張敏　劉和平

摘要：利用pH傳感器和電導(dǎo)率傳感器進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定Ag（NH₃）2OH和Ag（NH₃）2NO₃溶液pH和理論計(jì)算的方法，證明了向AgN03溶液中加氨水制備的銀氨溶液主要成分并非Ag（NH3）20H而是Ag（NH₃）2NO₃。關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；銀氨溶液；Ag（NH₃）2OH；Ag（NH₃）zNO₃

文章編號(hào)：1008—0546（2016）07—0089—04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2016.07.032

一、問(wèn)題的提出

人教版化學(xué)選修5對(duì)銀氨溶液的制備方法陳述如下：在潔凈的試管中加入1mL 2%的AgNO₃溶液，然后邊振蕩試管邊逐滴滴人2%的稀氨水，至最初產(chǎn)生的沉淀恰好完全溶解為止，制得銀氨溶液。并在教材58頁(yè)資料卡片中給出了制備銀氨溶液的化學(xué)反應(yīng)方程式剛：

教材指出銀氨溶液的主要成分為Ag（NH₃）2OH，多數(shù)教師也將此溶液的主要成分視為Ag（NH₃）2OH，但是也有一些研究者對(duì)此提出了不同的看法，通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)的研究證明了其中的主要成分應(yīng)為Ag（NH₃）2NO₃。其中具有代表性的有楊洪雷（2008）：利用pH試紙比較制備的Ag（NH₃）2OH和Ag（NH₃）2NO₃溶液的pH并比較二者制備過(guò)程中消耗氨水的體積來(lái)說(shuō)明教材中制備出來(lái)的銀氨溶液的主要成分；李成剛，何小穩(wěn)（2013）：利用酸度計(jì)比較2%氨水、Ag（NH₃）2OH和Ag（NH₃）2NO₃溶液的pH說(shuō)明了銀氨溶液主要成分，并提出教材中制備的銀氨溶液呈堿性來(lái)自于氨水的電離平衡。

但是在之前的研究中也存在著一些問(wèn)題，比如：利用肉眼觀察氨水加入硝酸銀時(shí)沉淀恰好完全溶解的點(diǎn)不夠精確；采用pH試紙測(cè)量溶液pH不夠準(zhǔn)確，不同研究者的數(shù)據(jù)結(jié)果相差很大：利用pH計(jì)或pH試紙均難以連續(xù)記錄溶液制備中的pH變化過(guò)程以及制備Ag（NH₃）2OH的過(guò)程牽扯到離心、洗滌等過(guò)程較為繁瑣。

所以，筆者在本研究中基于前人的研究基礎(chǔ)，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)這種具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和直觀性的新型實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)銀氨溶液主要成分的探究方法進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。

二、改進(jìn)思路

“沉淀恰好完全溶解”的判定在先前的研究中，研究者幾乎均為憑借肉眼觀測(cè)來(lái)判斷沉淀是否恰好完全溶解了，這樣很可能會(huì)使得所滴加的氨水過(guò)量而影響后面的pH測(cè)定，降低了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

電導(dǎo)率傳感器是測(cè)量溶液中電荷流動(dòng)難易程度的傳感器，在溶液中，因離子的移動(dòng)而導(dǎo)電，所以在一定的濃度范圍內(nèi)，溶液離子濃度越高，導(dǎo)電能力就越強(qiáng)。在本研究中，當(dāng)向AgNO₃溶液中滴加氨水后由于會(huì)生成沉淀（AgOH，Ag₂O）所以電導(dǎo)率先下降，當(dāng)繼續(xù)滴加氨水后由于沉淀的溶解會(huì)生成銀氨絡(luò)合物，所以電導(dǎo)率將會(huì)逐漸上升，并且隨著沉淀的消耗電導(dǎo)率上升的趨勢(shì)也將放緩，而當(dāng)沉淀恰好完全溶解時(shí)電導(dǎo)率將上升到最高點(diǎn)，之后若繼續(xù)滴加氨水，電導(dǎo)率將會(huì)下降。比如，采用向AgNO₃溶液先滴加氫氧化鈉溶液至沉淀生成完全，再滴加氨水至沉淀完全溶解的方法制備Ag（NH₃）2OH的方法時(shí)，用電導(dǎo)率傳感器在上述過(guò)程中持續(xù)測(cè)定混合溶液的電導(dǎo)率，在電導(dǎo)率降低到最低點(diǎn)開(kāi)始有上升趨勢(shì)時(shí)立即停止滴加NaOH溶液。這樣實(shí)驗(yàn)者便可以通過(guò)電導(dǎo)率的變化來(lái)判定沉淀的生成和溶解情況，克服肉眼觀看時(shí)可能產(chǎn)生的誤差。

