温度对溶液pH值影响的探讨.pdf

48 化学 教 学 2 O 0 3年 第 4期 5 1 1 0 两 溶液混合 一定会有沉淀 生成 由此 可 见 在 常 量 范 围 内用 氯 化 物 来 鉴 别 碳 酸 钠 和碳 酸氢钠溶液是 不可能做到 的 参 考 文献 1 马骁 朱 雪 龙 许 黎 中 编 高 中五 星级 题 库 r化 学 M 上 海 上 海科技 教 育 出版社 1 9 9 3 2 洪 东府 主 编 化 学 同 步 分 层 导 学 中 一 年级 用 M 上 海 上 海科 学技 术 出版社 2 0 0 1 温 度 对 溶 液 p H值 影 响 的探 讨 一 胡 金臣 象 山 中学 浙江 象 山 3 1 5 7 0 0 摘 要 本 文从 实 验 和理论 两 方 面探讨 了一些 电解 质溶 液 的 p H值 随温 度变 化 的情 况 特别 强 调 了温 度 变 化会 引 起 盐 的水解 平衡 的移 动 同时也 会 对水 的离 子积 产生 影 响 在 一些 电解 质 的水 溶 液 中 升温 使 溶 液 0 H一 增 大 但 电 解质溶液的 p H值不会因 O H一 的增大而增大 关 键词 温度 p H值 水 的 离子 积 电 离平衡 水解 平衡 文 章编 号 1 0 0 5 6 6 2 9 2 0 0 3 0 4 0 0 4 8 0 2 中图分 类号 G 6 3 2 4 7 9 文 献标 识码 C 1问题 的 提 出 下列水溶 液 在 升 温后 溶 液 的 p H值 增 大 的是 A N H 4 C l B N a 2 C O 3 C N a C 1 D H 2 S O 4 答 案 B 可以看 出命题 者本 想在 这 一知 识点 上有 所 突破 但 由于 自身 的思 维定 势 片面地 只考 虑温 度对 盐 的水 解 的 影 响 认 为 升 温 使 水 解 平 衡 向 正 方 向移 动 使 N a 2 C O 3 溶 液 O H一 增 大 p H值 也 增 大 而 忽 略 了 更为重要 的温 度也 会 对水 的离 子 积产生 影 响 从 而 得 出了错 误的结论 本文就这一 问题 从实验探究和 理论计算 来谈谈 自己粗浅 的看法 以供参考 2问题 探 讨 2 1 实验 探 讨 我们 分 别 对 一 些 酸 碱 盐 的水 溶 液 利用 D H 计测定其 在不 同温度下 的 p H值 观测 其 p H值 随温 度变 化 的情 况 实验所 用 的 D H计 是上海华 侨仪表 厂生 产 的 型号 为 P H s 一3 C 数 字 式 精 密 酸度 计 测定 结果 如下 表 1 溶液的 p H测定值 随温 度变化情况 温度 磬 藏 l0 2 O 3 0 4 0 5 0 纯 水 7 3 0 7 1 0 6 9 5 6 7 4 6 6 2 HCl 1 03 1 02 1 0 2 1 0l 1 02 HAe 2 90 2 8 9 2 8 7 2 8 7 2 85 Na 0H l 3 5 0 l 3 1 l 1 2 8 7 l 2 5 0 1 2 29 NH3 H2 O l 1 5l l1 2l 1 0 8 9 1 0 6 2 1 0 3 7 Na Cl 7 3 0 7 08 6 9 7 6 7l 6 59 Na Ae 9 1 9 9 oo 8 7 6 8 6 2 8 46 r N Cl 聂 3 焉 5 1 9 5加l3 4 8 7 4 7 3 溶 液 的 浓 度 为 0 1 O O mo l L 由上述实验的测试结果可知 除强酸 如盐酸 溶液外 当体 系的温度 升高 时 其 溶液 的 p H值都 呈 不 同程度 的下 降趋 势 2 2理 论 探 讨 2 2 1 p H值与 H 在 电解 质 的水 溶 液 中 一 定 同时 存 在 H 