越州中學(xué)柴國英吳文中

1、探究醋酸銨對(duì)溶液酸堿性的影響差異性,越州中學(xué) 柴國英 吳文中,2018年浙江省教研規(guī)劃課題《基于學(xué)科理論認(rèn)知模型的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與疑難問題研究》立項(xiàng)編號(hào)：G18191,,,一、問題提出,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,醋酸鈉和醋酸銨對(duì)醋酸電離的影響,醋酸銨對(duì)醋酸鈉和氯化銨溶液酸堿性的影響,醋酸銨與氯化銨對(duì)醋酸鈉溶液酸堿性影響的差異性,三、理論分析,四、實(shí)驗(yàn)論證,五、獲得結(jié)論,二、錯(cuò)誤認(rèn)知,六、結(jié)束語,一、問題提出,CH3COONa溶液中加CH3COONH4后

2、，影響其酸堿性的粒子主要是NH4+離子，而影響對(duì)NH4Cl溶液酸堿性影響主要離子是CH3COO－。由此聯(lián)想到CH3COONH4對(duì)溶液酸堿性影響的復(fù)雜性，其溶液幾乎為中性，因此常被當(dāng)作一種“理想”試劑來研究某因子對(duì)化學(xué)過程的影響。,二、錯(cuò)誤認(rèn)知,[案例1]NH4Cl溶液可以使Mg(OH)2懸濁液變澄清主因是什么？ 李家郢的研究認(rèn)為NH4Cl溶液水解呈酸性，促進(jìn)下述平衡往溶解方向移動(dòng)。 Mg(OH)2

3、(s) == Mg2+(aq)+OH－(aq) 該研究忽略了NH4+對(duì)上述沉淀平衡的影響，采用CH3COONH4試劑來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，就是不錯(cuò)的選擇(控制變量)。,[案例2]在CH3COOH溶液中滴入CH3COONa溶液，CH3COOH溶液的酸性減弱的原因是什么？ 一般有兩種觀點(diǎn)：CH3COONa溶液水解為堿性，中和了溶液中的H+；CH3COONa溶液中CH3COO－抑制了CH3COOH的電離。 此時(shí)，同樣可以采用

4、在CH3COOH溶液滴入CH3COONH4溶液來說明CH3COONa溶液中到底哪種粒子對(duì)溶液酸堿性的影響是理智的。,[案例3]證明CH3COONa溶液存在水解平衡的事實(shí)：0.1mol/L的CH3COONa溶液中，滴入幾滴酚酞溶液，然后加入固體CH3COONH4固體 (且假定CH3COONH4溶液為中性)，觀察溶液顏色的變化； [結(jié)論]加CH3COONH4固體，使CH3COONa溶液水解平衡逆向移動(dòng)，溶液顏色變淺。,三、理論分析,

5、1、醋酸鈉和醋酸銨對(duì)醋酸電離的影響 CH3COONa或CH3COONH4加入到CH3COOH溶液中，CH3COOH溶液的酸性減弱，但影響力是否一樣？CH3COONH4溶液中的銨根離子對(duì)溶液的酸堿性影響可以忽略嗎？影響CH3COOH溶液酸性變化的主因是什么？,假設(shè)在1L0.01mol·L－1的CH3COOH溶液加入CH3COONa或CH3COONH4(體積變化忽略)后，溶液的pH為y，基于Wolfram Mathematica

6、軟件平臺(tái)可得相應(yīng)函數(shù)關(guān)系并作如下圖1：,由此可知：在CH3COOH溶液加少量CH3COONa或CH3COONH4時(shí)，對(duì)醋酸的電離平衡產(chǎn)生影響主要離子是CH3COO-。,2、醋酸鈉和醋酸銨對(duì)醋酸電離的影響 同樣方法，在CH3COONa或NH4Cl溶液中隨CH3COONH4固體的加入量與混合溶液pH的變化曲線，如圖2：,圖2 1L0.1mol·L－1的CH3COONa或NH4Cl溶液加入CH3COONH4固體后的pH變

7、化曲線,由此可知：若加入的CH3COONH4足夠多，最終溶液都體現(xiàn) 出CH3COONH4溶液本身的性質(zhì)。,3、CH3COONH4與NH4Cl對(duì)CH3COONa溶液酸堿性影響的差異性若CH3COONa溶液中引入CH3COO－后，其水解程度較??；若溶液中引入NH4+，因原溶液堿性較強(qiáng)，NH4+就與OH－發(fā)生離子反應(yīng)，由于其反應(yīng)量更大，則可認(rèn)為NH4+對(duì)CH3COONa溶液酸堿性的影響是主要的，為此作圖3加以比較：,圖3

