利用数字化实验验证稀NH4HCO3溶液中滴加少量稀NaOH溶液的反应顺序

摘 要：本文主要介绍了利用数字化实验验证稀NH4HCO3溶液中滴加少量稀NaOH溶液的反应顺序的实验原理、实验过程等。

关键词：化学； 数字化实验

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）09-013-001

一、资料链接

查阅中国知网和相关化学教育教学期刊，NH4HCO3溶液中滴加少量NaOH溶液的反应顺序的论文主要有以下几篇：

1.河南省洛阳市第一高级中学的何为凡在《试题与研究》2011年第21期发表的《关于NH4HCO3和NaOH溶液中离子之间反应程度的理论探究》，主要从理论上进行了论证，认为铵根离子和氢氧根离子之间的反应程度大于碳酸氢根离子和氢氧根离子之间的反应。然而，铵根离子和氢氧根离子反应后生成的NH3·H2O能进一步跟碳酸氢根离子反应生成铵根离子和碳酸根离子。因此，在解决计算问题过程中，为了简化分析过程，可认为碳酸氢根离子和氢氧根离子反应结束后，过量的氢氧根离子再和铵根离子反应。在书写跟量有关的离子方程式时，氢氧根离子先和铵根离子反应，过量的氢氧根离子再跟碳酸氢根离子反应。

2.湖南澧县一中的张林林在《青少年日记（教育教学研究）》2013年第1期发表《关于碳酸氢铵与氢氧化钠反应顺序的讨论》，由理论计算和实验验证得出将少量的NaOH溶液滴加到NH4HCO3溶液中，NH4+优先与OH-反应。由于HCO3-和NH4+与OH-反应原理复杂，他建议在高中阶段考查NH4HCO3溶液与NaOH溶液反应的离子方程式的书写，应将“少量”的NaOH溶液滴加到NH4HCO3溶液中的“少量”改成“足量”。

3.杭州市第二中学的曾应超在《化学教学》2013年第4期发表的《NH4HCO3与NaOH溶液的反应和反应物的量有关吗》，着重讨论了氨水类和碳酸类溶液中相关微粒分布与溶液pH的关系，得出NH4HCO3溶液与NaOH溶液反应时，并不存在明显的过量与少量差异，均可用同一离子方程式表示。

二、实验原理

电导率是表示电解质溶液导电性能的物理量，电导率越大，则导电性能越强。电解质溶液浓度较低时，溶液的电导率与浓度呈线性关系。NH4HCO3与少量NaOH溶液反应时，溶液的电导率变化是一个关键的表征，利用电导率传感器和相应的数据采集器以及分析软件，实时测量稀溶液电导率的变化以及表征溶液中自由移动离子的浓度变化，从而揭示NH4HCO3与少量NaOH溶液反应的先后顺序。

三、实验仪器及试剂

仪器：数据采集器、数据采集软件、电导率传感器、计算机、磁力搅拌器（含搅拌子）、电极架、50mL烧杯、50mL树脂滴定管、25mL移液管、滴定管架、铁架台

试剂：0.1mol/LNaOH溶液、0.1mol/LNH4Cl溶液、0.1mol/LNH4HCO3溶液、0.1mol/LNaHCO3溶液、蒸馏水。

四、实验过程

1.组装实验装置，将电导率传感器、数据采集器与计算机相连接。

2.打开通用软件，选择组合曲线。向树脂滴定管中加入50mL0.1mol/L NaOH溶液，调零，用移液管量取25mL0.1mol/L NaHCO3溶液倒入50mL小烧杯中，加入磁子，固定电导率传感器，打开磁力搅拌器。

3.添加相关物理量，横坐标选择“时间”，纵坐标选择“K2”，点击“开始”并打开滴定管旋塞，调节均匀稳定的滴速，观察滴定管内的液面变化。当滴定管内液面从0.00mL下降至25.00mL时，关闭滴定管旋塞，点击“停止”，锁定组合曲线1。

4.重复步骤3，分别向25mL0.1mol/LNH4Cl溶液和25mL0.1mol/LNH4HCO3溶液中滴加25.00mL0.1mol/LNaOH溶液，在组合曲线1上绘出相应电导率曲线（参见图1）。

五、实验结果与分析

图1

图1为三次滴定过程采集的组合曲线，横坐标表示时间，纵坐标表示电导率。曲线①为25mL0.1mol/LNH4Cl溶液中滴加25.00 mLNaOH溶液，曲线②为25mL0.1mol/LNH4HCO3溶液中滴加25.00mL0.1mol/LNaOH溶液，曲线③为25mL0.1mol/LNaHCO3溶液中滴加25.00mLNaOH溶液。

可以看出，曲线①中，由于NH4-.与OH—结合生成了难电离的NH3·H2O，溶液中离子浓度急剧减少，电导率下降趋势明显；曲线②中，由于HCO3-与OH-结合生成CO32-，虽然离子浓度有所减少，但由于1个CO32—带有2个单位负电荷，电荷数的增加部分抵消了离子浓度的下降，使得溶液的电导率没有太大的变化，甚至还略有增大。对比曲线③，溶液电导率呈明显的下降趋势，且变化幅度跟曲线①非常接近，说明加入NaOH后溶液中自由移动离子的浓度明显减少。由此，可初步得出结论，向稀NH4HCO3溶液中滴加少量稀NaOH溶液时，NH4+优先结合OH-。

该实验结果拟合度较高，反复多次实验均能得到相似曲线，实验数据可连续测得且获得的图像直观、明显，具有一定的参考价值。与理论计算和传统实验设计不同，电导率曲线的走向和趋势基本能体现出溶液中主要微观粒子的变化情况，能从微观角度对稀NH4HCO3溶液中滴加稀NaOH溶液的反应顺序进行验证。

六、实验反思

由于电导率主要取决于溶液中自由移动离子的浓度及离子所带电荷数，不同种离子即使浓度相等，导电能力也有所不同。为了尽量减小溶液体积的影响，笔者配制了2.5mol/LNaOH溶液进行相同实验，向25mL0.1mol/LNH4Cl溶液、25mL0.1mol/LNH4HCO3、25mL0.1mol/LNaHCO3溶液中分别滴加1mL2.5mol/LNaOH溶液，增大NaOH溶液的浓度，以减小其体积变化的影响。但由于电导率传感器的量程为0～20mS，碱浓度过大时，导致溶液电导率过大，超出量程范围，无法得到理想曲线。所以，本实验无法验证不同浓度的尤其是浓度较大的NH4HCO3与少量NaOH的反应先后顺序。此外，曲线的变化趋势只能定性地对反应顺序做出初步判断，无法定量测定离子在反应中的确切变化值。