利用pH傳感器可以準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地記錄銀氨溶液整個(gè)制備過(guò)程中pH變化情況，所以將電導(dǎo)率傳感器和pH傳感器聯(lián)合使用，并且在同一時(shí)刻開(kāi)始啟動(dòng)，實(shí)驗(yàn)者便可以根據(jù)電導(dǎo)率上升到最高點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的pH來(lái)得出所制備銀氨溶液的pH。通過(guò)這一改進(jìn)方法即使氨水滴加過(guò)量，實(shí)驗(yàn)者只要讀出電導(dǎo)率最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的pH便可以知道所制銀氨溶液的pH，并不會(huì)受到氨水滴加過(guò)量的影響。

三、實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)一：當(dāng)按照書本實(shí)驗(yàn)用2%的稀氨水滴加2%硝酸銀溶液將產(chǎn)生如下反應(yīng)：

由方程（4）知該銀氨溶液制備過(guò)程中雖然消耗了氨水但是又會(huì)生成氨水，所以溶液呈弱堿性。因而，可以根據(jù)反應(yīng)后溶液中氨水的量來(lái)計(jì)算銀氨溶液I的酸堿度pHI。

實(shí)驗(yàn)二：當(dāng)先向2%硝酸銀溶液滴加Imol/LNaOH溶液后將發(fā)生如下反應(yīng)：當(dāng)沉淀完全后向溶液中滴加2%的稀氨水后：

Ag（NH₃）2oH是強(qiáng)電解質(zhì)，所以O(shè)H-離子將會(huì)被完全電離出，因此可以根據(jù)反應(yīng)生成的Ag（NH₃）2OH的量來(lái)計(jì)算銀氨溶液Ⅱ的酸堿度pH2。同時(shí)，通過(guò)這種方法制備Ag（NH₃）2oH的過(guò)程比李成剛等（2013）提到的方法要簡(jiǎn)單得多，當(dāng)然這種方法的實(shí)現(xiàn)也要依賴于電導(dǎo)率的使用，否則無(wú)法判斷沉淀恰好完全生成的點(diǎn)，從而導(dǎo)致NaOH溶液過(guò)量。

由方程式（4）和（6）可知在銀氨溶液I中主要成分為Ag（NH₃）2No₃，銀氨溶液Ⅱ中的主要成分為Ag（NH₃）2oH，所以在同樣的條件下比較pHl與pH2的相對(duì)大小可以說(shuō)明向AgNo₃溶液中加氨水制備的銀氨溶液書本上制備的銀氨溶液要成分是Ag（NH₃）2No₃還是Ag（NH₃）zOH。

四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺(tái)，磁力攪拌器，50mL三口燒瓶，電導(dǎo)率傳感器，pH傳感器，10mL量筒，5mL、10mL注射器

實(shí)驗(yàn)藥品：lmol/LNaOH溶液，2%AgNO₃溶液，2%氨水。

3.買驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)一：

（1）按照上圖搭建好實(shí)驗(yàn)裝置（由于電導(dǎo)率傳感器和pH傳感器同時(shí)使用存在干擾，所以需要利用兩臺(tái)數(shù)據(jù)采集器和電腦進(jìn)行測(cè)量），向三口燒瓶中注入15mL 2%AgNO₃溶液，再向其中注入25mL蒸餾水（保證兩個(gè)傳感器可以浸沒(méi)在溶液中），開(kāi)啟磁力攪拌器：

（2）同時(shí)開(kāi)啟電導(dǎo)率傳感器和pH傳感器以記錄溶液的電導(dǎo)率和pH變化：

（3）用注射器吸取10mL 2%的氨水，然后向溶液中逐滴緩慢滴加氨水，觀察數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的圖像變化情況：

（4）一段時(shí)間后等溶液中電導(dǎo)率開(kāi)始第二次下降時(shí)（即圖2中A點(diǎn)）視為沉淀恰好完全溶解，讀出注射器的氨水體積，得出使沉淀恰好完全溶解時(shí)所滴加的氨水的體積V1；

