同濃度NaHCO3溶液和CH3COONa溶液pH的比較研究

謝　雕唐　婭

（1重慶第三十七中學(xué)　重慶　400084；2重慶育才中學(xué)　重慶　400050）

?

同濃度NaHCO3溶液和CH3COONa溶液pH的比較研究

謝雕1唐婭2

（1重慶第三十七中學(xué)重慶400084；2重慶育才中學(xué)重慶400050）

摘要：在高中階段，同濃度的NaHCO3溶液和CH3COONa溶液的pH比較在高中習(xí)題和各地高考題中都多次涉及，但筆者經(jīng)過(guò)多方面實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，發(fā)現(xiàn)兩者比較存在很多問(wèn)題，教師編制練習(xí)題時(shí)應(yīng)審慎處理。

關(guān)鍵詞：NaHCO3溶液；CH3COONa溶液；pH值；比較

“電離平衡”相關(guān)知識(shí)作為選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》中的重要章節(jié)，對(duì)學(xué)生的思維和理解能力要求較高，是學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的難點(diǎn)內(nèi)容。在筆者多年的高中教學(xué)中，時(shí)常遇到同濃度的NaHCO3和CH3COONa溶液pH大小的比較問(wèn)題，各地模擬及高考試題中均有涉及。例如：

【2014全國(guó)新課標(biāo)卷II第11題】在一定溫度下，下列溶液的離子濃度關(guān)系正確的是（ ）

B.pH=a的氨水溶液，稀釋10倍后，其pH=b，則a=b+1

C.pH=2的H2C2O4溶液與pH=12的NaOH溶液任意比例混合：c（Na+）+ c（H+）=c（OH-）+ c（HC2O4-）

D.pH相同的①CH3COONa②NaHCO3③NaC1O三種溶液的c（Na+）：①＞②＞③

正確答案：D

對(duì)于D選項(xiàng)在高中教學(xué)中我們很多教師通常會(huì)這樣處理：常見(jiàn)酸的酸性強(qiáng)弱關(guān)系為CH3COOH＞H2CO3＞HC1O相同濃度鹽的水解程度為CH3COO-＜HCO3-＜C1O-，因此，同濃度時(shí)pH大小關(guān)系為CH3COONa＜NaHCO3＜NaC1O。現(xiàn)三種鹽的pH相同，故濃度關(guān)系為CH3COONa＞NaHCO3＞NaC1O。

但整個(gè)分析過(guò)程中，我們似乎忽略了碳酸氫鈉溶液中HCO3-電離的影響，那么HCO3-的電離能否忽略呢，這是一個(gè)值得探究的問(wèn)題。

首先，如果僅從水解知識(shí)分析，因?yàn)樗嵝詮?qiáng)弱：CH3COOH＞HCO3-，則水解程度：HCO3-＞CH3COO-，NaHCO3的堿性強(qiáng)于CH3COONa。但實(shí)際上NaHCO3較為復(fù)雜，因?yàn)镠CO3-既能水解又能電離，電離和水解過(guò)程相互抑制，相互影響，也就是說(shuō)由于HCO3-的電離會(huì)減弱HCO3-水解的堿性。綜合考慮，二者的堿性不能簡(jiǎn)單的比較，忽略HCO3-電離的思考是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹Ｒ虼耍P者從實(shí)驗(yàn)及理論分析等多個(gè)方面進(jìn)行了研究。

一、初步實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方案：分別配制1.00mo1·L-1、0.10 mo1·L-1、0.010 mo1·L-1、0.0010 mo1·L-1的NaHCO3溶液和1.00mo1·L-1、0.10 mo1·L-1、0.010 mo1·L-1、0.0010 mo1·L-1的CH3COONa溶液，用廣泛pH試紙測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖（1）：

圖1 NaHCO3溶液和CH3COONa溶液pH的測(cè)定

從測(cè)試結(jié)果可以看出：相同濃度的NaHCO3溶液的pH明顯大于CH3COONa溶液。但是pH試紙的測(cè)試結(jié)果畢竟是不夠精確的。因此，筆者又查閱大學(xué)教材從理論計(jì)算角度分析。

二、理論計(jì)算

1.不同濃度NaHCO3溶液的pH計(jì)算過(guò)程：

碳酸的電離常數(shù)：Ka1=4.2×10-7Ka2=5.6×10-11，當(dāng)c（HCO3-）≥0.010 mo1·L-1時(shí)，cKa2＞25Kw c＞25Ka1