8、1L0.1mol·L－1醋酸鈉溶液中加入醋酸銨或氯化銨的pH變化比較,由此可知：少量的CH3COONH4和NH4Cl對(duì)CH3COONa溶液堿性的影響力是一樣的；過量NH4Cl的加入，最終溶液為酸性。,考查[案例3]中的問題(見前文)：在CH3COONa溶液中加CH3COONH4固體后溶液堿性減弱能否證明水解平衡的存在。錯(cuò)誤認(rèn)知：大多數(shù)命題者認(rèn)為[案例3]的論述是正確的。,原因分析：使用CH3COONH4時(shí)沒有考慮NH4+對(duì)

9、水解平衡的影響，影響CH3COO－水解因素既有CH3COO－濃度增大的影響，還有NH4+的存在使得OH－離子濃度降低的影響，若假定CH3COO－+H2O == CH3COOH+OH－不存在，由于NH4+離子介入，也能使溶液的堿性減弱，溶液顏色也會(huì)變淺，因此[案例3]有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出現(xiàn)了科學(xué)性錯(cuò)誤。初步結(jié)論：在溶液中加CH3COONH4后，溶液的酸堿性，始終向CH3COONH4溶液性質(zhì)轉(zhuǎn)化，不管原溶液為酸性還是堿性，加了CH3COONH

10、4后，溶液的酸堿性向中性靠攏。在鹽酸中滴加CH3COONH4后，鹽酸轉(zhuǎn)化為CH3COOH和NH4Cl混溶液，混合溶液的酸性減弱；在NaOH溶液中加入CH3COONH4，NaOH溶液轉(zhuǎn)化為CH3COONa和氨水，混合溶液的堿性減弱。,CH3COONH4是否可以看作既是酸又是堿呢？ 酸堿質(zhì)子理論:可接受質(zhì)子粒子為堿，而能提供質(zhì)子的粒子即為酸，同時(shí)能接受質(zhì)子，也能提供質(zhì)子就是既是酸有時(shí)堿。在CH3COONH4溶液中存在的CH3CO

11、O－能接受H+，因此為堿，其中NH4+能提供質(zhì)子，因此又為酸；CH3COONH4溶液作為堿，是一種弱堿，其堿的電離常數(shù)實(shí)際上就是CH3COO－離子的水解常數(shù)為Kw/Ka= 5.68×10-10；CH3COONH4溶液作為酸，是一種弱酸，其酸的電離常數(shù)就是NH4+離子的水解常數(shù)為Kw/Kb=5.65×10-10。因此，CH3COONH4既可以當(dāng)作弱堿使用，也可以當(dāng)作弱酸看待，在碳酸鈉溶液中加入CH3COONH4，得到氨

12、水是可以想象的，那么用CH3COONH4來制備到氫氧化鐵是否可行呢(弱堿得到更弱的堿)？為此，設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證上述觀點(diǎn)是否適合。,四、實(shí)驗(yàn)論證,[實(shí)驗(yàn)1]在pH分別為1.0和2.0的FeCl3溶液中，慢慢加入CH3COONH4固體，溶液迅速出現(xiàn)紅棕色溶液，無丁達(dá)爾現(xiàn)象，查閱文獻(xiàn)，該溶液為堿式醋酸鐵，其化學(xué)式為FeOH(CH3COO)2，結(jié)構(gòu)式為：該實(shí)驗(yàn)充分說明:CH3COONH4溶液中NH4+的性質(zhì)—弱酸的性質(zhì)，使溶液的

13、pH增大，從而得到堿式醋酸鐵，以及CH3COO－的作用——CH3COO－與Fe3+的配合作用。,[實(shí)驗(yàn)2]在飽和Na2CO3溶液中慢慢加入CH3COONH4固體，有刺激性氣體產(chǎn)生，經(jīng)檢驗(yàn)該氣體是NH3 。該實(shí)驗(yàn)說明：在堿性溶液中， NH4+結(jié)合了溶液中的OH－轉(zhuǎn)化為NH3，溶液堿性減弱，而CH3COO－由于溶液中H+濃度很小，對(duì)溶液的酸堿性影響很小，如圖4就是在0.1mol·L－1Na2CO3溶液中加入CH3COONH4固體

14、后，溶液pH變化曲線，由于NaHCO3溶液中也呈堿性，因此在飽和NaHCO3溶液中，慢慢加入CH3COONH4固體，同樣有NH3產(chǎn)生，進(jìn)一步說明在堿性溶液中，NH4+的作用是主要的。,圖4 1L0.1mol·L－1碳酸鈉溶液中加入醋酸銨的pH變化曲線,當(dāng)溶液為酸性且酸性不很弱時(shí)，加入CH3COONH4后，NH4+對(duì)溶液的影響可以忽略不計(jì)，CH3COO－的存在，使得溶液酸性減弱；而當(dāng)溶液為堿性且堿性不很弱時(shí)，加入CH3COONH

