用数字化实验探析某些并存复分解反应顺序

1、用数字化实验探析某些并存复分解反应顺序摘要：基于ph传感技术的数字化实验，结合平衡 常数和共存离子浓度的计算与讨论，探讨了在硫酸和硫酸铜 溶液中滴加氢氧化钠、在稀盐酸和氯化钙溶液中滴加碳酸 钠、在碳酸钠和氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸等过程的ph变 化，认为这些体系中并存的复分解反应可以看作能先后发 生。这为消除此类教学盲点和展开类似的探究教学提供了一 些有益的参考。关键词：数字化实验；ph传感器；复分解反应顺序；实 验探究文章编号：1005 - 6629 （2013） 11 - 0051 - 03 中图分 类号：g633. 8文献标识码：b在近几年的中考化学试卷中，类似下题的考查往往给初 三化学带

2、来了新的教学盲点。例如（2013年山东日照14题） 向烧杯中逐滴加入x溶液至过量（图甲），生成沉淀或气体 的质量与加入x溶液的质量关系符合图乙的是（）0显然答案a选项的考查点是复分解反应的发生有先后顺 序：稀硫酸和氢氧化钠反应在先，所以开始沉淀不出现，待 此中和反应结束后，硫酸铜再和氢氧化钠反应产生氢氧化铜 沉淀。但是在教学实践中我们发现由于试管实验现象不清晰(何时沉淀？沉淀量何时达到最大？),所以不能很肯定地 得出结论：到底有没有明显的先后反应呢？这种“解题思 路”若不讲学生中考可能失分，若讲心里又没底，只好含糊 地用所谓的“教学经验”告诫学生：“在两个并存的复分解 反应体系中，中和优先。”

3、这样的机械化教学显然有悖于 2011版新课标“充分发挥实验的教育功能”的理念，不利于 培养学生的质疑精神。能不能用更好的实验加以验证？这样 的"经验”能不能得到理论解释呢？我们想到体系中的ph 是一个很好的参照对象，它容易被测，数值稳定、重现性好, 而且不受产生沉淀或气体的干扰。为此设计了运用基于ph 传感技术的数字化实验，获得了在稀硫酸和硫酸铜混合溶液 中滴加氢氧化钠时ph的变化曲线(同上题选项a的情景)。1实验试剂及仪器0. 1 mol/l 的 naoh 溶液、0. 1 mol/l 的 cus04 溶液、0. 1 mol/l的稀硫酸、0.1 mol/l的cus04和硫酸混合溶液。

4、爱迪生公司的ph传感器、数据采集器、安装edislab 软件的电脑及铁架台、聚四氟乙烯滴定管、烧杯、磁力搅拌 器。2实验过程(1) 在500 ml的烧杯中盛放20 ml的稀硫酸，加水稀 释至约150 nil。将烧杯放在磁力搅拌器上，调整铁架台位置。(2) 在滴定管中装入足量的naoh溶液，固定在铁架台 上，连接好ph传感器、数据采集器和电脑，将传感器放入 烧杯中，启动软件。(3) 打开磁力搅拌器，滴加naoh溶液，若滴定管中 溶液不足，可继续添加。(4) 将稀硫酸换成cuso4溶液以及cus04和硫酸混合 溶液。重复上述操作得到曲线如图1、2、3所示。3讨论及计算(1)从图1可以看出ph在2到

5、3之间开始发生突变， 从图2可以看出ph在6到7之间开始发生突变，将图3与 图1和图2对比可以清楚印证，混合体系中的ph在2到3 和6到7之间开始两次突变。所以，不难理解，氢氧化钠先 与硫酸反应，反应完全后，溶液呈弱酸性(这是由于硫酸铜 溶液本身显弱酸性的缘故)，然后氢氧化钠再与硫酸铜反应 形成沉淀，反应完全后继续滴加，溶液呈强碱性(由于强酸 强碱本身具有缓冲性质，所以开始和过量时体系的ph变化 缓慢，基本上处于一个平台上)。2c (0h-) 2=7. 20x10-10 mol/l对比两组数据，可以很明显地看出，在稀硫酸和硫酸铜 溶液中，前者能够共存的氢氧根离子浓度远远小于后者，所 以，在稀硫

6、酸与硫酸铜混合体系中滴加氢氧化钠时，稀硫酸 确实先与氢氧化钠发生中和反应。4其他混合体系发生复分解反应时ph的变化和讨论用同样的方法，我们获取了在稀盐酸和氯化钙混合溶液 中滴加碳酸钠溶液、在氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液中滴加 稀盐酸时的ph变化，见图4、图5。结合得出的平衡常数（方 法同上，不列出计算过程），讨论如下：对照图4可以看出，一开始体系中的ph就发生向上的 突跃，从约1. 9到约7. 5o这个阶段发生的反应主要是（i ）; 第二个阶段是在78之间的平台，对应的反应主要是（ii）, 由于生成物都是中性的盐，所以ph基本不变；第三个阶段 是ph从8到10的上升期，这是过量的碳酸钠呈碱性的缘

7、故; 第四个阶段就是碱性较强的缓冲平台。由此也可以认为在这 个体系中，碳酸钠与盐酸的反应优先。（2）在图5所示的混合体系中，主要发生的是以下三 个反应：对照图5可以看出，一开始就有一个向下的ph突变， 从约13. 2降到约11,发生的反应主要是（iii）；第二个阶段 是ph从约11到约9的下降期，发生的反应主要是（iv）, 但是体系中共存na2c03与nahc03而有缓冲效果，ph的变化 比较缓慢；第三个阶段是ph从约9到约5. 7的下降期，此 时主要发生的是（v）,但是有c02溶解在水中，所以还有 nahc03-h2c03的缓冲效应，体系的ph出现了从约6.8到约 5.7的第二个缓降过程；第四个阶段就是盐酸的过量而引起 的ph快速下降（溶解的c02大量逃逸）以及第五个阶段强 酸性的缓冲平台。由此可以认为在这个体系中：盐酸和氢氧 化钠的反应优先（即中和优先）。5结论某些中考题中考查复分解反应先后顺序的考点，由于缺 乏有效的实验佐证，缺少从热力学层面上的讨论，已经沦为 初中化学教学的盲点。我们利用基于ph传感技术的数字化 实验，获取了某些混合反应体系的ph变化曲线。有了这些 实验数据和图形，结合反应平衡常数和共存离子浓度的计算 讨论，可以使教学获得多方位的支撑：教师可以