中国石油大学（华东）现代远程教育 实验报告

中国石油大学（华东）现代远程教育 实验报告 课程名称：普通化学 / 化学原理1 实验名称：电解质溶液-同离子效应 实验形式：在线模拟+现场实践 提交形式：在线提交实验报告 学生姓名： 学 号： * 年级专业层次： *** 学习中心： **** 提交时间： 年 月 日 学习 “同离子效应（一）、（二）” 实验，详见《普通化学》（《化学原理1》）课件中的“实验教学”-“实验内容”-“电解质溶液”，网址http://www.upol.cn/jpk2013/pthx/fzsy.html，并回答下面的问题。 一、实验目的 （1）加深对弱电解质的解离平衡、同离子效应、盐类水解等基本概念的理解。了解缓冲溶液的缓冲作用及配制。 （2）掌握难溶电解质的多相离子平衡及沉淀的生成和溶解的条件。 二、实验原理 溶液中的离子平衡包括弱电解质的解离平衡、盐类的水解平衡、难溶电解质的沉淀-溶解平衡等。 在弱电解质的解离平衡或难溶电解质的沉淀一溶解平衡体系中，加入与弱电解质或难溶电解质具有相同离子的易溶强电解质，则平衡向左移动，产生使弱电解质的解离度或难溶电解质的溶解度明显降低的现象，叫做同离子效应。 由弱酸（或弱碱）及其盐等共轭酸碱对组成的溶液（例如 HAc-NaAc，NH3-NH4Cl，H2PO4--HPO42-;等），其pH值不会因加入少量酸、碱或加水稀释而发生显著变化，具有这种性质的溶液称为缓冲溶液。 升高温度或稀释溶液，有利于水解反应的进行。水解后溶液的酸碱性则取决于盐的类型。 三、实验用品（仪器、药品） 1、实验仪器 　　电动离心机，点滴板，酒精灯，试管夹，烧杯（50cm3，100 cm3），量筒（5 cm3，10 cm3，25 cm3），试管（大、小各1组）。 2、实验药品 HAc（0.10 mol·dm-3），H2SO4（2 mol·dm-3），HNO3（6 mol·dm-3），HCl（0.l mol·dm-3，2 mol·dm-3），NH3水（0.l mol·dm-3，2 mol·dm-3，6 mol·dm-3），NaOH（0.l mol·dm-3，2 mol·dm-3），NaAc（0.10 mol·dm-3），NaCl（0.l mol·dm-3），K2CrO4（0.l mol·dm-3），Fe2(SO4)3（0.l mol·dm-3），SbCl3（0.1 mol·dm-3），CuSO4（0.1 mol·dm-3），Na2S（0.l mol·dm-3），KI（0.1 mol·dm-3），AgNO3(0.1 mol·dm-3)，Al2(SO4)3（0.1 mol·dm-3），Pb(NO3)2（0.1 mol·dm-3），Na2SO4（0.1 mol·dm-3），MgCl2（0.1 mol·dm-3），Na2CO3（0.1 mol·dm-3，饱和），PbI2（饱和），甲基橙（0.1%），酚酞（0.1%），NH4Ac（s），Fe(NO3)3·9H2O(s)。 3、实验材料 pH试纸。 四、实验内容及操作步骤 一、解离、沉淀平衡与同离子效应 （l）在小试管中加入1 cm3 0.l mol·dm-3 NH3水溶液和1滴酚酞指示剂，在小试管中加入1 cm3 0.l mol·dm-3 NH3水溶液和1滴酚酞指示剂，溶液由无色变成红色，这是因为氨水溶液呈碱性使溶液变红。再加入少许NH4Ac晶体，振荡使其溶解，因同离子效应OH-浓度降低，碱性降低，红色溶液颜色变浅或褪去。 （2）自己设计一实验，验证同离子效应使HAc溶液中的H+浓度降低。 在小试管中用滴管加入1毫升0.1摩尔/升醋酸水溶液和1滴甲基橙指示剂，因醋酸溶液呈酸性，使甲基橙溶液有无色变为红色。再用药匙向小试管中加入少许醋酸铵晶体，振荡使其溶解，因同离子效应，氢离子浓度降低，酸性降低，橙红色溶液颜色变为橙黄色或黄色。 （3）在试管中加入3滴PbI2饱和溶液，加入2滴0.l mol·dm-3 KI溶液。观察现象，解释之。 在试管中加入3滴PbI2饱和溶液，加入2滴0.l mol·dm-3 KI溶液。