开滴定容器活塞,CH,COONH}溶液开始滴人0.1mol/LCH,COONa溶液中,计算机显示CHiCOONa溶液pHCHICOONH、溶液体积变化数据和曲线;待滴入CH,COONH、溶液体积约为60mL时,点击“停止”按钮停止数据采集,然后选定菜单“实验”中的“保存最新数据”,结果如图(略)2中曲线①所示。(5)按照前面②③④组实验设计要求重复以上(2)(3>(4)步骤,即可得到图2中②③④组实验中溶液pH的变化曲线‘图3和图4是图2部分实验的放大比

4.实验分析

CH,COONa溶液中有CH,C00-+H,0CH,COON+OH〕由图2中曲线①可知,将0.1mol/LCHjCOONH,溶液滴人0.lmol/LCH}COONa溶液时,溶液的pH先是大幅下降,然后再趋于缓慢下降,说明溶液中OH一浓度急剧减小然后再趋于缓慢减小。由于加人的CHaGOONH}溶液与CH,COONa溶液等浓度,故溶液中CH}C00一的浓度基本不变,对平衡移动应该没有影响;因此可推断OH一浓度急剧减小是由于新加人的NHSOH一结合生成NH,"H}0的缘故,这种结合对CH,COONa溶液水解有非常明显的影响。由图2中曲线②可知,将饱和CH3COONH}溶液滴人0.Imol/LCH,COONa溶液时,溶液pH瞬间呈直线下降

1降至最低点后又逐渐缓慢上升趋于平缓,说明在这个水解平衡移动中,由于CH3C00一浓度增大造成OH一浓度的增加不能抵消由于NHS‘与OH一结合生成NH,"H=0而造成OH一浓度的减小,实际上就是NHS十与OH一结合对CH,COONa溶液水解平衡移动的影响更大。

(2)NH}CI溶液中有NHS'+Hz0}NH,·H=0+H+。由图2中曲线③④可知,将CH3COONH4溶液滴入NH},CI溶液时,溶液pH瞬时上升,且CH,COONH、溶液浓度越大,pH上升的幅度越大,同样说明CH3C00"H‘结合远比NHa‘浓度增加对CH,COONa溶液水解平衡移动的影响要大。

(3)需要说明的是,一般认为CH,COONH4溶液呈中性,但实际上NHa·H,0的电离常数((1.774x10-5略大于CH,COOH的电离常数(1.76x10-5)}',因此CH,COONH;溶液的pH并不等于7,而是稍微大于7,本实验条件下所测的饱和CH,COONHQ溶液pH}7.38。因此加入一定量饱和CH3COONHQ溶液后,随着NH4十与OH一不断结合,OH一不断减少,pH下降至最低值,而后因为CH3COONH4溶液pH稍大于7,所以溶液pH又缓慢上升;但实验曲线①却是一直呈下降趋势,是因为所加的CH3COONH,溶液量还不足。利用图3中第②组实验数据统计粗略计算:实验②中pH最低时所加人的n(NH4.)(3.3=1000)Lx19.22mol/L0.0634mol,欲想达到0.0634mol,则最少需要0.1mol/LCH3COONH,溶液为0.0634mol:0.1mol/L634mL,显然与目前实验②中滴人的60mL相差很多,当然还是呈缓慢下降趋势而尚未出现最小值。其次,由实验曲线③和④可知,溶液的pH随着CH3COONHQ溶液的加入一直呈增大趋势,而从图4可知加人约8.0mL饱和CH3COONHQ溶液后,溶液的pH则超过7,并一直缓慢上升,由此也印证了CH3COONHQ溶液pH稍微大于7,呈弱碱性。(4)当然,在实验数据中还发现:饱和CH3COONHq溶液和0.1mol/LCH3COONa溶液混合后溶液的pH最低约为7.10,皆低于0.1mol/LCH3COONa溶液pH(从图3实验数据可知约等于8.40)和饱和CH,COONHa溶液pH(约等于7.38),这有别于一般情况下两种溶液混合后pH应该居于两种溶液pH之间。分析其中的原因,可能是此时溶液中NH4+CH3C00一的水解程度一致,使溶液趋于中性,而在该实验条件下所测蒸馏水pH也约等于7.10,猜想应该是合理的。

四、实验结论

综上所述,尽管CH3COONH4水溶液几乎呈中性,但是绝不能忽略它与同类盐(即醋酸盐或钱盐)溶液发生的双水解反应,即CH3COONHQ加人同类盐(醋酸盐或按盐)溶液时,NHQ十与OH一的结合或CH3C00一与H十的结合远远大于同离子(CH3C00一或NH,)浓度增大对同类盐溶液水解平衡移动的影响。另外,对于醋酸盐来说,加人CH3COONH4的量不同,溶液pH的变化也不同。

参考文献

[1」北京师范大学无机化学教研室,华中师范大学无机化学教研室,南京师范大学无机化学教研室,无机化学(上册)[M].4.北京:高等教育出版社,2008.

期刊简介

主管单位:中华人民共和国教育部
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国际刊号:ISSN 1002-2201
国内刊号:CN 61-1034/G4
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