當(dāng)c（HCO3-）=0.0010 mo1·L-1時(shí)，c Ka2＜25Kwc＞25Ka1

2.不同濃度NaHCO3溶液的pH計(jì)算過(guò)程：

當(dāng)c（CH3COO—）=1.00mo1·L-1pH=9.37

當(dāng)c（CH3COO—）=0.10mo1·L-1pH=8.88

當(dāng)c（CH3COO—）=0.010mo1·L-1pH=8.37

當(dāng)c（CH3COO—）=0.0010mo1·L-1pH=7.87

結(jié)論：（1）NaHCO3溶液的pH隨溶液濃度減小基本不變，只要其濃度大于0.010 mo1·L-1時(shí)，其pH都為8.31，因此NaHCO3溶液有抗稀釋的能力，可形成緩沖體系。

（2）CH3COONa溶液的pH隨溶液濃度減小而減小。

（3）在溶液的濃度都不小于0.01 mo1·L-1時(shí)，CH3COONa溶液的pH大于NaHCO3溶液；而在同濃度的極稀溶液中CH3COONa溶液的pH小于NaHCO3溶液。

由此可見(jiàn)，理論計(jì)算和pH試紙測(cè)試結(jié)果有較大出入。從pH試紙測(cè)試結(jié)果來(lái)看：相同濃度的NaHCO3溶液的pH明顯大于CH3COONa溶液。而根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)看：在溶液的濃度都不小于0.010 mo1·L-1時(shí)，相同濃度的CH3COONa溶液的pH大于NaHCO3溶液。

由于理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了較大的差異，所以筆者進(jìn)行了更精確的實(shí)驗(yàn)研究。

三、精確實(shí)驗(yàn)

筆者先后兩次找到了當(dāng)?shù)丨h(huán)保局，在監(jiān)測(cè)站老師的幫助下，用新校正好的pH計(jì)測(cè)試，平行做了三次實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)表1：室溫：20℃。

四、結(jié)果分析

1. pH計(jì)測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算值基本符合而與pH試紙測(cè)試結(jié)果不相符合。當(dāng)然用pH計(jì)測(cè)試結(jié)果比pH試紙測(cè)試結(jié)果應(yīng)更具有說(shuō)服力。

2.同濃度的NaHCO3溶液和CH3COONa溶液的pH比較是較為復(fù)雜的，不能一概而論，如果兩者濃度比較大時(shí)（大于0.010 mo1·L-1）CH3COONa溶液的pH應(yīng)比NaHCO3溶液大；如果兩者濃度比較小時(shí)（小于0.010 mo1·L-1）CH3COONa溶液的pH應(yīng)比NaHCO3溶液小。因此，高中階段應(yīng)該避開(kāi)兩者的比較。

表1 NaHCO3溶液和CH3COONa溶液pH的測(cè)定

五、問(wèn)題探討

筆者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些新的問(wèn)題提出來(lái)與各位讀者共同探討：一是用pH計(jì)測(cè)出NaHCO3溶液的pH值與濃度的關(guān)系不合常理，從上面表格可以看出用pH計(jì)測(cè)得NaHCO3溶液的pH隨濃度的減小呈先增大后減小的趨勢(shì)，這與理論計(jì)算結(jié)果是不符合的，筆者檢查了各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，結(jié)果和上表還是一樣，筆者也沒(méi)有查到相關(guān)文獻(xiàn)的解釋。二是從pH試紙測(cè)試結(jié)果看，相同濃度的NaHCO3溶液的pH明顯大于CH3COONa溶液，這其中的原因又該如何解釋。

通過(guò)本次研究，我深深地感受到了科研中的樂(lè)趣和挑戰(zhàn)的激情。我們?cè)诮虒W(xué)中去發(fā)現(xiàn)，去質(zhì)疑，去研究。在研究中，也許我們又會(huì)發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，產(chǎn)生新的疑問(wèn)，但這就是教學(xué)研究的魅力，充滿驚喜和神秘，讓我們一起享受教科研，享受教學(xué)帶給我們的驚喜！

參考文獻(xiàn)

［1］華中師范大學(xué)等編.分析化學(xué)（第2版）［M］.北京：高等教育出版社，1986，10

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.02.027

文章編號(hào)：1008-0546（2016）02-0084-02

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B