15、4后，其CH3COO－對(duì)溶液的影響可以忽略不計(jì)，NH4+結(jié)合OH-，使得溶液堿性減弱。,五、獲得結(jié)論,,文獻(xiàn)采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)測(cè)定在0.1mol·L－1CH3COONa溶液逐漸加入飽和的CH3COONH4溶液，發(fā)現(xiàn)混合溶液的pH開始顯著下降，之后溶液的pH反而升高的反?，F(xiàn)象，文章的解釋是因?yàn)椋瑢?shí)際上，CH3COONH4溶液并非完全為中性，而是略為堿性，飽和的CH3COONH4的pH約為7.38。,正因CH3COONH4具有以上的特

16、殊性質(zhì)，因此其常作為一種緩沖溶液，在CH3COONH4溶液中加入NaOH或鹽酸后pH變化如圖5：,圖5 1L0.1mol·L－1醋酸銨溶液中加入NaOH或HCl后的pH變化曲線,但即便如此，也不會(huì)出現(xiàn)pH先下降又上升的反?，F(xiàn)象，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并無相應(yīng)闡述，經(jīng)分析，筆者認(rèn)為可能存在以下3個(gè)原因：（1）有效濃度發(fā)生變化，隨著混合溶液離子濃度的增大，對(duì)溶液H+活度產(chǎn)生 影響；（2）由于CH3COONH4固體溶液水時(shí)，熱效應(yīng)顯著，

17、在水中加入CH3COONH4固體溶 解后，溶液溫度由18℃下降為9℃，混合溶液體系溫度顯著降低，從而影響各 種平衡的電離常數(shù)，溫度降低顯著導(dǎo)致水的電離也收到較大影響，pH增大； 我們同時(shí)測(cè)定了在水中加入飽和醋酸銨溶液后溶液溫度的變化，發(fā)現(xiàn)溶液的 溫度由22℃升為25℃，溫度是升高的，但溫度變化幅度不高，此時(shí)，可能對(duì) 水電離的影響較小，但對(duì)CH3COO－水解影響可能較大，溶液的pH也同樣增大；（3）由于CH3COONH4溶液自身分

18、解影響了溶液的pH，有人做了如下實(shí)驗(yàn)： CH3COONH4濃度2%時(shí)分解溫度大約62℃ ，濃度10% 的分解溫度為52℃，而20%的分解溫度只有38℃。值得注意的是：CH3COONH4分解后得到的醋酸分子比氨氣更溶液逸出，CH3COONH4是一種有乙酸氣味的白色三角晶體的事實(shí)也說明其容易逸出乙酸。綜合上述多方面因素可能是造成混合溶液的pH反 而升高的反?，F(xiàn)象。,(2013·上海)H2S水溶液中存在電離平衡

19、H2S H++HS－和HS－ H++S2－， 若向H2S溶液中(C) A．加水，平衡向右移動(dòng)，溶液中氫離子濃度增大B．通入過量SO2氣體，平衡向左移動(dòng)，溶液pH值增大C．滴加新制氯水，平衡向左移動(dòng)，溶液pH值減小D．加入少量硫酸銅固體（忽略體積變化），溶液中所有離子濃度都減小對(duì)于該高考題，對(duì)于當(dāng)年的考生來說，不清楚上述平衡是如何移動(dòng)不會(huì)影響學(xué)生答題，因?yàn)閷W(xué)生可以依據(jù)四個(gè)選項(xiàng)的酸堿性變化來判

20、斷A、B、D選項(xiàng)是錯(cuò)誤的，這也許就是命題組的本意。筆者以為，在多重平衡存在的復(fù)雜體系中，讓學(xué)生來回答平衡怎么移動(dòng)是應(yīng)該避免的，化學(xué)平衡移動(dòng)原理(勒夏特列原理)實(shí)為熱力學(xué)層面上的原理，而非動(dòng)力學(xué)上的普遍性原理。某些溶液中，由于存在多個(gè)弱電解質(zhì)的平衡，因此研究其性質(zhì)時(shí)，僅定性分析是不夠的，有時(shí)甚至?xí)玫较喾吹慕Y(jié)論，但復(fù)雜的計(jì)算，對(duì)在大多數(shù)學(xué)生而言，也是不很現(xiàn)實(shí)。,六、結(jié)束語,LOREM IPSUM DOLOR LOR,LOREM IP