以草酸为例探究证明n元酸的实验方法

曲阜师范大学附属中学高二(13)班(273165)

张孟研●



以草酸为例探究证明n元酸的实验方法

曲阜师范大学附属中学高二(13)班(273165)

张孟研●

本文从一道高考题出发，探究了几种不同的实验方法来证明酸的元数，主要利用了置换反应、酯化反应和难溶物来证明

n元酸；实验；草酸；酯化反应；置换反应

一般来说，酸的元数是可以从它的化学式看出的.如硫酸(H2SO4)为二元酸.但是也有例外，如亚磷酸(H3PO3)，虽然化学式中氢原子数为3，但它其实是二元酸.在不能直接研究物质结构的条件下，如何通过实验判断酸的元数就成了一个问题.例如这样一道题：

(3)设计实验证明：……

②草酸为二元酸____.

本题的标准答案为：“用氢氧化钠标准溶液滴定草酸溶液，消耗氢氧化钠的物质的量为草酸的两倍.”这个方法从二元酸的定义入手，直接用碱检验草酸中显酸性的氢原子的个数.但是关于这个题以及其发散出来的更一般的问题，我认为还有更多的解法.这里从二元酸草酸推广至其他n元酸来探讨：除上文给出的方法外，其他证明n元酸的方法.

一、利用置换反应证明

与二元酸的反应化学方程式为：

依此类推，其与n元酸的反应化学方程式为：

由此可见，一定量的酸与足量锌反应生成的氢气与参加反应的酸的物质的量之比为n∶2.因此，通过测量一定量的酸与足量活泼金属反应生成氢气的量，可以推知该酸为几元酸.

实验操作：组装如图所示的仪器.锥形瓶中锌粒过量；分液漏斗中为一定体积的已知物质的量浓度的草酸溶液.打开活塞，待反应完毕并冷却至室温后，通过读出U形管两管的液面高度差可以计算出氢气的体积、物质的量，进而算出每摩尔酸中显酸性的氢的物质的量.

这种方法还可以推广到更多元的其他酸的证明上.

二、利用难溶物证明

上题中，题目开头给出的条件中，有：

草酸……其钙盐难溶于水.

由此想到：能否从检验其酸根离子的角度来间接证明草酸是二元酸呢？如果用其钙盐的难溶性来证明，应使用氢氧化钙溶液.但是氢氧化钙常温下在水中溶解度很小.经查阅资料知草酸的钡盐也难溶于水，因此可以用氢氧化钡溶液代替氢氧化钙溶液.

具体的实验操作为：取等体积、等物质的量浓度的氢氧化钡溶液和草酸溶液混合，充分反应后过滤，得到滤液；再向滤液中加入稀硫酸，观察现象

但是，这个方法受制于酸根离子能否生成沉淀，也无法对二元以上多元酸进行准确的检验.

三、利用酯化或取代反应证明

含氧酸具有和醇发生反应生成酯的性质.对于结构不太复杂的酸(如硫酸、磷酸、亚磷酸、草酸等)，其与醇反应生成的酯的种类越多，则说明其元数越多.以硫酸为例，它是二元酸，可以与甲醇反应生成两种酯：硫酸甲酯和硫酸二甲酯.磷酸与甲醇反应则生成三种酯.

证明草酸为二元酸，可以让它与甲醇发生酯化反应，然后通过蒸馏分离制得的混合酯.若只得到种一种馏分，则草酸为一元酸；若得到两种，则草酸为二元酸.对于一些无法仅因沸点不同而分离的酯，可以借助熔点不同，用冷却结晶的方法分离.

类似地，这个方法可以推广到无氧酸和醇的取代反应.例如盐酸可以与甲醇反应生成一氯甲烷；而硫化氢与甲醇反应则生成两种卤代烃.

这个方法同样存在不足：程序复杂，操作繁琐；无法检验无氧酸的元数；有些酯化反应由于酸本身的原因难以发生，如碳酸易分解.特别地，虽然亚磷酸是二元酸，但是也存在物质亚磷酸三甲酯，如果反应时生成这种物质就会干扰鉴定.

上述几种方法都存在一个缺陷，即对于类似碳酸的易分解的酸以及酸性极弱的酸难以鉴定.总之，要通过实验证明一种酸的元数，最佳方法是使用酸碱中和滴定的方法(标准答案)，或利用置换反应.当然，最准确的方法，还是直接研究分子结构.

指导老师:孔 莉

G632

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1008-0333(2017)13-0095-01