和 O H一 溶液的 p H值随 H 增大而减小 当温度一 定 时 H 与 O H一 的乘积 为一常数 p H值 又可表 示为 p H 一l g K l g O H一 即在 一定温度条件 下 为一常数 O H一 大 p H值 也就 大 但 如果 温度 发生变化 就 要 发生 变 化 那 么 O H一 大 p H值 不一定 就大 2 2 2温度与 当温度 一 定 时 在 纯 水 或 电懈 质 的稀 溶 液 中 H 与 O H一 的乘 积 为一 常 数 叫做 水 的离子 积 用 表示 温度 发生 变 化 时 水 的离子 积要 发 生变化 具体数据列表如下 表 2 水 的离子积常数随温度变化 的情 况 由上表可知 温 度对水 的电离有着 较大的影 响 在 2 5 时纯水 的 p H值 为 7 当温度变为 1 0 0 时r 纯 水 的 p H值就接近 于 6 此时 纯水 的 O H一 约 为 1 1 0 一m o l L 是 2 5 时 O H一 的 1 0倍 左右 但此 时纯 水 的 p H值与 2 5 时相 比却减小 了 1 2 2 3 温度与酸 碱 的电离平镄p 静数 维普资讯 2 0 0 3年 第 4期 问题 解答 与讨 论 4 9 弱酸 弱碱水 溶液存在 电离平衡 电离平衡 常数 可 以表 示 弱 电解 质 电 离 的 趋 势 大 小 值 越 大 表 示 电离程度越 大 电离 常 数 随温度 变化 而 变化 见 表 3 但 由于电离过程热 效应较小 温度对 电离常 数影 响不大 其数量 级一般不 变 与 相 比温度对 其影 响 相 对 表 3 H A e 和 N H 3 H 2 0电离平衡常数随温度变化的情况 温度 l 0 C 2 o 3 o 4 0 5 O KH A c 1 5 5 3 1 0 5 I 6 9 4 1 0 5 1 8 0 6 1 0 5 1 8 5 2 1 0 5 1 8 8 7 l O一 5 K N 3 I2 0 1 5 7 0 l O一 5 1 7 1 0 1 0 5 1 8 2 0 1 0 5 1 8 6 2 1 0 5 1 8 9 2 l O一 5 2 2 4温度对酸碱溶 液 p H值 的影 响 强酸 如 H C 1 在水 溶液 中全部 电离 HC 1 电离 出 的 H 抑 制 了水 的电离 对一般 浓度 的强酸溶 液 由 水 电离 出的 H H o z l 0 m o l L 相 对 于 H H c l 其 是 可 以忽 略 的 H C 1 的 电离 不 受 温 度 的 影 响 可 见 温 度对 盐 酸溶 液 的 p H 值 几乎 不产 生 影响 同理 温 度 对 碱 溶 液 几 乎 不 影 响 在弱 酸 溶 液 中 如 醋 酸 溶 液 H A c H A c 一 电离平衡 常 数表 达式 为 K A H A c 一 H A c 令 C H A 为醋 酸 的总浓 度 因为 HA c 溶 液 中 H 主要 由酸 电离 出来 的 而 且 H A c只极 少一 部 分 发 生 电离 即 有 H 一 A c 一 c H A H Ac C H A 一 A c 一 一 CH A c KH A H A c 一 H A c 一 H c H A H 一 KH A c C H A c 1 2 当温 度升高 时 A 增 大 H 也增 大 溶液 的 p H 值减小 因温度对 H A 影 响不 大 故温度 升高 醋酸 溶 液 p H值 变化 不大 实 验 的结果 也 是 如此 温度 从 1 0 变化到 5 0 溶 液的 p H值只减小 0 0 5 见表 1 对 弱碱如氨水溶液 也 是如 此 2 2 5 温度对 盐溶液 p H值 的影响 在强酸强碱盐 如 N a C 1 的水溶 液 中 溶 液呈 中 性 即 H O