對(duì)硫酸銀溶度積和溶解熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)*

高桂枝 蔡蕓蕓 劉士鑫 濮鳳嬌

(南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇南京 210044)

硫酸銀溶度積和溶解熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)是無(wú)機(jī)化學(xué)中的一個(gè)常規(guī)實(shí)驗(yàn)。由于該實(shí)驗(yàn)涉及到許多基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念以及一系列基本實(shí)驗(yàn)操作，因此該實(shí)驗(yàn)對(duì)于鞏固學(xué)生所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力具有重要的作用。我們用的教材是南京大學(xué)編的《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》[1]，在教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)存在如下問(wèn)題：在取樣上，書(shū)中是“取1g Ag2SO4(s)，放入250mL錐形瓶中，再加入100mL蒸餾水”。如此操作，所配溶液在40℃以下可以達(dá)到飽和，而在40℃以上達(dá)不到飽和，數(shù)據(jù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)有效點(diǎn)較少。據(jù)書(shū)中實(shí)驗(yàn)方法，我們用的磁力攪拌器在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中難以恒溫，影響數(shù)據(jù)讀取。所配溶液只有100mL，每次取樣時(shí)很易吸入固體Ag2SO4。為此，結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)改進(jìn)探索，提出以下3點(diǎn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法：① 調(diào)整藥品比例。② 采用“先降溫后升溫”的控溫方法。③ 增加藥品劑量。結(jié)果表明，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)易于操作控制，提高了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，便于在教學(xué)實(shí)踐中推廣。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

解決教材中本實(shí)驗(yàn)的不足，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性和成功率，以便在教學(xué)實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

2 儀器與藥品

85-2磁力攪拌器(金壇市正基儀器有限公司)；酸式滴定管。HNO3(6mol·L-1)，NH4Fe(SO4)2(0.4%)，KSCN標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.0500mol·L-1)，Ag2SO4(s)。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

4 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)步驟

稱取2.25g Ag2SO4固體，放入200mL容量瓶中，再加入蒸餾水至150mL，將錐形瓶置于磁力攪拌器上，水浴加熱、攪拌，當(dāng)溫度達(dá)到70℃左右時(shí)，調(diào)節(jié)控溫儀旋鈕，使體系保持在該溫度下，繼續(xù)攪拌15min后停止加熱，自然冷卻。冷至60℃時(shí)停止攪拌，調(diào)節(jié)控溫儀，使體系溫度緩慢降至55～56℃，再升溫至60℃左右，準(zhǔn)確記錄該溫度(讀至小數(shù)點(diǎn)后1位)，迅速用洗凈并干燥過(guò)的移液管，從錐形瓶中移取10.00mL清液(應(yīng)離開(kāi)瓶底一段距離，防止將沉淀帶出)，置于另一250mL錐形瓶中，繼續(xù)冷卻溶液。以后每次取樣溫度都比上一次取樣溫度低5～10℃，每次都采取先降溫至比本次要取樣的溫度低4～5℃再升溫的方法，依此類推，共吸取6份清液樣品，滴定過(guò)程同教材。

5 相關(guān)理論數(shù)據(jù)及處理方法[2]

6 結(jié)果與分析

6.1 Ag2SO4使用量的影響

圖1 不同Ag2SO4用量的圖(a) 原方法；(b) 改進(jìn)后的方法

圖1(a)的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)只有3個(gè)，前面一段由于溶液不飽和，降溫時(shí)Ag+濃度不變，故為一條平直線,數(shù)據(jù)無(wú)法使用。而圖1(b)有效點(diǎn)則有5個(gè)，增加了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)處理結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 不同Ag2SO4用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1可看出，用1.5%Ag2SO4要比用1%Ag2SO4測(cè)得的溶度積和溶解焓誤差小得多，原因是圖1(a)的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)太少，增加了偶然誤差。由溶解度表查得：Ag2SO4溶解度60℃時(shí)為1.15g，50℃時(shí)為1.08g，40℃時(shí)為0.98g。而按照教材所加Ag2SO4只有1g，溶液在高于40℃時(shí)處于不飽和狀態(tài)，反映在圖1(a)上基本是一條平坦的直線，這段溫度區(qū)域的數(shù)據(jù)在確定斜率時(shí)并沒(méi)有起作用。

