1、探究醋酸铵对溶液酸碱性的影响差异性,越州中学 柴国英 吴文中,2018年浙江省教研规划课题基于学科理论认知模型的创新实验与疑难问题研究立项编号：G18191,一、问题提出,实验内容,醋酸钠和醋酸铵对醋酸电离的影响,醋酸铵对醋酸钠和氯化铵溶液酸碱性的影响,醋酸铵与氯化铵对醋酸钠溶液酸碱性影响的差异性,三、理论分析,四、实验论证,五、获得结论,二、错误认知,六、结束语,一、问题提出,CH3COONa溶液中加CH3COONH4后，影响其酸碱性的粒子主要是NH4+离子，而影响对NH4Cl溶液酸碱性影响主要离子是CH3COO。由此联想到CH3COONH4对溶液酸碱性影响的复杂性，其溶液几乎为中性，因此常
2、被当作一种“理想”试剂来研究某因子对化学过程的影响。,二、错误认知,案例1NH4Cl溶液可以使Mg(OH)2悬浊液变澄清主因是什么？ 李家郢的研究认为NH4Cl溶液水解呈酸性，促进下述平衡往溶解方向移动。 Mg(OH)2(s) = Mg2+(aq)+OH(aq) 该研究忽略了NH4+对上述沉淀平衡的影响，采用CH3COONH4试剂来验证实验，就是不错的选择(控制变量)。,案例2在CH3COOH溶液中滴入CH3COONa溶液，CH3COOH溶液的酸性减弱的原因是什么？ 一般有两种观点：CH3COONa溶液水解为碱性，中和了溶液中的H+；CH3COONa溶液中CH3COO抑制了CH3COOH的电离
3、。 此时，同样可以采用在CH3COOH溶液滴入CH3COONH4溶液来说明CH3COONa溶液中到底哪种粒子对溶液酸碱性的影响是理智的。,案例3证明CH3COONa溶液存在水解平衡的事实：0.1mol/L的CH3COONa溶液中，滴入几滴酚酞溶液，然后加入固体CH3COONH4固体 (且假定CH3COONH4溶液为中性)，观察溶液颜色的变化； 结论加CH3COONH4固体，使CH3COONa溶液水解平衡逆向移动，溶液颜色变浅。,三、理论分析,1、醋酸钠和醋酸铵对醋酸电离的影响 CH3COONa或CH3COONH4加入到CH3COOH溶液中，CH3COOH溶液的酸性减弱，但影响力是否一样？CH3
4、COONH4溶液中的铵根离子对溶液的酸碱性影响可以忽略吗？影响CH3COOH溶液酸性变化的主因是什么？,假设在1L0.01molL1的CH3COOH溶液加入CH3COONa或CH3COONH4(体积变化忽略)后，溶液的pH为y，基于Wolfram Mathematica软件平台可得相应函数关系并作如下图1：,由此可知：在CH3COOH溶液加少量CH3COONa或CH3COONH4时，对醋酸的电离平衡产生影响主要离子是CH3COO-。,2、醋酸钠和醋酸铵对醋酸电离的影响 同样方法，在CH3COONa或NH4Cl溶液中随CH3COONH4固体的加入量与混合溶液pH的变化曲线，如图2：,图2 1L0
5、.1molL1的CH3COONa或NH4Cl溶液加入CH3COONH4固体后的pH变化曲线,由此可知：若加入的CH3COONH4足够多，最终溶液都体现 出CH3COONH4溶液本身的性质。,3、CH3COONH4与NH4Cl对CH3COONa溶液酸碱性影响的差异性若CH3COONa溶液中引入CH3COO后，其水解程度较小；若溶液中引入NH4+，因原溶液碱性较强，NH4+就与OH发生离子反应，由于其反应量更大，则可认为NH4+对CH3COONa溶液酸碱性的影响是主要的，为此作图3加以比较：,图3 1L0.1molL1醋酸钠溶液中加入醋酸铵或氯化铵的pH变化比较,由此可知：少量的CH3COONH4
6、和NH4Cl对CH3COONa溶液碱性的影响力是一样的；过量NH4Cl的加入，最终溶液为酸性。,考查案例3中的问题(见前文)：在CH3COONa溶液中加CH3COONH4固体后溶液碱性减弱能否证明水解平衡的存在。错误认知：大多数命题者认为案例3的论述是正确的。,原因分析：使用CH3COONH4时没有考虑NH4+对水解平衡的影响，影响CH3COO水解因素既有CH3COO浓度增大的影响，还有NH4+的存在使得OH离子浓度降低的影响，若假定CH3COO+H2O = CH3COOH+OH不存在，由于NH4+离子介入，也能使溶液的碱性减弱，溶液颜色也会变浅，因此案例3有关实验设计出现了科学性错误。初步结
7、论：在溶液中加CH3COONH4后，溶液的酸碱性，始终向CH3COONH4溶液性质转化，不管原溶液为酸性还是碱性，加了CH3COONH4后，溶液的酸碱性向中性靠拢。在盐酸中滴加CH3COONH4后，盐酸转化为CH3COOH和NH4Cl混溶液，混合溶液的酸性减弱；在NaOH溶液中加入CH3COONH4，NaOH溶液转化为CH3COONa和氨水，混合溶液的碱性减弱。,CH3COONH4是否可以看作既是酸又是碱呢？ 酸碱质子理论:可接受质子粒子为碱，而能提供质子的粒子即为酸，同时能接受质子，也能提供质子就是既是酸有时碱。在CH3COONH4溶液中存在的CH3COO能接受H+，因此为碱，其中NH4+能