H一 K 温 度 对溶 液 p H值 的影 响 与 纯 水 的情 况 一 样 温度 升 高 增 大 H 增大 p H值减小 在弱酸强 碱盐 的水 溶 液 中 如 N a A c溶 液 A c 一 能与水 电离 的 H 结 合 成难 电离 的 H A c弱 电解 质 使水 的电离 向正 方 向移 动 A c 一 水 解 的离 子 反 应方 程式为 A c 一 H 0 一 H A c O H一 水解 的结果 使 溶液 O H一 大 于 H 溶液显 示碱 性 水解 平衡 常 数 可表 示 为 Kh O H一 H A c A c 一 H O H一 H A c H A c 一 H O H一 H A c 一 H A c J K KH A 因为 N a A c 溶液中 A c 一 只极少一部分发生水解 即有 O H一 H A c C N a A c 一 C N a 一 H A c CN A 则有 K H A I O H一 C N a A O H一 C N A K KH A 当温度升高 时 和 都 增 大 H 就增 大 溶 液 的 p H 值 减 小 由 表 2和 表 3所 列 和 H A 的 数据 可 理 论 计 算 出 1 0 至 5 0 C时 0 1 O O m o l L N a A c 溶 液 的 p H值 如 下 表 4 表 4 0 1 0 0 m o l L N a A c 溶液 1 0 C一 5 0 C 时 p H理论计算值 温 度 l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 一 l g K 1 4 5 4 1 4 1 7 l 3 8 3 l 3 5 5 l 3 2 6 一 l gKH A 4 8 0 9 4 7 7l 4 7 43 4 7 32 4 72 4 p H值 9 1 7 8 9 7 8 7 9 8 6 4 8 4 9 计 算 结果 表 明 0 1 0 0 m o l L N a A c溶 液 温 度 由 1 0 变化到 5 0 时 溶 液的 p H值 减小 了 0 6 8 实验 结果 与之基本符 合 同理在 强酸弱碱盐 的水溶 液 中 如 N c l 溶液 同样 可 得 Kh K KN H 3 H 2o H C N H c l K w KN H 一 o 2 当温 度 升高 时 和 一 0均 增 大 但 K K N H 1 H 1 o 值 还 是 增 大 的 即 H 增 大 p H 值 减 小 同样 由表 2和 表 3所 列 K 和 K o的数 据 可理 论计算 出 I O C至 5 0 C时 0 1 0 0 to o l L N H 4 C 1 溶 液 的 D H值 如 下 表 5 表 5 0 1 O O m o l L N H 4 C 1 溶液 1 0 C一 5 0 C 时 p H理论计算值 温度 l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 一 l g K 1 4 5 4 1 4 1 7 l 3 8 3 l 3 5 5 l 3 26 一 I gKN 3 I 1 0 4 8 0 4 4 7 6 7 4 7 4 0 4 7 3 0 4 7 2 3 p H值 5 3 7 5 2 0 5 o 5 4 9 l 4 7 7 从上述计算 结果可 以看 出 0 1 0 0 m o l L N n 4 C 1 溶 液 温度 由 I O C变化到 5 D 时 溶液 的 p H值 减小 了 0 6 0 实验结果与之也基 本符合 3 问 题 讨 论 综合上 述实 验和理 论两 方面 的探讨 结果是 完 全一致的 我们一般都认 为当氢氧根离子 浓度增大 时 氢离 子 浓度 减小 溶 液 的 p H值 