高桂枝 蔡蕓蕓 劉士鑫 濮鳳嬌

(南京信息工程大學環(huán)境科學與工程學院 江蘇南京 210044)

硫酸銀溶度積和溶解熱測定實驗是無機化學中的一個常規(guī)實驗。由于該實驗涉及到許多基礎知識和基本概念以及一系列基本實驗操作，因此該實驗對于鞏固學生所學知識，培養(yǎng)學生實驗動手能力具有重要的作用。我們用的教材是南京大學編的《無機及分析化學實驗》[1]，在教學實踐中，發(fā)現該實驗存在如下問題：在取樣上，書中是“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℃以下可以達到飽和，而在40℃以上達不到飽和，數據處理時發(fā)現有效點較少。據書中實驗方法，我們用的磁力攪拌器在實驗操作過程中難以恒溫，影響數據讀取。所配溶液只有100mL，每次取樣時很易吸入固體Ag2SO4。為此，結合實際教學情況，我們對該實驗進行了相應的實驗技術改進探索，提出以下3點實驗改進方法：① 調整藥品比例。② 采用“先降溫后升溫”的控溫方法。③ 增加藥品劑量。結果表明，改進后的實驗易于操作控制，提高了實驗準確性，便于在教學實踐中推廣。

1 實驗目的

解決教材中本實驗的不足，提高實驗準確性和成功率，以便在教學實踐中推廣應用。

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標準溶液(0.0500mol·L-1)，Ag2SO4(s)。

3 實驗設計

4 改進后的實驗步驟

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，當溫度達到70℃左右時，調節(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℃時停止攪拌，調節(jié)控溫儀，使體系溫度緩慢降至55～56℃，再升溫至60℃左右，準確記錄該溫度(讀至小數點后1位)，迅速用洗凈并干燥過的移液管，從錐形瓶中移取10.00mL清液(應離開瓶底一段距離，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，滴定過程同教材。

5 相關理論數據及處理方法[2]

6 結果與分析

6.1 Ag2SO4使用量的影響

圖1 不同Ag2SO4用量的圖(a) 原方法；(b) 改進后的方法

圖1(a)的有效數據點只有3個，前面一段由于溶液不飽和，降溫時Ag+濃度不變，故為一條平直線,數據無法使用。而圖1(b)有效點則有5個，增加了數據的準確性。數據處理結果統(tǒng)計見表1。

表1 不同Ag2SO4用量實驗結果

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

6.2 降溫方式影響

圖2 不同降溫方式的圖(a) 原方法；(b) 改進后的方法

由圖2可以看出，當溶液飽和時，用原方法測定數據的相關性明顯不如改進后的方法，這是因為用直接降溫方式，不易控制恒溫，引起了誤差。數據處理結果統(tǒng)計見表2。

表2 不同降溫方式的實驗結果

由表2可以看出改進后的降溫方式明顯減小了誤差，這是因為晶體的溶解比析出對溫度的變化更靈敏。直接降溫時，溶液呈過飽和狀態(tài)時，可構成沉淀的晶體離子會由于靜電作用逐漸締合，形成離子對，再進一步結合形成離子群或離子群集體。當離子群成長到一定大小時，即成為晶核。溶液中有了晶核以后，構晶離子就向晶核表面擴散并淀積，晶核才逐漸成長為沉淀微粒。這一過程比較緩慢，且受到溶液過飽和度的影響。升溫時則簡單得多，只是溶質不斷溶解而達到新平衡的過程。因此，在測定溫度時，可以采用先降溫后升溫的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直接降溫的測定方式。實驗表明，測定溫度升高時溶質溶解的溫度，代替原教材中測定降溫時溶質析出時的溫度，這種方法便于操作，誤差小。優(yōu)點是：不必考慮降溫時溫度在測定時上下波動的情況，可確保所測溫度恰好為Ag2SO4飽和溶液析出晶體時的溫度。

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)的線性相關性不如圖3(a)，但增加了1個有效點?？紤]到學生處理數據時采用手工繪圖，按書中所寫只測定4個點是不夠的。增加有效點數可以減小人為誤差。數據處理結果統(tǒng)計見表3。

表3 不同溶液體積的實驗結果

由表3看出，Ag2SO4溶液用量增加后，可使測得數據與理論值更接近。原因是：根據教科書的用量，溶液的體積僅約為100mL，錐形瓶中液面離瓶底距離過小，特別在進行幾次取樣操作后，液面幾乎貼近瓶底及Ag2SO4固體，這時取樣很容易吸入沉淀，造成Ag+滴定濃度偏大。改進后，溶液的體積為150mL。這樣改進的優(yōu)點是：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，水浴加熱時溫度變化較緩慢，便于恒溫操作。

7 注意事項

當溫度升至70℃，等待時間要充分，否則Ag2SO4未達飽和，對以后各組數據都會產生偏差；在加熱過程中，應保持錐形瓶中液面低于水浴的液面并為直立狀態(tài)，以保證磁子正常轉動。

8 結論

將Ag2SO4溶液由1%增大到1.5%，在作圖時，有效點個數可由3個增至5個，測定的斜率準確度比較高。

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題，增加了有效點個數，減小了作圖誤差。

[1] 南京大學無機及分析化學實驗編寫組.無機及分析化學實驗.第4版.北京:高等教育出版社,2006

[2] 蔡炳新,陳貽文.基礎化學實驗.北京:科學出版社,2001