利用液膜扩散微型实验探究钒酸盐的变化规律

杨 兴，杨佐志，王晓忠

(河北民族师范学院化学系， 河北 承德 067000)

0 引 言

1 仪器及试剂

仪器：点滴皿，专为液膜扩散微型实验设计，获国家专利权的新玻璃器皿，此实验用自制代用品；点滴皿的代用品的裁制，即选取2～3 mm厚的表面平整无划痕的普通玻璃，用玻璃刀裁成10 cm×10 cm的正方形，再用纱布磨去四边的锋刃即可.酸度计或精密pH试纸.

试剂：NaVO3(0.1 mol/L、0.3 mol/L)、H2SO4(1 mol/L、2 mol/L)、NaOH(0.1 mol/L、1 mol/L)、H2O2(质量分数为3%、10%)，均为分析纯.

2 偏钒酸钠(NaVO3)溶液随pH值降低的变化过程

2.1 实验步骤

分别取2～3滴0.3 mol/L的NaVO3和1 mol/L H2SO4于点滴皿上相距约1 cm处，用玻璃棒摊平使其形成溶液膜，并使其逐渐接近，当两种溶液膜相互接触后，停止外力作用，让溶液中的物质自然扩散反应.点滴皿上呈现有序的物色区域：无色、黄色、红棕色晶体、黄色、无色，并小心测试各区域的pH值.

2.2 NaVO3溶液随pH值降低过程的实验现象

照片1为NaVO3溶液与稀H2SO4的自然扩散反应.

2.3 NaVO3溶液随pH值变化的分析示意图

图2为NaVO3溶液随pH值变化的分析示意图.

图2 NaVO3溶液随pH值变化示意图

2.4 对NaVO3与稀H2SO4两溶液膜之间自然扩散过程的理论分析

由于NaVO3溶于水发生水解-聚合反应：

……

测得0.3 mol/L NaVO3溶液的pH≈8(偏碱性)，它与1 mol/L的H2SO4(pH=0)溶液膜接触后互相稀释，溶液的pH值从左至右逐渐减小，当钒酸盐溶液的pH趋于6.5时逐渐变黄色：

钒酸盐溶液的pH值趋于2时，析出红棕色晶体五氧化二钒水合物.

在点滴皿上的溶液膜中，钒酸盐从左(pH≈8)逐渐扩散至右(pH=0)的变化，形成五个综合对比的物区.如图1，出现了鲜明的对比现象，反映了钒酸盐溶液随pH值的变化规律.

3 钒酸盐与双氧水反应随溶液酸碱性的变化

3.1 实验过程

分别取2～3滴质量分数为10%的H2O2和0.3 mol/L NaVO3于点滴皿上形成溶液膜，并在1位加1滴0.1 mol/L NaOH，3位加1滴1 mol/L H2SO4，用玻璃棒把1、2、3溶液膜分别相连(每次用玻璃棒要清洗).

3.2 实验现象

1、2位溶液变黄色，3位溶液开始变黄色，随着反应进入强酸性而变红棕色.

照片2为钒酸盐与双氧水反应随溶液酸碱性的变化.

图3 钒酸盐与双氧水反应随溶液酸碱性变化图

3.3 现象及分析

参考图3，在点滴皿上偏钒酸钠与过氧化氢两种溶液膜之间，从弱碱性到弱酸性环境中得到二过氧钒酸离子[VO2(O2)2]3-黄色；强酸性环境中得到红棕色的过氧钒阳离子[V(O2)]3+，两者之间存在下列平衡：

H2O2+2H2O

由反应物与生成物形成鲜明对比，可利用此变化规律鉴定钒酸盐.

4 结 语

通过大量实验证明，此研究方法所用试液是滴量，仪器和操作步骤都比较简单，能清晰观察到物质自然变化过程中的规律性，提高了综合研究的效果.

参考文献：

[1] 北京师范大学无机教研室.无机化学[M].4版.北京：高等教育出版社，2008：750-753.

[2] 北京师范大学无机教研室.无机化学实验[M].3版.北京：高等教育出版社，2008：180.

[3] 杨兴.微型化学反应器皿：CN，201441917 U[P].2010-04-28.

[4] 天津大学无机化学教研室.无机化学[M].3版.北京：高等教育出版社，2008:408.