8、提供质子，因此又为酸；CH3COONH4溶液作为碱，是一种弱碱，其碱的电离常数实际上就是CH3COO离子的水解常数为Kw/Ka= 5.6810-10；CH3COONH4溶液作为酸，是一种弱酸，其酸的电离常数就是NH4+离子的水解常数为Kw/Kb=5.6510-10。因此，CH3COONH4既可以当作弱碱使用，也可以当作弱酸看待，在碳酸钠溶液中加入CH3COONH4，得到氨水是可以想象的，那么用CH3COONH4来制备到氢氧化铁是否可行呢(弱碱得到更弱的碱)？为此，设计以下实验以验证上述观点是否适合。,四、实验论证,实验1在pH分别为1.0和2.0的FeCl3溶液中，慢慢加入CH3COONH4固
9、体，溶液迅速出现红棕色溶液，无丁达尔现象，查阅文献，该溶液为碱式醋酸铁，其化学式为FeOH(CH3COO)2，结构式为：该实验充分说明:CH3COONH4溶液中NH4+的性质弱酸的性质，使溶液的pH增大，从而得到碱式醋酸铁，以及CH3COO的作用CH3COO与Fe3+的配合作用。,实验2在饱和Na2CO3溶液中慢慢加入CH3COONH4固体，有刺激性气体产生，经检验该气体是NH3 。该实验说明：在碱性溶液中， NH4+结合了溶液中的OH转化为NH3，溶液碱性减弱，而CH3COO由于溶液中H+浓度很小，对溶液的酸碱性影响很小，如图4就是在0.1molL1Na2CO3溶液中加入CH3COONH4固
10、体后，溶液pH变化曲线，由于NaHCO3溶液中也呈碱性，因此在饱和NaHCO3溶液中，慢慢加入CH3COONH4固体，同样有NH3产生，进一步说明在碱性溶液中，NH4+的作用是主要的。,图4 1L0.1molL1碳酸钠溶液中加入醋酸铵的pH变化曲线,当溶液为酸性且酸性不很弱时，加入CH3COONH4后，NH4+对溶液的影响可以忽略不计，CH3COO的存在，使得溶液酸性减弱；而当溶液为碱性且碱性不很弱时，加入CH3COONH4后，其CH3COO对溶液的影响可以忽略不计，NH4+结合OH-，使得溶液碱性减弱。,五、获得结论,文献采用数字化实验测定在0.1molL1CH3COONa溶液逐渐加入饱和的
11、CH3COONH4溶液，发现混合溶液的pH开始显著下降，之后溶液的pH反而升高的反常现象，文章的解释是因为，实际上，CH3COONH4溶液并非完全为中性，而是略为碱性，饱和的CH3COONH4的pH约为7.38。,正因CH3COONH4具有以上的特殊性质，因此其常作为一种缓冲溶液，在CH3COONH4溶液中加入NaOH或盐酸后pH变化如图5：,图5 1L0.1molL1醋酸铵溶液中加入NaOH或HCl后的pH变化曲线,但即便如此，也不会出现pH先下降又上升的反常现象，查阅相关文献，并无相应阐述，经分析，笔者认为可能存在以下3个原因：（1）有效浓度发生变化，随着混合溶液离子浓度的增大，对溶液H+
12、活度产生 影响；（2）由于CH3COONH4固体溶液水时，热效应显著，在水中加入CH3COONH4固体溶 解后，溶液温度由18下降为9，混合溶液体系温度显著降低，从而影响各 种平衡的电离常数，温度降低显著导致水的电离也收到较大影响，pH增大； 我们同时测定了在水中加入饱和醋酸铵溶液后溶液温度的变化，发现溶液的 温度由22升为25，温度是升高的，但温度变化幅度不高，此时，可能对 水电离的影响较小，但对CH3COO水解影响可能较大，溶液的pH也同样增大；（3）由于CH3COONH4溶液自身分解影响了溶液的pH，有人做了如下实验： CH3COONH4浓度2%时分解温度大约62，浓度10%的分解温度为
13、52，而20%的分解温度只有38。值得注意的是：CH3COONH4分解后得到的醋酸分子比氨气更溶液逸出，CH3COONH4是一种有乙酸气味的白色三角晶体的事实也说明其容易逸出乙酸。综合上述多方面因素可能是造成混合溶液的pH反 而升高的反常现象。,(2013上海)H2S水溶液中存在电离平衡H2S H+HS和HS H+S2， 若向H2S溶液中(C) A加水，平衡向右移动，溶液中氢离子浓度增大B通入过量SO2气体，平衡向左移动，溶液pH值增大C滴加新制氯水，平衡向左移动，溶液pH值减小D加入少量硫酸铜固体（忽略体积变化），溶液中所有离子浓度都减小对于该高考题，对于当年的考生来说，不清楚上述平衡是如何
14、移动不会影响学生答题，因为学生可以依据四个选项的酸碱性变化来判断A、B、D选项是错误的，这也许就是命题组的本意。笔者以为，在多重平衡存在的复杂体系中，让学生来回答平衡怎么移动是应该避免的，化学平衡移动原理(勒夏特列原理)实为热力学层面上的原理，而非动力学上的普遍性原理。某些溶液中，由于存在多个弱电解质的平衡，因此研究其性质时，仅定性分析是不够的，有时甚至会得到相反的结论，但复杂的计算，对在大多数学生而言，也是不很现实。,六、结束语,LOREM IPSUM DOLOR LOR,LOREM IPSUM DOLOR LOREM,Thanks for your.,2018年浙江省教研规划课题基于学科理论认知模型的创新实验与疑难问题研究立项编号：G18191,