6.2 降溫方式影響

圖2 不同降溫方式的圖(a) 原方法；(b) 改進(jìn)后的方法

由圖2可以看出，當(dāng)溶液飽和時(shí)，用原方法測(cè)定數(shù)據(jù)的相關(guān)性明顯不如改進(jìn)后的方法，這是因?yàn)橛弥苯咏禍胤绞?，不易控制恒溫，引起了誤差。數(shù)據(jù)處理結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 不同降溫方式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出改進(jìn)后的降溫方式明顯減小了誤差，這是因?yàn)榫w的溶解比析出對(duì)溫度的變化更靈敏。直接降溫時(shí)，溶液呈過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，可構(gòu)成沉淀的晶體離子會(huì)由于靜電作用逐漸締合，形成離子對(duì)，再進(jìn)一步結(jié)合形成離子群或離子群集體。當(dāng)離子群成長(zhǎng)到一定大小時(shí)，即成為晶核。溶液中有了晶核以后，構(gòu)晶離子就向晶核表面擴(kuò)散并淀積，晶核才逐漸成長(zhǎng)為沉淀微粒。這一過(guò)程比較緩慢，且受到溶液過(guò)飽和度的影響。升溫時(shí)則簡(jiǎn)單得多，只是溶質(zhì)不斷溶解而達(dá)到新平衡的過(guò)程。因此，在測(cè)定溫度時(shí)，可以采用先降溫后升溫的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直接降溫的測(cè)定方式。實(shí)驗(yàn)表明，測(cè)定溫度升高時(shí)溶質(zhì)溶解的溫度，代替原教材中測(cè)定降溫時(shí)溶質(zhì)析出時(shí)的溫度，這種方法便于操作，誤差小。優(yōu)點(diǎn)是：不必考慮降溫時(shí)溫度在測(cè)定時(shí)上下波動(dòng)的情況，可確保所測(cè)溫度恰好為Ag2SO4飽和溶液析出晶體時(shí)的溫度。

6.3 溶液體積影響

圖3 不同溶液體積的圖(a) 100mL 1.5% Ag2SO4；(b) 150mL 1.5% Ag2SO4

可以看出，圖3(b)的線性相關(guān)性不如圖3(a)，但增加了1個(gè)有效點(diǎn)?？紤]到學(xué)生處理數(shù)據(jù)時(shí)采用手工繪圖，按書(shū)中所寫(xiě)只測(cè)定4個(gè)點(diǎn)是不夠的。增加有效點(diǎn)數(shù)可以減小人為誤差。數(shù)據(jù)處理結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 不同溶液體積的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3看出，Ag2SO4溶液用量增加后，可使測(cè)得數(shù)據(jù)與理論值更接近。原因是：根據(jù)教科書(shū)的用量，溶液的體積僅約為100mL，錐形瓶中液面離瓶底距離過(guò)小，特別在進(jìn)行幾次取樣操作后，液面幾乎貼近瓶底及Ag2SO4固體，這時(shí)取樣很容易吸入沉淀，造成Ag+滴定濃度偏大。改進(jìn)后，溶液的體積為150mL。這樣改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是：液面與瓶底間距較大，方便多次取樣，并能有效防止移液時(shí)吸入沉淀，減小了作圖誤差；而且藥品用量增大后，水浴加熱時(shí)溫度變化較緩慢，便于恒溫操作。

7 注意事項(xiàng)

當(dāng)溫度升至70℃，等待時(shí)間要充分，否則Ag2SO4未達(dá)飽和，對(duì)以后各組數(shù)據(jù)都會(huì)產(chǎn)生偏差；在加熱過(guò)程中，應(yīng)保持錐形瓶中液面低于水浴的液面并為直立狀態(tài)，以保證磁子正常轉(zhuǎn)動(dòng)。

8 結(jié)論

將Ag2SO4溶液由1%增大到1.5%，在作圖時(shí)，有效點(diǎn)個(gè)數(shù)可由3個(gè)增至5個(gè)，測(cè)定的斜率準(zhǔn)確度比較高。

將1.5% 的Ag2SO4溶液體積由100mL提高至150mL后，解決了易吸入沉淀的問(wèn)題，增加了有效點(diǎn)個(gè)數(shù)，減小了作圖誤差。

[1] 南京大學(xué)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫(xiě)組.無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn).第4版.北京:高等教育出版社,2006

[2] 蔡炳新,陳貽文.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn).北京:科學(xué)出版社,2001