檢驗常量銨根離子方法的改進

周昌勇

摘要：以中學教材中常見的9種銨鹽為例，采用不添加濃堿的方法進行銨根離子檢驗研究。通過實驗發現，選取的大部分銨鹽在不同溶劑中僅采用部分加熱的方法就能使濕潤的pH試紙變藍。該方法相比傳統方法不僅更加簡潔和實用，也會引發讀者對教材中某些經典的基礎性實驗的關注和思考。

關鍵詞：銨根離子；檢驗；定性分析；方法改進；實驗探究

文章編號：1005–6629（2015）8–0063–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 實驗探究

1.1 實驗試劑

選取的銨鹽：硫酸銨（AR，天津致遠化學制劑公司）、氯化銨（AR，瞿州花園化學制劑公司）、醋酸銨（AR，天津巴斯夫化工制劑公司）、草酸銨（AR，衢州花園化學制劑公司）、硝酸銨（AR，寧波雅特化工有限公司）、重鉻酸銨（AR，無錫市晶科化學制劑公司）、摩爾鹽（AR，天津巴斯夫化工制劑公司）、氟化銨（AR，無錫佳妮化工制劑公司）、碳酸氫銨（AR，無錫晶科化工制劑公司）

各種溶劑：蒸餾水、乙醇、丙酮、乙醚、1，2-二氯乙烷、苯、四氯化碳（以上溶劑均為分析純）

1.2 實驗儀器

常規的玻璃儀器和用品。

1.3 實驗內容和結果

實驗時室內溫度為15℃。

準備好干凈的大小試管數支、pH試紙、酒精燈、試管夾等儀器。先在大試管中分別放入1～2克9種銨鹽，在各試管口粘貼一張濕潤的pH試紙并放在試管架上觀察；采用同樣方法把上述銨鹽再分別加入適量不同溶劑中檢驗。對沒有明顯變藍或變藍較淺的，再進行加熱后觀察，實驗結果記錄見表1。檢驗結果分為較快變藍、較慢變藍和較長時間不變藍3個層次，為了便于表征，分別用“√√”、“√”和“×”表示。

2 分析討論

2.1 影響銨根離子檢驗效果的因素

2.1.1 溶劑對銨根離子檢驗效果的影響

通過上述系列實驗可知，在不添加濃堿條件下上述銨鹽均可以檢驗出。為了便于比較分析，筆者把上述銨鹽在不同溶劑的檢驗結果整理為表2。

2.1.2 試紙放置的位置對檢驗效果的影響

筆者發現試紙的放置位置對檢驗的效果影響較大。通過實驗發現不用添加濃堿采取濕潤的試紙放在試管口檢驗效果不是很好，需要較長時間才能使試紙變藍，如圖1中的1、2；但如果把試紙插入試管口1～2cm或者把試紙橫放在試管口則很快就能變色，如圖1中的3、4。

上述實驗也可以采用氣室法，具體操作為取一滴待測液于表面皿上，用另一粘有一小塊濕潤試紙的表面皿蓋上作為氣室，然后直接觀察或放在石棉網上加熱觀察。該方法在操作上比前者麻煩，但檢驗效果比前者要好。

2.1.3 試劑的用量對檢驗效果的影響

中學教材中對各離子檢驗并沒有標出離子濃度，常規離子濃度一般為0.1～0.5 mol/L左右。為了探究離子濃度對檢驗效果的影響，筆者對中學教材中常見的幾種銨鹽分別選取3組濃度進行研究，用小試管各取待測液1～2mL，在試管口粘貼一塊濕潤的pH試紙，用酒精燈加熱到液體微沸，觀察試紙的顏色變化，具體見表3。

2.1.4 不同廠家生產的試劑對檢驗效果的影響

不同廠家生產的同種銨鹽對檢驗效果是否有影響呢？筆者選取實驗室中不同廠家生產的同一等級純度的同種試劑進行檢驗。在相同的實驗條件下進行重復實驗，絕大多數銨鹽都沒有區別，但對天津市巴斯夫化工有限公司和浙江湖州化學試劑廠兩家生產的摩爾鹽進行檢驗時，發現當試管的長度加長時檢驗的效果卻略有不同，具體見表4。

