Na2CO3水解过程溶液pH与温度关系的探究

摘要：盐类水解是中学化学教学中的重点和难点，温度升高会促进盐类的水解，其水解后的pH会增大，但是以碳酸钠溶液为例，通过手持技术测定，温度升高，溶液pH发生了先增大后减小的变化趋势。通过理论分析和数学计算，探究其异常变化的原因，得出用溶液pH的变化来判断水解程度的变化是不科学的。

关键词：碳酸钠水解；溶液pH与温度关系；实验探究

文章编号：1005–6629（2013）12–0057–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题提出

在中学化学中盐类的水解是教学的重点和难点，是高考中的热点和必考的知识点，盐类水解的规律之一是“越热越水解”，即温度越高水解程度越大，相应的盐溶液的酸性或碱性就会随着增大或减小。在传统中学化学实验中，由于受到实验条件的限制，盐类水解在随着温度升高时所产生的pH的细微变化很难测量，所以教师在教学过程中也只能定性地加以描述，对问题的认识仅停留在表层。随着科技的发展，实验条件的更新，数字传感技术由于其灵敏度高，操作简单，便于捕捉实验中的微小变化等优点，使其得到了迅速的普及。盐类水解所造成的pH的微小变化便可以用数字传感器进行测量[1]，对Na2CO3溶液依据“越热越水解”的规律，升高温度促进其水解，相应的溶液pH就会增

大。那么事实果真如此吗？

2 实验部分

2.1 实验仪器和药品

实验仪器：计算机、威尼尔全功能数据采集器、威尼尔温度传感器（型号TMP-BTA）、威尼尔pH传感器、磁力加热搅拌器。

实验试剂：1.0 mol/L和0.1 mol/L的碳酸钠溶液；1.0 mol/L醋酸钠溶液。

2.2 实验装置示意图

如图1所示，先将磁力加热搅拌器和pH传感器通过数据采集器与计算机相连，再将装有碳酸钠溶液的烧杯置于磁力加热搅拌器上，并放入小磁子，把温度和pH传感器插入溶液中。当打开计算机软件、磁力搅拌器及数据采集器后，测定的温度和pH的变化通过数据采集器可即时在计算机中显示出来。

2.3 实验过程

（1）用25 mL移液管量取25 mL 1.0 mol/L碳酸钠溶液注入100 mL烧杯中，并放入磁力搅拌子。

（2）打开电脑软件，用滤纸将pH传感器（蒸馏水洗净）擦干净后插入烧杯中。

（3）开启磁力搅拌器，缓慢搅拌。点击采集按钮，采集溶液pH数据。

（4）重复以上操作，分别测量0.1 mol/L碳酸钠溶液和1.0 mol/L醋酸钠溶液的pH。

2.4 实验结果

下图是用威尼尔公司生产的pH传感器测出的1.0 mol/L碳酸钠溶液的pH随温度的变化曲线：

从图2中可以看出pH随温度的升高先变大再变小，并不是随着温度的升高一直增大。这和惯常的想法有很大的差异，是浓度的问题？我们又用pH传感器测出0.1 mol/L碳酸钠溶液的pH随温度的变化曲线：

从图3中可看出溶液pH随温度的升高先变大再变小，也不是随着温度的升高一直增大。

这种现象是不是Na2CO3溶液独有的呢？我们又用1.0 mol/L醋酸钠溶液做了一次实验得到如下图像：

图像更是令人诧异，居然没有升高！从图像可看出醋酸钠溶液的pH随温度的升高逐渐减小，也不是随着温度的升高一直增大，说明对于碳酸钠溶液的pH随温度的变化而出现的减小的情况并不是偶然现象。

通过以上三幅实验图像可知，像碳酸钠溶液这样的强碱弱酸盐溶液水解后的pH并不是随温度升高而增大。对于碳酸钠溶液，是先增大后减小，而对于醋酸钠溶液则是逐渐减小的。难道“越热越水解”错了？为此，我们进行了理论和数据分析。

2.5 数据分析

为什么碳酸钠溶液水解pH会出现下降的趋势呢？是因为仪器的问题吗？为此我们专门请教了威尼尔公司的仪器设计的专家，得到的回复是：在20℃和80℃之间测定的数值都是准确可信的。

对此我们进行了深入的思索，得出了自己的观点。下面就以碳酸钠溶液为例加以说明。

根据pH=-lg[H+]可知，pH的变化无非是因为H+浓度的变化，从图中可以看出溶液pH先增大后减小，所以H+浓度先减小后增大。那么为什么Na2CO3溶液

综上，我们可以得出强碱弱酸盐及强酸弱碱盐都存在类似情况，所以在平时教学过程中，不能简单说水解程度越大，溶液pH就增大或减小，具体问题一定要通过实验测定，或者理论计算得出结论。

4 反思

对于上述计算1.0 mol/L Na2CO3溶液的过程中人为地忽略了CO23-的二级水解和人为地假定CO3 2-的浓度保持不变，其浓度的真实变化无从知晓，对计算的实际影响无法预测。

另外此方法只解释了盐溶液的酸碱性随温度的升高而下降，但无法解释1.0 mol/L Na2CO3溶液的pH随温度的升高所出现的先增大后减小的现象事实。

对于上述实验探究，我们体会到手持技术既克服了传统的实验仪器难以测量和储存的弊端，又可以精确、实时地把真实的数据和过程展示出来，避免了一些认识上的误区。

参考文献：

[1]白涛等编著.化学：为什么是这样[M].北京：化学工业出版社，2011：98～99.

[2]王明召，高盘良.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理[M].济南：山东科技出版社，2008：74.

[3]张祖德编.无机化学（第1版）[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2008：69.

[4]傅献彩，沈文霞等编.物理化学（上册）（第4版）[M].北京：高等教育出版社，1990：479～480.