利用數字化實驗驗證稀NH4HCO3溶液中滴加少量稀NaOH溶液的反應順序

摘 要：本文主要介紹了利用數字化實驗驗證稀NH4HCO3溶液中滴加少量稀NaOH溶液的反應順序的實驗原理、實驗過程等。

關鍵詞：化學； 數字化實驗

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）09-013-001

一、資料鏈接

查閱中國知網和相關化學教育教學期刊，NH4HCO3溶液中滴加少量NaOH溶液的反應順序的論文主要有以下幾篇：

1.河南省洛陽市第一高級中學的何為凡在《試題與研究》2011年第21期發表的《關于NH4HCO3和NaOH溶液中離子之間反應程度的理論探究》，主要從理論上進行了論證，認為銨根離子和氫氧根離子之間的反應程度大于碳酸氫根離子和氫氧根離子之間的反應。然而，銨根離子和氫氧根離子反應后生成的NH3·H2O能進一步跟碳酸氫根離子反應生成銨根離子和碳酸根離子。因此，在解決計算問題過程中，為了簡化分析過程，可認為碳酸氫根離子和氫氧根離子反應結束后，過量的氫氧根離子再和銨根離子反應。在書寫跟量有關的離子方程式時，氫氧根離子先和銨根離子反應，過量的氫氧根離子再跟碳酸氫根離子反應。

2.湖南澧縣一中的張林林在《青少年日記（教育教學研究）》2013年第1期發表《關于碳酸氫銨與氫氧化鈉反應順序的討論》，由理論計算和實驗驗證得出將少量的NaOH溶液滴加到NH4HCO3溶液中，NH4+優先與OH-反應。由于HCO3-和NH4+與OH-反應原理復雜，他建議在高中階段考查NH4HCO3溶液與NaOH溶液反應的離子方程式的書寫，應將“少量”的NaOH溶液滴加到NH4HCO3溶液中的“少量”改成“足量”。

3.杭州市第二中學的曾應超在《化學教學》2013年第4期發表的《NH4HCO3與NaOH溶液的反應和反應物的量有關嗎》，著重討論了氨水類和碳酸類溶液中相關微粒分布與溶液pH的關系，得出NH4HCO3溶液與NaOH溶液反應時，并不存在明顯的過量與少量差異，均可用同一離子方程式表示。

二、實驗原理

電導率是表示電解質溶液導電性能的物理量，電導率越大，則導電性能越強。電解質溶液濃度較低時，溶液的電導率與濃度呈線性關系。NH4HCO3與少量NaOH溶液反應時，溶液的電導率變化是一個關鍵的表征，利用電導率傳感器和相應的數據采集器以及分析軟件，實時測量稀溶液電導率的變化以及表征溶液中自由移動離子的濃度變化，從而揭示NH4HCO3與少量NaOH溶液反應的先后順序。

三、實驗儀器及試劑

儀器：數據采集器、數據采集軟件、電導率傳感器、計算機、磁力攪拌器（含攪拌子）、電極架、50mL燒杯、50mL樹脂滴定管、25mL移液管、滴定管架、鐵架臺

試劑：0.1mol/LNaOH溶液、0.1mol/LNH4Cl溶液、0.1mol/LNH4HCO3溶液、0.1mol/LNaHCO3溶液、蒸餾水。

四、實驗過程

1.組裝實驗裝置，將電導率傳感器、數據采集器與計算機相連接。

2.打開通用軟件，選擇組合曲線。向樹脂滴定管中加入50mL0.1mol/L NaOH溶液，調零，用移液管量取25mL0.1mol/L NaHCO3溶液倒入50mL小燒杯中，加入磁子，固定電導率傳感器，打開磁力攪拌器。

3.添加相關物理量，橫坐標選擇“時間”，縱坐標選擇“K2”，點擊“開始”并打開滴定管旋塞，調節均勻穩定的滴速，觀察滴定管內的液面變化。當滴定管內液面從0.00mL下降至25.00mL時，關閉滴定管旋塞，點擊“停止”，鎖定組合曲線1。

4.重復步驟3，分別向25mL0.1mol/LNH4Cl溶液和25mL0.1mol/LNH4HCO3溶液中滴加25.00mL0.1mol/LNaOH溶液，在組合曲線1上繪出相應電導率曲線（參見圖1）。

五、實驗結果與分析

圖1

圖1為三次滴定過程采集的組合曲線，橫坐標表示時間，縱坐標表示電導率。曲線①為25mL0.1mol/LNH4Cl溶液中滴加25.00 mLNaOH溶液，曲線②為25mL0.1mol/LNH4HCO3溶液中滴加25.00mL0.1mol/LNaOH溶液，曲線③為25mL0.1mol/LNaHCO3溶液中滴加25.00mLNaOH溶液。

可以看出，曲線①中，由于NH4-.與OH—結合生成了難電離的NH3·H2O，溶液中離子濃度急劇減少，電導率下降趨勢明顯；曲線②中，由于HCO3-與OH-結合生成CO32-，雖然離子濃度有所減少，但由于1個CO32—帶有2個單位負電荷，電荷數的增加部分抵消了離子濃度的下降，使得溶液的電導率沒有太大的變化，甚至還略有增大。對比曲線③，溶液電導率呈明顯的下降趨勢，且變化幅度跟曲線①非常接近，說明加入NaOH后溶液中自由移動離子的濃度明顯減少。由此，可初步得出結論，向稀NH4HCO3溶液中滴加少量稀NaOH溶液時，NH4+優先結合OH-。

該實驗結果擬合度較高，反復多次實驗均能得到相似曲線，實驗數據可連續測得且獲得的圖像直觀、明顯，具有一定的參考價值。與理論計算和傳統實驗設計不同，電導率曲線的走向和趨勢基本能體現出溶液中主要微觀粒子的變化情況，能從微觀角度對稀NH4HCO3溶液中滴加稀NaOH溶液的反應順序進行驗證。

六、實驗反思

由于電導率主要取決于溶液中自由移動離子的濃度及離子所帶電荷數，不同種離子即使濃度相等，導電能力也有所不同。為了盡量減小溶液體積的影響，筆者配制了2.5mol/LNaOH溶液進行相同實驗，向25mL0.1mol/LNH4Cl溶液、25mL0.1mol/LNH4HCO3、25mL0.1mol/LNaHCO3溶液中分別滴加1mL2.5mol/LNaOH溶液，增大NaOH溶液的濃度，以減小其體積變化的影響。但由于電導率傳感器的量程為0～20mS，堿濃度過大時，導致溶液電導率過大，超出量程范圍，無法得到理想曲線。所以，本實驗無法驗證不同濃度的尤其是濃度較大的NH4HCO3與少量NaOH的反應先后順序。此外，曲線的變化趨勢只能定性地對反應順序做出初步判斷，無法定量測定離子在反應中的確切變化值。