有黄色沉淀碘化铅生成。因滤液为PbI2的饱和溶液，加入0.1 mol·L－1KI溶液，增加了I‾浓度，使PbI2的沉淀溶解平衡向左移动，生成了PbI2沉淀，Pb2+部分转化为PbI2沉淀，所以Pb2+浓度减小。电解质的饱和溶液,达到平衡状态,我们把这种平衡称为沉淀溶解平衡 二、缓冲溶液的配制和性能 （1）在小烧杯中加入15.0 cm3 0.1 mol·dm-3 HAc和15.0 cm3 0.1 mol·dm-3 NaAc溶液，搅拌均匀后，用pH试纸测其pH值，pH值为4.5。然后将该缓冲溶液分成三份。第一份加入1 cm3 0.l mol·dm-3 HCl溶液，第二份加人1 cm3 0.l mol·dm-3 NaOH溶液，第三份加入10 cm3蒸馏水，摇匀后用pH试纸测量其pH值，这三份溶液pH值为4.5，pH值基本不变，这是由于缓冲溶液具有缓冲效应所致。 （2）在两只小烧杯中各加入20 cm3蒸馏水，用pH试纸测量其pH值约为6；在第一只烧杯中加入1 cm3 0.l mol·dm-3 HCl溶液，摇匀后用玻璃棒蘸取溶液，用pH试纸测量其pH值约为2；第二只烧杯中加入1 cm3 0.l mol·dm-3 NaOH溶液，摇匀后用玻璃棒蘸取溶液，用pH试纸测量其pH值约为9。 这个试验结果与二的（l）项做比较可发现，pH值变化很大，这是由于蒸馏水没有缓冲效应所致。 三、盐类水解 (l)用试纸测量浓度均为0.1 mol·dm-3的NaCl，NaAc，NH4Cl和NH4Ac溶液的pH值，并解释所观察到的现象。 用玻璃棒蘸取0.1 mol·dm-3的NaCl溶液于精密pH试纸上，测其pH值约为6，说明NaCl不水解。 用玻璃棒蘸取0.1 mol·dm-3的NaAc溶液于精密pH试纸上，测其pH值约为9，说明NaAc中醋酸跟水解。 用玻璃棒蘸取0.1 mol·dm-3的NH4Cl溶液于精密pH试纸上，测其pH值约为5，说明NH4Cl中铵离子水解。 用玻璃棒蘸取0.1 mol·dm-3的NH4Ac溶液于精密pH试纸上，测其pH值约为6，说明NH4Ac是双水解。 (2)取少许Fe(NO3)3·9H2O于试管中，用蒸馏水溶解后观察溶液颜色，然后分成三份。第一份留作比较，第二份加几滴6 mol·dm-3 HNO3溶液，第三份用小火加热煮沸。 观察现象并解释之。 用药匙少许Fe(NO3)3·9H2O于试管中，用滴管滴加蒸馏水后，溶液显黄色，这是由于一氢氧根·五水合铁配离子所致。 将溶解后的溶液分成三份于试管中，第一份留作比较；第二份加几滴6 mol·dm-3 HNO3溶液，溶液变为无色，这是由于[Fe(H2O) 5(OH) ]2+ + H+ =[Fe(H2O) 64 ]3+ ；三份用小火加热煮沸，溶液变为红棕色，这是水解所致，[Fe(H2O) 3(OH) ]2+ = Fe(OH)3+3H2O (OH)+ 2H+ 。 (3)在干试管中加入2～3滴0.1 mol·dm-3 SbCl3溶液，加少许蒸馏水，观察现象。再逐滴加入2 mol·dm-3 HCl（边滴边摇！）溶液，又有何现象？解释之。 用滴管向干试管中加入2～3滴0.1 mol·dm-3 SbCl3溶液，用滴管加少许蒸馏水，发现有白色沉淀氢氧化锑。再逐滴加入2 mol·dm-3 HCl（边滴边摇！）溶液，边滴边摇，白色沉淀氢氧化锑逐渐消失。这是因为SbCl3+3H2O<==>Sb(OH) 3+3HCl。 (4)在装有1 cm3 0.1 mol·dm-3 Al2(SO4)3溶液的试管中，加入1 cm3 0.1 mol·dm-3 Na2CO3溶液，有何现象？设法证明产物是Al(OH)3而不是Al2(CO3)3。 在装有1 cm3 0.1 mol·dm-3 Al2(SO4)3溶液的试管中，加入1 cm3 0.1 mol·dm-3 Na2CO3溶液，发现既有白色沉淀物出现，也有气泡冒出。因为这是双水解反应，由于硫酸铝是强酸弱碱盐，水解呈酸性，而Na2HCO3 是强碱弱酸盐，水解呈碱性，两者混合，互相促进水解，Al33+ 跟OH-结合，生成氢氧化铝沉淀，而HCO3-和H+结合，生成 H2CO3，碳酸不稳定，生成CO2和H2O。