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一、發现问题
在教学中普遍认为CO2-3会干扰Cl-的检验,但滴加稀硝酸即可排除干扰。但有SO2-4存在时,应先加过量的Ba(NO3)2,除去SO2-4后,再用AgNO3溶液和稀硝酸检验Cl-。
但是让笔者感到困惑问题是:①为什么教材上在Cl-的检验中回避了SO2-4可能产生的干扰及如何排除干扰的说明。②在大量的习题中也是只要出现加AgNO3生成白色沉淀,再加稀硝酸沉淀不溶解,即可得出有Cl-存在。这样处理是不是不够严谨呢?
二、探究过程
为了搞清楚问题,做了如下实验:
实验1:用实验室配好的用来检验Cl-的硝酸银稀溶液(浓度未知),滴加到0.1 mol/L的Na2SO4溶液中,在不断的滴加硝酸银溶液的过程中始终没有出现Ag2SO4白色沉淀。
对本实验的预计,是会产生沉淀的,但是自始至终都没有沉淀出现。难道是0.1 mol/L的Na2SO4溶液的SO2-4浓度太小了?接着做了实验2。
实验2:用实验室配好的检验Cl-的硝酸银稀溶液(浓度未知),滴加到饱和的Na2SO4溶液中,在不断的滴加硝酸银溶液的过程中也没有出现明显的沉淀现象。
这是什么原因?后来用光束照射,发现有丁达尔效应,原来生成了胶体。但是为什么没有产生明显的沉淀呢?查阅资料后,得到Ksp(Ag2SO4)=1.2×10-5,Ksp(AgCl)=1.56×10-10,既然SO2-4浓度已经足够大,那么难道是实验室用来检验Cl-的硝酸银溶液浓度太小了?于是接着做了如下实验3。
实验3:配制了2 mol/L、0.5 mol/L、0.1 mol/L、0.01 mol/L的AgNO3溶液,分别滴加2滴~3滴到1 mL 1 mol/L的Na2SO4溶液中。发现滴加2 mol/L的AgNO3溶液的试管中出现了大量沉淀,滴加0.5 mol/L的AgNO3溶液的试管中有少量沉淀生成,滴加0.1 mol/L的AgNO3溶液只看到些许的浑浊,滴加0.01 mol/L的AgNO3溶液的试管中基本没有出现沉淀现象。
这个实验结果说明,Ag+浓度对生成Ag2SO4沉淀的影响非常大。由于Ksp(Ag2SO4)=c2(Ag+)·c(SO2-4), Ag+浓度对生成沉淀的影响是平方倍,这个结果与理论是相符的。那么,是否可以得出初步结论:用浓度较小的AgNO3溶液,SO2-4的存在不会对Cl-的检验产生干扰,用浓度较大的AgNO3溶液,SO2-4的存在会对Cl-的检验产生干扰。为了进一步说明问题,进行了理论计算,结果见表1。
以上结果表明,当AgNO3浓度为0.01 mol/L时,SO2-4最小检出浓度为12 moL/L,在一般情况下SO2-4浓度不会达到这么大的值,基本可排除对Cl-的干扰。而当AgNO3浓度为0.1mol/L时,SO2-4最小检出浓度为0.12 moL/L,也就是说把0.1 mol/L的AgNO3溶液滴加到1 mol/L的Na2SO4溶液中时大部分的Ag+应该沉淀下来了, 这与实验3中“只看到些许的浑浊”的现象产生了矛盾。为什么生成的沉淀会不明显呢?