也就 增 大 但 这 是建立 在 不 变的基础 上 当在 一些弱 酸强碱 盐 溶液中 如 N a A c N a 2 C O 3 溶液 如果不考虑水的离子 积不随温度升高而增 大 那么 当温 度 下转 2 5 维普资讯 2 0 0 3年 第 4期 研 究性学 习 2 5 中的葡萄糖 或氢 氧化钠 1 用西瓜汁 番茄 汁 代替葡 萄糖溶液 在 5 0 m L小 平 底 烧 瓶 中 依 次 加 入 1 5 mL西 瓜 汁 红 色 1 5 mL 4 的 氢 氧 化 钠 溶 液 3滴 0 2 的 亚 甲蓝溶 液 塞上橡皮 塞 振 荡溶液呈淡蓝色 蓝色和 红 色相 混合 的结果 静置 淡 蓝色 1 5秒 后消失 变 为红 色 再次振荡 红 色溶 液又呈淡蓝色 在 5 0 m L小 平 底 烧 瓶 中依 次加 入 1 5 m L番 茄 汁 棕黄色 1 5 mL4 的氢 氧化钠溶液 3滴 0 2 的亚 甲蓝溶液 塞上橡皮塞 振荡溶液呈浅绿色 蓝色和 棕黄色相混 合 的结果 静 置 浅绿色 1 0秒后 消失 变为棕黄色 再次振荡 棕黄色溶液又呈浅绿色 实验 中发现一些 反常 现象 西瓜汁 番茄汁 代 替 葡萄糖时混合溶液褪色要快得 多 而它们 中葡萄糖 含量并不是太高的 并且 相 同体积的番茄汁 比西瓜 汁的褪色要快 但番茄含葡萄糖 的量 比西瓜低 提 出假设 果 汁 中可 能有还 原性 比葡 萄糖更强 的物 质 例 如 维 生 素 C 是 不 是 西 瓜 汁 番 茄 汁 中的 V e 起还原 作用 验证 假 设 在 5 0 m L小 平 底 烧 瓶 中 依 次 加 入 1 5 mL V c银 翘 片 无 色 溶 液 活 性 炭 吸 附 过 滤 后 1 5 mL4 的 氢 氧化 钠溶 液 3滴 0 2 亚 甲蓝 溶液 塞上橡皮塞 振荡 溶液呈蓝色 静置 溶 液立刻 变为 无色 再 次振荡 无色溶液 又呈蓝色 得 出结 论 西 瓜汁 番茄 汁 可 以代 替 葡萄糖 进 行 蓝瓶子 实验 但西瓜 汁 番 茄汁 中的 v c 起 主要 还原作用 2 用 口碱 食用纯碱 代替氢 氧化钠 在 2 5 0 m L平 底 烧 瓶 中依 次 加 入 2 0 g口碱 8 0 m L 的蒸馏 水 1 6 g 葡萄糖 振荡 溶解后 再 滴入 4 6滴 0 2 的亚 甲蓝溶 液 塞上橡皮塞 振荡使 全部溶液 呈蓝 色 静 置 蓝色 2 5分 钟 后 变为 浅 蓝 色 轻微 变色 再次振 荡 浅蓝色溶液又呈蓝 色 得 出结论 用 口碱代替氢 氧化钠与亚 甲蓝 葡萄 糖混合做 蓝瓶子 实 验效果 不好 蓝色 溶液 变 为无 色 时 间过 长 3 用 V c代替葡萄糖 口碱代替氢 氧化钠 在 5 0 m L小平底烧瓶 中 依次加 入 1 5 mL V c银翘 片无 色 溶 液 吸 附 过 滤 后 1 5 m L 2 0 的 口碱 溶 液 3 滴 0 2 亚 甲蓝 溶液 塞 上橡 皮 塞 振 荡 溶 液 呈蓝 色 约 2分钟后 溶液 由蓝 色变 为无色 再次振荡 无 色 溶 液 又 呈 蓝 色 结论 可用 v c片 口碱 亚 甲蓝 的混 合 溶 液做 蓝 瓶 子 的 趣 味 实 验 3 几 点 说 明 1 本活动 比较安 全 且 围绕 变色原因的探究有 一 定的思维强度 寻找 葡萄糖 等替代 品的探究 可选 取生活 中常见 的物质 V c 银翘 片 果蔬汁 西瓜汁 番 茄 汁 口碱 进 行 实 验 这 对 启 迪 学 生 思 维 增 强 化 学实验 的亲和力都具 有一定的意义 2 蓝瓶子 实 验 的溶 液颜 色 变 化可 以持 续 1 2天 当溶 液变为 棕褐色 时 振 荡 溶人空 气不 能 回 复蓝 色 每次实验 滴人 的亚 甲蓝溶 液不能 过 多 否 则褪色 困