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从多角度探究NH4HCO3与少量NaOH溶液反应的实质.doc
从多角度探究NH4HCO3与少量NaOH溶液反应的实质
摘要:向NH4HCO3溶液中逐滴加入少量NaOH溶液涉及多个反应,这些反应间是存在绝对的先后顺序,还是同时进行,反应程度是否不同?经过实验探究与微观理论辨析可以得出确定的结论:OH-与HCO3-、NH4+同时反应,但与NH4+反应程度更大一些。
关键词:NH4HCO3溶液;少量NaOH溶液;反应实质;实验探究;微观辨析
文章编号:1008-0546(2017)04-0093-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.032
在近两年的高三备考复习中,有关“向NH4HCO3中滴入少量NaOH溶液”的离子方程式书写或正误判断的题目在不同的辅导书和考题中反复出现,所给出的参考答案都是:HCO3-+OH-[=]CO32-+H2O, 百度百科给出的答案也是如此。向NH4HCO3溶液中逐滴加入少量NaOH溶液主要涉及两个反应:NH4++OH-[=]NH3?H2O、HCO3-+OH-[=]CO32-+H2O,这两个反应间是存在绝对的先后顺序,还是同时进行,反应程度是否不同?本文将从实验探究与微观理论探析两个角度展开,以期得出确定的结论。
一、实验探究的角度
1. 定性实验探究
(1)实验操作过程及实验现象
(2)实验结果
结论1:0.1mol?L-1 的NH4HCO3溶液在室温下没有分解生成氨气。
结论2:0.1mol?L-1 的NH4HCO3溶液与0.1mol?L-1 BaCl2没有反应生成BaCO3。
结论3:0.1mol?L-1 的NH4HCO3溶液与0.1mol?L-1 Ba(OH)2发生反应了,生成BaCO3和少量氨气。
2. 定量实验探究
(1)实验操作过程
取10.00mL 0.10mol?L-1 的NH4HCO3溶液于小烧杯中,测pH值,再向其中滴入0.10mol?L-1的NaOH溶液,每增加1.00mL NaOH溶液并振荡,充分反应后测定溶液pH值,平行实验三次,然后推算溶液中HCO3-、NH4+的浓度。
(2)实验用品
氢氧化钠(分析纯,天津滨海科迪化学试剂有限公司)、碳酸氢钠(分析纯,天津致远化学试剂有限公司)、电子天平、250mL容量瓶、碱式滴定管、小烧杯、数显笔式酸度计(型号pH-2011,精确度±0.05,自动补温)。
(3)实验数据(表1)
(4)HCO3-、NH4+的浓度的推算
实验测得0.10mol?L-1的NH4HCO3溶液的pH=9.057,是因为以HCO3-的水解为主,NH4+的水解为辅,且HCO3-的水解程度远远大于NH4+的。经过计算,溶液中c(NH4+)近似等于0.10mol?L-1,c(HCO3-)约为0.0954mol?L-1。
向10.00mL 0.10mol?L-1 的NH4HCO3溶液中滴入0.10mol?L-1 的NaOH溶液VmL。假设下列两个反应都发生:NH4++OH-[=]NH3?H2O(K1)、HCO3-+OH-[=]CO32-+ H2O(K2),根据NH3?H2O的电离常数 (Kb=1.8×10-5)、H2CO3的电离常数(Ka1=4.5×10-7,Ka2=4.7×10-11)和水的离子积(Kw=1.0×10-14)[1]推算出两个反应的平衡常数(K1和K2)表达式为(1)和(2),又因为溶液中的氮原子和碳原子是恒定的,得出物料守恒表达式(3)和(4)。
K1==(1)
K2==(2)
c(NH4+)+c(NH3?H2O)+c(NH3)=
=(3)
c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=
=(4)
由于在稀溶液中反??,c(NH3)和c(H2CO3)的值极小,所以它们在(3)和(4)式中可以忽略,再将(1)和(3)、(2)和(4)分别结合整理得到下列表达式(5)和(6):
c(NH4+)?[1+]=(5)
c(CO32-)?[1+?c(OH-)]=(6)
然后,将实验测得pH值转换成c(OH-)代入(5)和(6),得出反应后溶液的c(NH4+)和c(HCO3-),其数值(单位为mol?L-1)如表2,并将测量数据绘制成浓度-体积曲线图,如图1。
(5)实验结果
结论1:0.1mol?L-1 的NH4HCO3溶液呈弱碱性。
结论2:向0.1mol?L-1 的NH4HCO3溶液逐渐滴入0.10mol?L-1 的NaOH溶液,c(NH4+)和c(HCO3-)均在减小,前期阶段c(NH4+)减小幅度远大于c(HCO3-)的,NH4+
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