化学方程式Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 3Na2SO4 + 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑。 四、沉淀的生成与溶解 （l）在点滴板的两个空穴中各加入1滴0.l mol·dm-3 AgNO3溶液，然后向其中一个滴加1滴0.1 mol·dm-3 NaCl溶液，另一个滴加1滴0.1 mol·dm-3 K2CrO4溶液，观察沉淀的生成和沉淀的颜色。 用滴管向滴板的两个空穴中各加入1滴0.l mol·dm-3 AgNO3溶液，然后用滴管向其中一个空穴滴加1滴0.1 mol·dm-3 NaCl溶液，有白色沉淀氯化银生成；用滴管向另一个空穴滴加1滴0.1 mol·dm-3 K2CrO4溶液，有砖红色沉淀生成。 （2） 在试管中加入1滴0.1 mol·dm-3 NaCl和1滴0.1 mol·dm-3 K2CrO4溶液，再加入少许蒸馏水稀释，摇匀。然后逐滴加入0.1 mol·dm-3 AgNO3溶液，（边滴边振荡！），观察开始出现沉淀的颜色，继续滴加0.1 mol·dm-3 AgNO3溶液，沉淀的颜色有何变化？根据沉淀颜色的变化和溶度积规则判断难溶物的沉淀顺序。解释之。 用滴管向试管中加入1滴0.1 mol·dm-3 NaCl和1滴0.1 mol·dm-3 K2CrO4溶液，再加入少许蒸馏水稀释，摇匀。然后逐滴加入0.1 mol·dm-3 AgNO3溶液，边滴边振荡，发现有白色氯化银沉淀生成。继续滴加0.1 mol·dm-3 AgNO3溶液，有砖红色铬酸银生成，这称为分步沉淀。 (3)在试管中加入2滴0.1 mol·dm-3 Pb(NO3)2溶液，再加入4滴0.1 mol·dm-3 Na2SO4溶液，有何现象？离心沉降，洗涤沉淀，然后在沉淀中加入8滴0.1 mol·dm-3 KI溶液，振荡，沉淀颜色有何变化？按上述操作，再在沉淀物中加入4滴Na2CO3饱和溶液，振荡，有何现象？重复上述操作，再加入4滴0.1 mol·dm-3 Na2S溶液，振荡，观察沉淀的颜色变化，解释所观察到的现象。 试管中加入2滴0.1 mol·dm-3 Pb(NO3)2溶液，再用滴管加入4滴0.1 mol·dm-3 Na2SO4溶液，有白色沉淀硫酸铅生成；用电动离心机离心沉降，然后在沉淀中加入8滴0.1 mol·dm-3 KI溶液，振荡，发现白色沉淀转为黄色沉淀。再在沉淀物中加入4滴Na2CO3饱和溶液，振荡，发现黄色沉淀转为白色沉淀。再用滴管加入4滴0.1 mol·dm-3 Na2S溶液，振荡，发现白色沉淀转为黑色沉淀硫化铅。 (4)在三支试管中分别加入5滴0.1 mol·dm-3 MgCl2溶液，再逐滴加入2 mol·dm-3 NH3水溶液，此时生成的沉淀是什么？然后分别加入2 mol·dm-3 HCl溶液、固体NH4Ac和2 mol·dm-3 NaOH溶液，观察沉淀是否都溶解？解释之。 在三支试管中用滴管分别加入5滴0.1 mol·dm-3 MgCl2溶液，再用滴管逐滴加入2 mol·dm-3 NH3水溶液，有白色沉淀氢氧化镁生成；用滴管向其中一支试管加入2 mol·dm-3 HCl溶液，沉淀溶解；用滴管向其中另一支试管加入NH4Ac固体，沉淀溶解；用滴管向最后一支试管中加入2 mol·dm-3 NaOH，沉淀不溶解。对比三支试管现象，说明氢氧化镁无酸性。 (5)在试管中加入2滴0.1 mol·dm-3 CuSO4和2滴0.1 mol·dm-3 Na2S溶液，观察黑色沉淀的生成。离心沉降，弃去清液。加入10滴6 mol·dm-3 HNO3溶液，微热，沉淀是否溶解？写出反应式。 用滴管向试管中加入2滴0.1 mol·dm-3 CuSO4，再加入2滴0.1 mol·dm-3 Na2S溶液，有黑色沉淀CuS， Cu2++ S2- = CuS↓。 