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6 O 化学教育 2 0 0 9年第 7 期 绿茶汁鉴别碳酸钠与碳酸氢钠溶液实验及机理探讨 龙 琪朱子丰 王林 ( 南京晓庄学 院化学系 江苏南京2 1 1 1 7 1 ) 摘 要 绿茶汁滴入 Na HC O 。溶液显浅茶色, 再滴加稀硫酸颜色不变, 有大量气泡产 生。绿茶 汁滴入 Na C O。 溶液显清亮的深茶色, 再滴加适量 的稀硫 酸以后 , 颜色突然变浅, 有大量 气泡产生。 计算发现, N a HC O。 和 Na 。 C O 。 溶液的浓度对实验现象基本没有影响。 关键词 碳酸钠 指示剂 绿茶汁 碳酸氢钠 机理 Na C O 。与 Na HC O。溶 液 的 鉴定 一般 采 用 C a C 1 。 溶液或者酚酞指示剂 。为了增加该实验的趣 味性和生活性 , 我们采用绿茶 汁进行鉴别。该 实验 原料廉价易得 , 操作简单 , 现象明显 , 成功率高 。 1 实验步骤与现象 ( 1 )泡绿茶汁: 与平时生活中的泡茶方法一样 , 在 1 0 0 mL小烧杯中放人一袋 5 0 g的“ 立顿” 牌绿茶 茶包 ( 在超市中能很方便地买到“ 立顿” 牌绿茶茶包 , 5 0 g 包 , 制造商为联合利 华( 中国) 有限公 司, 产地 为上海) , 加入沸水 5 0 mI 泡制 2 3 rai n即可使用 。 ( 2 )分别向 Na z C O。 溶液与 Na HC O 。 溶液 中滴 加 5滴绿茶汁, 发现 Na HC O 。 溶 液的颜色很淡 , 接 近绿茶直接用水稀释后的颜色, 而 Na 。 C O。 溶液 的 颜色很深 , 相当于久置浓茶水 的颜色 , 但比浓茶水更 为清亮。 ( 3 )为了进一步确认 , 分别 向上述 2种溶液中 逐滴加入稀硫酸。浅色的 Na HC O。 溶液颜色不变 , 同时有大量气泡产生。深色的 Na 。 C O。 溶液一开始 无颜色变化 , 只有少量的局部气泡 ; 后来出现颜色突 然变浅的现象 , 再继续滴加稀硫酸 , 溶液颜色不再变 化 , 并产生大量气 泡。整个 过程 的实验现象如表 1 所示 。 、 表1 绿茶汁鉴别N a H C O 3 溶液和N a 2 C O 3 溶液酌实验现象 实验 步骤 Na HC O 3溶液 Na 2 C O3 溶液 1 滴加 5 滴绿茶汁 浅茶色 深茶色 , 清亮 2 不 断 一开始无颜 色变化 , 局部有 滴入稀 硫 颜 色始 终 不 变 , 有 大 较少气 泡 ; 继续 滴 加硫 酸 , 量气泡产生 后来颜色突然变浅 , 有 大量 酸 气泡产生 2 机理探讨 2 1 绿茶汁的变色原理 绿茶的主要成分为茶多酚、 氨基酸、 咖啡碱等有 机酸碱 , 当溶液的 p H改变时 , 其本身结构发生变化 而引起颜 色改 变。文献显 示 1 , 绿茶 汁变 色 时的 p H 范围是 8 1 8 2 。溶液 p H 小于 8 1时为淡黄 色或无色 , 溶 液 p H 大于 8 2为深黄色或黄褐 色。 不 同品牌的绿茶汁变色范围略有差异 。 为了检验上述变色原理 , 我们分别 向 3 0 mL的 蒸馏水 、 0 1 mo l L H2 S O4 、 0 1 mo l L Na HC 0 3 、 0 1 mo l L Na 2 C ( ) 3 、 0 1 mo l L Na OH溶液中滴加 相同滴数的绿茶汁 , 发现前 3者颜色很淡 , 相当于茶 叶水稀释后的颜 色。后 2者颜色相 同, 颜色深度与 浓茶水相当, 为黄褐色, 稍亮 。 2 2 N a 2 C O 3溶液与 Na H C O 3 溶液 p H的计算 2 2 1 Na 2 C O 3 溶液的 p H Na 。 C O。 溶液 p H 的计算属于二元弱碱 的计算 类型 , 相应的电离常数为 : Kb 1 一 = = = _ 1 8 1 0 叫 K b 2一 K 一 1 0 1 0 K l 4 3 1 0 一 一 2 3 1 0 6 当 c ( Na 2 C O 。 ) 0 0 9 mo l L时, 满足用最简式 计算的下列条件 : 5 0 0;c K b 2 0 K ; 2 0 K , 2 0 K c K 2 O K 。查表知 K 一4 3 1 0 , K 一5 6 1 0 _ 。 。 