探究醋酸銨對溶液酸堿性的影響差異性課件

1、探究醋酸銨對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：G18191一、問題提出 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容醋酸鈉和醋酸銨對醋酸電離的影響 醋酸銨對醋酸鈉和氯化銨溶液酸堿性的影響醋酸銨與氯化銨對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、錯誤認(rèn)知 六、結(jié)束語 一、問題提出 CH3COONa溶液中加CH3COONH4后，影響其酸堿性的粒子主要是NH4+離子，而影響對NH4Cl溶液酸堿性影響主要離子是CH3COO。由此聯(lián)想到CH3COONH4對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

2、“理想”試劑來研究某因子對化學(xué)過程的影響。二、錯誤認(rèn)知 案例1NH4Cl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。 Mg(OH)2(s) = Mg2+(aq)+OH(aq) 該研究忽略了NH4+對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，同

3、樣可以采用在CH3COOH溶液滴入CH3COONH4溶液來說明CH3COONa溶液中到底哪種粒子對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，溶液顏色變淺。三、理論分析1、醋酸鈉和醋酸銨對醋酸電離的影響 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

4、中的銨根離子對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1L0.01molL1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軟件平臺可得相應(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，對醋酸的電離平衡產(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 1L0.1molL1的

5、CH3COONa或NH4Cl溶液加入CH3COONH4固體后的pH變化曲線 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CH3COONa溶液酸堿性的影響是主要的，為此作圖3加以比較： 圖3 1L0.1molL1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CH3

6、COONa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?？疾榘咐?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時沒有考慮NH4+對水解平衡的影響，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)性錯誤。初步結(jié)論：在溶液中加CH3CO

7、ONH4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CH3COONH4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，同時能接受質(zhì)子，也能提供質(zhì)子就是既是酸有時堿。在CH3COONH4溶液中存在的CH3COO能接受H+，因此為堿，其中NH4+能提供質(zhì)子，因此又為酸；CH

8、3COONH4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= 5.6810-10；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=5.6510-10。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，

9、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，對溶液的酸堿性影響很小，如圖4就是在0.1molL1Na2CO3溶液中加入CH3COONH4固體后，溶液pH變化曲線，由于

10、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 1L0.1molL1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，加入CH3COONH4后，NH4+對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，加入CH3COONH4后，其CH3COO對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)測定在0.1molL1CH3COONa溶液逐漸加入飽和的CH3COONH4溶液，發(fā)現(xiàn)混合

11、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)?，?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 1L0.1molL1醋酸銨溶液中加入NaOH或HCl后的pH變化曲線但即便如此，也不會出現(xiàn)pH先下降又上升的反常現(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，對溶液H+活度產(chǎn)生 影響；（2）由于CH3COO

12、NH4固體溶液水時，熱效應(yīng)顯著，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； 我們同時測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，可能對 水電離的影響較小，但對CH3COO水解影響可能較大，溶液的pH也同樣增大；（3）由于CH3COONH4溶液自身分解影響了溶液的pH，有人做了如下實(shí)驗(yàn)： CH3COONH4濃度2%時分解溫度大約62，濃度10%的分解溫度為52，而20%的分解溫度只有38。值得

13、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H2S H+HS和HS H+S2， 若向H2S溶液中(C) A加水，平衡向右移動，溶液中氫離子濃度增大B通入過量SO2氣體，平衡向左移動，溶液pH值增大C滴加新制氯水，平衡向左移動，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于該高考題，對于當(dāng)年的考生來說，不清楚上述平衡是如何移動不會影響學(xué)生答題，因?yàn)閷W(xué)生可以依據(jù)四個選項(xiàng)的酸堿性變化來判斷A、B、D選項(xiàng)是錯誤的，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是應(yīng)該避免的，化學(xué)平衡移動原理(勒夏特列原理)實(shí)為熱力學(xué)