考虑到硝酸银是强酸弱碱盐,检测了0.1 moL/L的AgNO3溶液的pH约为4~5之间,难道溶液的酸度,对生成沉淀有影响?查阅资料可知,硫酸的二步电离是不完全的,其Ka2=1.0×10-2,猜测有可能因为部分生成了AgHSO4导致生成的Ag2SO4沉淀量减少,于是又做了实验。
实验4:往实验3生成的沉淀中滴加稀硝酸,发现滴加0.5mol/L的AgNO3溶液的试管中沉淀基本消失,滴加2mol/L的AgNO3溶液在加了较多稀硝酸后沉淀也大量溶解
,改为滴加浓度较大的硝酸后沉淀很快消失。
从实验4可看出,滴加浓度较大的硝酸,更容易使沉淀溶解,因此进行了如下计算:
滴加2滴1 mol/L的AgNO3溶液到1 mL 1 mol/L的Na2SO4溶液中,要使沉淀溶解,H+浓度必须达到多大?[设此时Ag+浓度稀释为0.1 mol/L, SO2-4浓度与HSO-4浓度之和为1 mol/L,已知硫酸的Ka2=1.0×10-2,Ksp(Ag2SO4)=1.2×10-5]
Ag2SO4沉淀恰好溶解时的c(SO2-4)= 1.2×10-5/0.12=1.2×10-3,由
HSO-4 H+ + SO-4
1-1.2×10-3c(H+)1.2×10-3
得:c(H+)≈0.83 moL/L
从以上的计算结果,可近似得出滴加2滴1 mol/L的AgNO3溶液到1 mL 1 mol/L的Na2SO4溶液中,要使生成的Ag2SO4沉淀溶解,H+浓度要达到0.83 mol/L以上,大致是此时溶液中Ag+浓度的8.3倍。按以上方法可以粗略的估算,当溶液中H+浓度是Ag+浓度的10倍左右时,可使生成的Ag2SO4沉淀溶解。
三、解决问题
综上所述,得出了对Cl-检验过程中SO2-4是否会产生干扰的初步结论:当AgNO3浓度较小,如0.01 mol/L时,SO2-4对Cl-检验的干扰基本可以忽略,因为SO2-4浓度必须很大才会有Ag2SO4沉淀出现;当AgNO3浓度大于0.01 mol/L时,可通过加适量的稀硝酸或少量浓度稍大的硝酸溶液,即可排除SO2-4对Cl-检验的干扰。至此,考虑到Ag+对Cl-检验的灵敏度很高,实验室配制的用来检验Cl-的硝酸银溶液浓度一般较小,所以笔者认为SO2-4对Cl-检验的干扰是完全可以排除的,因此教材上在Cl-的检验过程中回避SO2-4可能产生的干扰,也是合理的。
(收稿日期:2017-01-10)
在教学中普遍认为CO2-3会干扰Cl-的检验,但滴加稀硝酸即可排除干扰。但有SO2-4存在时,应先加过量的Ba(NO3)2,除去SO2-4后,再用AgNO3溶液和稀硝酸检验Cl-。
但是让笔者感到困惑问题是:①为什么教材上在Cl-的检验中回避了SO2-4可能产生的干扰及如何排除干扰的说明。②在大量的习题中也是只要出现加AgNO3生成白色沉淀,再加稀硝酸沉淀不溶解,即可得出有Cl-存在。这样处理是不是不够严谨呢?
二、探究过程
为了搞清楚问题,做了如下实验:
实验1:用实验室配好的用来检验Cl-的硝酸银稀溶液(浓度未知),滴加到0.1 mol/L的Na2SO4溶液中,在不断的滴加硝酸银溶液的过程中始终没有出现Ag2SO4白色沉淀。
对本实验的预计,是会产生沉淀的,但是自始至终都没有沉淀出现。难道是0.1 mol/L的Na2SO4溶液的SO2-4浓度太小了?接着做了实验2。
实验2:用实验室配好的检验Cl-的硝酸银稀溶液(浓度未知),滴加到饱和的Na2SO4溶液中,在不断的滴加硝酸银溶液的过程中也没有出现明显的沉淀现象。
这是什么原因?后来用光束照射,发现有丁达尔效应,原来生成了胶体。但是为什么没有产生明显的沉淀呢?查阅资料后,得到Ksp(Ag2SO4)=1.2×10-5,Ksp(AgCl)=1.56×10-10,既然SO2-4浓度已经足够大,那么难道是实验室用来检验Cl-的硝酸银溶液浓度太小了?于是接着做了如下实验3。