用电动离心机离心沉降，弃去清液，用滴管向试管中加入10滴6 mol·dm-3 HNO3溶液，用酒精灯微热，沉淀溶解，3CuS+8HNO3=3Cu(NO3)2+3S+2NO↑+4H2O。 五、实验现象及结论 （1）何谓同离子效应？ （2）盐的水解有哪些类型？试各举一例，并以离子方程式表示。 （3）常见的缓冲溶液有哪几种类型？如何用1 mol·dm-3 HAc和1 mol·dm-3 NaAc配制 100 crn3 pH = 5的缓冲溶液？ （4）如何用SnCl2配制澄清的SnCl2溶液。 （l）两种含有相同离子的盐（或酸、碱）溶于水时，它们的溶解度（或酸度系数）都会降低，这种现象叫做同离子效应。在酸碱平衡和沉淀溶解平衡中都存在同离子效应。 （2）盐的水解类型有 强碱弱酸盐：K2CO3：水解后水溶液呈碱性，水解离子方程式为：CO32-+H2O←→HCO3-+OH- 强酸弱碱盐:CuCl2水解后水溶液呈碱性，水解离子方程式为：Cu2++2H2O←→Cu（OH）2+2H+ 弱酸弱碱盐CH3COONH4. 电离，阴阳离子都水解。CH3COOH←→CH3COO-+H+ （3）常见的缓冲溶液：常见的缓冲溶液：弱酸及其盐的混合溶液（如HAc与NaAc），弱碱及其盐的混合溶液（如NH3·H2O与NH4Cl）。在小试管中加入 1 cm3 0.l mol· dm-3 NH3 水溶液和 1 滴酚酞指示剂，观察溶液颜色。 再加入少许 NH4Ac 晶体，振荡使其溶解，因同离子效应 OH-浓度降低，碱性降低，红色溶液 颜色变浅或褪去。 2自己设计一实验，验证同离子效应使 HAc 溶液中的 H+浓度降低。在小试管中用滴 管加入 1 毫升 0.1 摩尔/升醋酸水溶液和 1 滴甲基橙指示剂，因醋酸溶液呈酸性，使甲基橙 溶液有无色变为红色。再用药匙向小试管中加入少许醋酸铵晶体，振荡使其溶解，因同离子 效应，氢离子浓度降低，酸性降低，橙红色溶液颜色变为橙黄色或黄色。 3在试管中加入 3 滴 PbI2 饱和溶液，加入 2 滴 0.l mol· dm-3 KI 溶液。有黄色沉淀碘化铅生成。 （4）标准配置方法：1：称重0.5克氯化亚锡。2：将称好的氯化亚锡放到25ml烧杯中，然用 2.5ml浓盐酸溶解。3：放到105度烘箱中加热10min 。4：取出后冷却到室温后，将其转移支25mL容量瓶中，定容到25ml 。5：加入一个锡粒，放到冰箱里。这种配置方法中，加入盐酸可以抑制SnCl2的水解，可以得到澄清的溶液。 六、思考： 根据PbI2的溶度积，计算（298K时）： （1）PbI2在纯水中的溶解度（mol·dm-3）； （2）PbI2在0.010 mol·dm-3 KI 溶液中的溶解度； （3）PbI2在0.010 mol·dm-3 Pb(NO3)2 溶液中的溶解度； （4）对以上计算结果进行分析、解释。 解： （1）Ksp(PbI2)=1.39×10-8 PbI2?Pb2++2I平衡浓度/mol·dm-3 s 2s ∴Ksp(PbI2)=c(Pb2+).c2(I-) =s.(2s)2 =4s3 =1.39×10-8 ∵s=1.51×10-3 mol·dm-3 (2) 平衡浓度/mol·dm-3 PbI2?Pb2++2Is 2s+0.010 ∴Ksp(PbI2)=c(Pb2+).c2(I-) =s.(2s+0.010)2 =1.39×10-8 ∵s 很小，∴2s+0.010≈0.010 ∴s=1.39×10-4 mol·dm-3 (3) 平衡浓度/mol·dm-3 ∴Ksp(PbI2)=c(Pb2+).c2(I-) =(s+0.010).(2s)2 =1.39×10-8 ∵s 很小，∴s+0.010≈0.010 ∴s=5.89×10-4 mol·dm-3 PbI2?Pb2+ + s+0.010 2I2s （4）计算分析：溶度积的大小反映了物质的溶解能力。它会受温度的变化以及其他电解质的溶解影响而改变与弱电解质的离解平衡一样，难溶电解质的溶解平衡也受同离子效应的影响，结果平衡左移溶解度降低 备注：该报告纳入考核，占总评成绩的10%。