實驗發現天津巴斯夫化工有限公司制備的摩爾鹽當試管長度增加時檢驗效果沒有湖州化學試劑廠制備的摩爾鹽明顯，說明其在相同條件下釋放出的氨氣較少。為了研究其中的原因，筆者又各取少量試劑滴加KSCN，發現前者迅速變紅，而后者無變化，說明前者有部分被氧化成了硫酸鐵銨，后者幾乎沒有被氧化。查閱相關文獻可知硫酸鐵銨在480℃才明顯分解，其穩定性比摩爾鹽要好，這可能是導致其釋放出氨氣比后者少的原因。

上述實驗說明，不同廠家生產的同種試劑，由于在生產工藝、制備包裝以及存放時間上的不同，可能會造成試劑的純度的不同，從而影響實驗效果。

2.2探究試紙變藍的機理

為了能給上述現象比較合理的解釋，筆者請教了姜山中學史定海老師，在史老師的啟發下并結合自己的思考得到如下幾種見解。

其一，在合成上述銨鹽中直接使用氨氣而導致試劑中吸附著少量氨氣，其在常溫和加熱下氨氣揮發出來而導致試紙變藍。查詢相關資料各試劑廠制備銨鹽的部分方法的原料如下：

從以上合成方法看，大部分銨鹽的制備都以氨氣為直接原料，銨鹽產品中殘留少量氨氣的可能性也是有的，但從目前各種試劑的標注的各類雜質中并沒有說明有氨氣。

其二，各種銨鹽在常溫下具有一定的揮發性，揮發出的氨使濕潤的試紙變藍。但從銨鹽水解的酸堿性分析，NH4Ac為中性，摩爾鹽、NH4Cl、 NH4NO3、NH4F、（NH4）2Cr2O7、（NH4）2C2O4為酸性，只有NH4HCO3為弱堿性。上述的實驗的結果表明，酸性銨鹽中只有摩爾鹽試紙上出現少數紅色斑點，其他銨鹽的實驗結果都使試紙變藍。摩爾鹽的上述現象表明其常溫下比較穩定，但具有一定的揮發性，該點與相關資料描述的“刺激性”性質相吻合，試紙變紅是揮發出的摩爾鹽遇到試紙上的水發生水解反應的結果。

其三，有人認為銨根離子水解，生成了一水合氨，加熱進一步促使其水解生成了較多的一水合氨，然后其又分解出氨氣揮發出來而導致試紙變藍。這種觀點筆者認為可能性較小，因銨根離子水解程度很小，即使加熱也不可能釋放出氨氣。如果是這種原因導致也很難解釋其他銨鹽在常溫下就能使試紙變藍的事實。下面可通過簡單計算進行估算銨鹽中氨氣（一水合氨）的濃度。

簡單估算0.01 mol/L的氯化銨溶液中存在的氨的濃度：

其四，銨鹽的部分分解產生NH3所致。為了便于說明問題，筆者把上述銨鹽的分解溫度列于表6，NH4Ac的分解溫度沒有查詢到。

從查詢的數據看，除了NH4HCO3分解溫度較低外，其他銨鹽在常溫下都很難分解。如NH4F的分解溫度為160℃，（NH4）2Cr2O7的分解溫度為150℃。

筆者認為檢驗出的NH3應來自銨鹽的分解，因NH4Cl、（NH4）2SO4等在常溫下很難檢驗出NH3的存在，在水溶液中加熱才檢驗出NH3，說明其在加熱條件下部分分解；而其他銨鹽分解溫度相對較低，在常溫下有少量分解。雖然摩爾鹽分解溫度低，但其常溫下比較穩定，這也從實驗方面得到驗證。這里要注意資料中所提供的分解溫度與開始分解溫度并不是同一個概念，分解溫度一般是指分解產生的氣體壓強等于外界大氣壓時的溫度，很多物質在常溫下都存在少量的分解，不一定達到理論上的分解溫度才開始分解。

2.3 該方法與常規方法檢驗效果的比較

為了比較上述檢驗方法與常規方法在檢驗效果上的區別，筆者選取中學中常見的幾種銨鹽進行了對比實驗，研究的待測液濃度均為0.1 mol/L，選取的堿為2 mol/L的氫氧化鈉溶液，具體實驗結果見表7。

上述實驗表明，對于常見的幾種銨鹽用常規方法檢驗盡管效果比較明顯，但采取只加熱或只添加堿的方法從檢驗效果看也可達到檢驗的目的。

3 結論

參考文獻：

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