（5）根據(jù)電導(dǎo)率達(dá)到A點(diǎn)所需要的時(shí)間，從圖3讀出該時(shí)刻的pH值（pHl），該值即為利用方法一制得的銀氨溶液I的pH值。

實(shí)驗(yàn)二：

（1）按照上圖搭建好實(shí)驗(yàn)裝置，向三口燒瓶中注人15mL 2%AgNO₃溶液，再向其中注入25mL蒸餾水：

（2）同時(shí)開(kāi)啟電導(dǎo)率傳感器和pH傳感器以記錄溶液的電導(dǎo)率和pH變化：

（3）用注射器吸取5mL lmol/LNaOH溶液，然后向溶液中逐滴緩慢滴加NaOH溶液，觀察數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的圖像變化情況；

（4）一段時(shí)間后等溶液中電導(dǎo)率下降到圖5中的最低點(diǎn)B處時(shí)立即停止滴加NaOH溶液，讀出消耗的NaOH溶液的體積v₂，在此時(shí)刻溶液中Ag+視為達(dá)到完全沉淀的狀態(tài)：

（5）用注射器向溶液中逐滴緩慢滴加2%氨水，一段時(shí)間后等溶液中電導(dǎo)率開(kāi)始第二次下降時(shí)（即圖4中c點(diǎn)），讀出注射器的氨水體積，得出使沉淀恰好完全溶解時(shí)所滴加的氨水的體積V3；

（6）根據(jù)實(shí)驗(yàn)一同樣的方法從圖6讀出銀氨溶液Ⅱ的pH值pH2。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.理論計(jì)算與分析

2%AgNO₃溶液的密度為1.015/mL，轉(zhuǎn)化成物質(zhì)的量濃度：

2%氨水密度為0.990/mL，轉(zhuǎn)化成物質(zhì)的量濃度：

實(shí)驗(yàn)一（第一次）：15mL2%AgNO₃加25mL水，在沉淀完全溶解至澄清時(shí)，發(fā)現(xiàn)消耗2%氨水的體積VI=4.5mL。

查手冊(cè)知：銀氨絡(luò)離子的配合常數(shù)為K（不穩(wěn)）=5.89xlO^-8，K（穩(wěn)）=1.69x10⁷，所以近似：X很小，故b-2x（a-x）≈b-2a

因?yàn)閍、b都是混合后體積增大后的濃度，可求出：

實(shí)驗(yàn)二（第一次）：15mL2%AgNO₃加25mL水，在沉淀完全生成時(shí)理論計(jì)算消耗ImoL/L的NaOH溶液1.8mL，而實(shí)際發(fā)現(xiàn)沉淀完全時(shí)消耗的NaOH溶液的體積V2也為1.8mL。沉淀完全溶解至澄清時(shí)消耗的2%氨水的體積V3=8.3mL。

由于Ag（NH₃）2OH是強(qiáng)堿性化合物，在水溶液中完全電離，所以溶液中的OH一的濃度主要是由其產(chǎn)生，因此可進(jìn)行以下計(jì)算：

觀察圖3和圖6可以知道兩種銀氨溶液的pH實(shí)驗(yàn)值分別為pHl=11.32、pH2=13.01，分別接近于二者的理論值pHl和pH2，這說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和理論計(jì)算是基本吻合的。銀氨溶液I呈堿性是由于生成了氨水，而氨水是弱堿所以導(dǎo)致銀氨溶液I的pH明顯比銀氨溶液Ⅱ的pH小，所以可以根據(jù)pH。小于pH2說(shuō)明書本實(shí)驗(yàn)中銀氨溶液主要成分為Ag（NH3）2NO₃。

6，實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)、理論分析和計(jì)算說(shuō)明了中學(xué)化學(xué)教材上制備的銀氨溶液主要成分是Ag（NH₃）2N₃，而非Ag（NH₃）2OH。則教材中配制銀氨溶液的化學(xué)方程式應(yīng)改為：

既然銀氨溶液的溶質(zhì)是Ag（NH₃）2NO₃，那么銀鏡反應(yīng)的方程式也要做相應(yīng)的修改。例如：銀氨溶液與乙醛發(fā)生的銀鏡反應(yīng)的反應(yīng)方程式應(yīng)修改為：

作為教育工作研究者，我們應(yīng)該持有一種批判的態(tài)度對(duì)待每一個(gè)化學(xué)事實(shí)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證它，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)以其直觀性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)為我們開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究提供了便利。