实验3:配制了2 mol/L、0.5 mol/L、0.1 mol/L、0.01 mol/L的AgNO3溶液,分别滴加2滴~3滴到1 mL 1 mol/L的Na2SO4溶液中。发现滴加2 mol/L的AgNO3溶液的试管中出现了大量沉淀,滴加0.5 mol/L的AgNO3溶液的试管中有少量沉淀生成,滴加0.1 mol/L的AgNO3溶液只看到些许的浑浊,滴加0.01 mol/L的AgNO3溶液的试管中基本没有出现沉淀现象。
这个实验结果说明,Ag+浓度对生成Ag2SO4沉淀的影响非常大。由于Ksp(Ag2SO4)=c2(Ag+)·c(SO2-4), Ag+浓度对生成沉淀的影响是平方倍,这个结果与理论是相符的。那么,是否可以得出初步结论:用浓度较小的AgNO3溶液,SO2-4的存在不会对Cl-的检验产生干扰,用浓度较大的AgNO3溶液,SO2-4的存在会对Cl-的检验产生干扰。为了进一步说明问题,进行了理论计算,结果见表1。
以上结果表明,当AgNO3浓度为0.01 mol/L时,SO2-4最小检出浓度为12 moL/L,在一般情况下SO2-4浓度不会达到这么大的值,基本可排除对Cl-的干扰。而当AgNO3浓度为0.1mol/L时,SO2-4最小检出浓度为0.12 moL/L,也就是说把0.1 mol/L的AgNO3溶液滴加到1 mol/L的Na2SO4溶液中时大部分的Ag+应该沉淀下来了, 这与实验3中“只看到些许的浑浊”的现象产生了矛盾。为什么生成的沉淀会不明显呢?
考虑到硝酸银是强酸弱碱盐,检测了0.1 moL/L的AgNO3溶液的pH约为4~5之间,难道溶液的酸度,对生成沉淀有影响?查阅资料可知,硫酸的二步电离是不完全的,其Ka2=1.0×10-2,猜测有可能因为部分生成了AgHSO4导致生成的Ag2SO4沉淀量减少,于是又做了实验。
实验4:往实验3生成的沉淀中滴加稀硝酸,发现滴加0.5mol/L的AgNO3溶液的试管中沉淀基本消失,滴加2mol/L的AgNO3溶液在加了较多稀硝酸后沉淀也大量溶解
,改为滴加浓度较大的硝酸后沉淀很快消失。
从实验4可看出,滴加浓度较大的硝酸,更容易使沉淀溶解,因此进行了如下计算:
滴加2滴1 mol/L的AgNO3溶液到1 mL 1 mol/L的Na2SO4溶液中,要使沉淀溶解,H+浓度必须达到多大?[设此时Ag+浓度稀释为0.1 mol/L, SO2-4浓度与HSO-4浓度之和为1 mol/L,已知硫酸的Ka2=1.0×10-2,Ksp(Ag2SO4)=1.2×10-5]
Ag2SO4沉淀恰好溶解时的c(SO2-4)= 1.2×10-5/0.12=1.2×10-3,由
HSO-4 H+ + SO-4
1-1.2×10-3c(H+)1.2×10-3
得:c(H+)≈0.83 moL/L
从以上的计算结果,可近似得出滴加2滴1 mol/L的AgNO3溶液到1 mL 1 mol/L的Na2SO4溶液中,要使生成的Ag2SO4沉淀溶解,H+浓度要达到0.83 mol/L以上,大致是此时溶液中Ag+浓度的8.3倍。按以上方法可以粗略的估算,当溶液中H+浓度是Ag+浓度的10倍左右时,可使生成的Ag2SO4沉淀溶解。
三、解决问题
综上所述,得出了对Cl-检验过程中SO2-4是否会产生干扰的初步结论:当AgNO3浓度较小,如0.01 mol/L时,SO2-4对Cl-检验的干扰基本可以忽略,因为SO2-4浓度必须很大才会有Ag2SO4沉淀出现;当AgNO3浓度大于0.01 mol/L时,可通过加适量的稀硝酸或少量浓度稍大的硝酸溶液,即可排除SO2-4对Cl-检验的干扰。至此,考虑到Ag+对Cl-检验的灵敏度很高,实验室配制的用来检验Cl-的硝酸银溶液浓度一般较小,所以笔者认为SO2-4对Cl-检验的干扰是完全可以排除的,因此教材上在Cl-的检验过程中回避SO2-4可能产生的干扰,也是合理的。
(收稿日期:2017-01-10)