满足最简式计算条件的最低浓度为 c 3 6 1 0 , 一 般实验都能满足这个浓度 范围。因此 , Na HC O。 溶液的p H计算可以采用最简式 c ( H ) 一K K 。 计算 , 结果为 8 3 , 并且最简式 与浓度无关 , 因为在 误差允许范 围内的近似处理忽略了浓度 的影响 。所 以, 在一般情况下, Na HC O 。 溶液的 p H受浓度影响 非常小 , 基本稳定在 8 3左右。 2 3 对绿茶汁鉴别 N a 2 C O 3与 N a HC Oa溶液 实验 现 象 的解 释 由上述计算 可知 , Na HC O 。溶液 的 p H 在 8 3 附近 , 绿茶汁 的 p H 变色范 围是 8 1 8 2 , 考虑到 不 同品牌 的绿茶 在变 色范 围上 会 略有 差异 , 因此 Na HC O。 溶液恰好使绿茶汁显浅色 。而 Na C O 。 溶 液的 p H 处于使绿茶汁显深色的 p H 范 围, 因此 向 Na z C O。 溶液滴入绿茶汁显深 色。 为 了进 一 步 确 认 , 需 要 加 入 稀 硫 酸 再 鉴 别 。 Na HC O。 溶液 中加稀 硫酸 , 立刻发 生酸碱 反应 , 产 生大量二氧化碳气 体 , 同时溶液 的 p H 很 快降低 。 而 Na z C Os 溶液 中加 稀硫 酸 , 立刻 形成 Na C O。 一 Na HC O。 缓 冲溶液 , 它对溶液 的 p H 具有较 强的缓 冲作用 , 所 以一 开始加 入硫 酸 , 溶 液 的 p H 变化 很 小 , 根 据 缓 冲 溶 液 的 计 算 公 式 c(H+)一 K 算出, 该溶液的 p H 在 1 0 3附近缓 ( 上 接第 5 9页 ) 慢降低 。直 到 Na 2 C O 完全 消耗 掉 , 这 时溶 液 由 Na 2 C ( ) 3 Na HC ( 缓冲溶 液变成 Na HC K h溶液, 并 伴有一个 p H 突变, 该突变使得溶液颜色突然变浅 。 为 了验证上述解释 , 我们又用酚酞作 了验证 , 得 到了表 2所列现象 。 表 2 酚酞鉴别 Na l t C O a溶液和 N a 2 C O3溶液 实验 现象证实 了我们 的解 释 。酚酞 的 p H 变 色 范围是 8 1 0 , Na HC O。溶 液 的 p H 基 本 稳 定 在 8 3左右 , Na C O。 溶液 的 p H 在 1 0以上 , 因此 加入 酚酞 以后 , Na HC O。 溶 液显 浅红 , Na C 0= 溶 液 显 深 红 ,且 浓 度 大 小 不 影 响 颜 色 深 浅 。 Na HC O。 溶液 中滴 人 稀 硫 酸 , 溶 液 的 p H 很 快 由 8 3降到 8以下 , 处于酚酞 无色 的 p H范 围 , 所 以 浅红色很快褪 为无色 。而 Na 。 C O 。溶液 中滴 人稀 硫 酸先 得 到缓 冲 溶 液 , p H 在 1 0 3左 右 缓 慢 变 化 , 仍然处 于酚酞显红色 的 p H 范 围, 所 以一开始 滴 加无颜 色 变化 。直 到 Na CO。 消耗 完 毕 , 溶 液 变成 了 Na HC O。 , p H突然 变小 , 溶 液颜 色才 突然 变 浅 。 参考文献 1 韦友欢等 南 宁师范高等专科 学校学报 , 2 0 0 1 , ( 4 ) : 7 37 4 的 Na 0H溶液又和易拉罐 的铝反应 , 产生 了氢气 , 使易拉罐 内部压强增大 , 使易拉罐鼓起来 。 l 1 氢氧化钠与二氧化碳 的反应 改为“ 自动膨胀 的 气球” 实验 : 在圆底烧瓶 中收集满 C O。 气体。在一玻 璃导管一端固定一个小气球 , 通过单孔塞将气球放 到烧 瓶底 部 , 用注射 器l 4 从单 孔 塞 向烧瓶 中注入 Na OH溶液 , 片刻后气球 自动膨胀起来 。 原理 : C Oz 和 Na ( ) H 溶液反应 的过程 中, 使烧 瓶 内部压强减少 , 气球始终和大气相通 , 在外界大气 压 的作用下 , 使气球 自动胀大 。 通过对 教材 中实验 的改进取得 了 比较好 的效 果 , 不仅加深了学生对知识点的理解 , 同时激发了学 生学习化学 的兴趣 , 学生不 断利用所学 的知识 自己 做一些更有趣的实验 , 从而培养 了学生的创造能力。 参考
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