Na2CO3水解過程溶液pH與溫度關系的探究

摘要：鹽類水解是中學化學教學中的重點和難點，溫度升高會促進鹽類的水解，其水解后的pH會增大，但是以碳酸鈉溶液為例，通過手持技術測定，溫度升高，溶液pH發生了先增大后減小的變化趨勢。通過理論分析和數學計算，探究其異常變化的原因，得出用溶液pH的變化來判斷水解程度的變化是不科學的。

關鍵詞：碳酸鈉水解；溶液pH與溫度關系；實驗探究

文章編號：1005–6629（2013）12–0057–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題提出

在中學化學中鹽類的水解是教學的重點和難點，是高考中的熱點和必考的知識點，鹽類水解的規律之一是“越熱越水解”，即溫度越高水解程度越大，相應的鹽溶液的酸性或堿性就會隨著增大或減小。在傳統中學化學實驗中，由于受到實驗條件的限制，鹽類水解在隨著溫度升高時所產生的pH的細微變化很難測量，所以教師在教學過程中也只能定性地加以描述，對問題的認識僅停留在表層。隨著科技的發展，實驗條件的更新，數字傳感技術由于其靈敏度高，操作簡單，便于捕捉實驗中的微小變化等優點，使其得到了迅速的普及。鹽類水解所造成的pH的微小變化便可以用數字傳感器進行測量[1]，對Na2CO3溶液依據“越熱越水解”的規律，升高溫度促進其水解，相應的溶液pH就會增

大。那么事實果真如此嗎？

2 實驗部分

2.1 實驗儀器和藥品

實驗儀器：計算機、威尼爾全功能數據采集器、威尼爾溫度傳感器（型號TMP-BTA）、威尼爾pH傳感器、磁力加熱攪拌器。

實驗試劑：1.0 mol/L和0.1 mol/L的碳酸鈉溶液；1.0 mol/L醋酸鈉溶液。

2.2 實驗裝置示意圖

如圖1所示，先將磁力加熱攪拌器和pH傳感器通過數據采集器與計算機相連，再將裝有碳酸鈉溶液的燒杯置于磁力加熱攪拌器上，并放入小磁子，把溫度和pH傳感器插入溶液中。當打開計算機軟件、磁力攪拌器及數據采集器后，測定的溫度和pH的變化通過數據采集器可即時在計算機中顯示出來。

2.3 實驗過程

（1）用25 mL移液管量取25 mL 1.0 mol/L碳酸鈉溶液注入100 mL燒杯中，并放入磁力攪拌子。

（2）打開電腦軟件，用濾紙將pH傳感器（蒸餾水洗凈）擦干凈后插入燒杯中。

（3）開啟磁力攪拌器，緩慢攪拌。點擊采集按鈕，采集溶液pH數據。

（4）重復以上操作，分別測量0.1 mol/L碳酸鈉溶液和1.0 mol/L醋酸鈉溶液的pH。

2.4 實驗結果

下圖是用威尼爾公司生產的pH傳感器測出的1.0 mol/L碳酸鈉溶液的pH隨溫度的變化曲線：

從圖2中可以看出pH隨溫度的升高先變大再變小，并不是隨著溫度的升高一直增大。這和慣常的想法有很大的差異，是濃度的問題？我們又用pH傳感器測出0.1 mol/L碳酸鈉溶液的pH隨溫度的變化曲線：

從圖3中可看出溶液pH隨溫度的升高先變大再變小，也不是隨著溫度的升高一直增大。

這種現象是不是Na2CO3溶液獨有的呢？我們又用1.0 mol/L醋酸鈉溶液做了一次實驗得到如下圖像：

圖像更是令人詫異，居然沒有升高！從圖像可看出醋酸鈉溶液的pH隨溫度的升高逐漸減小，也不是隨著溫度的升高一直增大，說明對于碳酸鈉溶液的pH隨溫度的變化而出現的減小的情況并不是偶然現象。

通過以上三幅實驗圖像可知，像碳酸鈉溶液這樣的強堿弱酸鹽溶液水解后的pH并不是隨溫度升高而增大。對于碳酸鈉溶液，是先增大后減小，而對于醋酸鈉溶液則是逐漸減小的。難道“越熱越水解”錯了？為此，我們進行了理論和數據分析。

2.5 數據分析

為什么碳酸鈉溶液水解pH會出現下降的趨勢呢？是因為儀器的問題嗎？為此我們專門請教了威尼爾公司的儀器設計的專家，得到的回復是：在20℃和80℃之間測定的數值都是準確可信的。

對此我們進行了深入的思索，得出了自己的觀點。下面就以碳酸鈉溶液為例加以說明。

根據pH=-lg[H+]可知，pH的變化無非是因為H+濃度的變化，從圖中可以看出溶液pH先增大后減小，所以H+濃度先減小后增大。那么為什么Na2CO3溶液

綜上，我們可以得出強堿弱酸鹽及強酸弱堿鹽都存在類似情況，所以在平時教學過程中，不能簡單說水解程度越大，溶液pH就增大或減小，具體問題一定要通過實驗測定，或者理論計算得出結論。

4 反思

對于上述計算1.0 mol/L Na2CO3溶液的過程中人為地忽略了CO23-的二級水解和人為地假定CO3 2-的濃度保持不變，其濃度的真實變化無從知曉，對計算的實際影響無法預測。

另外此方法只解釋了鹽溶液的酸堿性隨溫度的升高而下降，但無法解釋1.0 mol/L Na2CO3溶液的pH隨溫度的升高所出現的先增大后減小的現象事實。

對于上述實驗探究，我們體會到手持技術既克服了傳統的實驗儀器難以測量和儲存的弊端，又可以精確、實時地把真實的數據和過程展示出來，避免了一些認識上的誤區。

參考文獻：

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