曲阜師范大學(xué)附屬中學(xué)高二(13)班(273165)

張孟研●

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以草酸為例探究證明n元酸的實(shí)驗(yàn)方法

曲阜師范大學(xué)附屬中學(xué)高二(13)班(273165)

張孟研●

本文從一道高考題出發(fā)，探究了幾種不同的實(shí)驗(yàn)方法來證明酸的元數(shù)，主要利用了置換反應(yīng)、酯化反應(yīng)和難溶物來證明

n元酸；實(shí)驗(yàn)；草酸；酯化反應(yīng)；置換反應(yīng)

一般來說，酸的元數(shù)是可以從它的化學(xué)式看出的.如硫酸(H2SO4)為二元酸.但是也有例外，如亞磷酸(H3PO3)，雖然化學(xué)式中氫原子數(shù)為3，但它其實(shí)是二元酸.在不能直接研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的條件下，如何通過實(shí)驗(yàn)判斷酸的元數(shù)就成了一個(gè)問題.例如這樣一道題：

(3)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明：……

②草酸為二元酸____.

本題的標(biāo)準(zhǔn)答案為：“用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定草酸溶液，消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為草酸的兩倍.”這個(gè)方法從二元酸的定義入手，直接用堿檢驗(yàn)草酸中顯酸性的氫原子的個(gè)數(shù).但是關(guān)于這個(gè)題以及其發(fā)散出來的更一般的問題，我認(rèn)為還有更多的解法.這里從二元酸草酸推廣至其他n元酸來探討：除上文給出的方法外，其他證明n元酸的方法.

一、利用置換反應(yīng)證明

與二元酸的反應(yīng)化學(xué)方程式為：

依此類推，其與n元酸的反應(yīng)化學(xué)方程式為：

由此可見，一定量的酸與足量鋅反應(yīng)生成的氫氣與參加反應(yīng)的酸的物質(zhì)的量之比為n∶2.因此，通過測量一定量的酸與足量活潑金屬反應(yīng)生成氫氣的量，可以推知該酸為幾元酸.

實(shí)驗(yàn)操作：組裝如圖所示的儀器.錐形瓶中鋅粒過量；分液漏斗中為一定體積的已知物質(zhì)的量濃度的草酸溶液.打開活塞，待反應(yīng)完畢并冷卻至室溫后，通過讀出U形管兩管的液面高度差可以計(jì)算出氫氣的體積、物質(zhì)的量，進(jìn)而算出每摩爾酸中顯酸性的氫的物質(zhì)的量.

這種方法還可以推廣到更多元的其他酸的證明上.

二、利用難溶物證明

上題中，題目開頭給出的條件中，有：

草酸……其鈣鹽難溶于水.

由此想到：能否從檢驗(yàn)其酸根離子的角度來間接證明草酸是二元酸呢？如果用其鈣鹽的難溶性來證明，應(yīng)使用氫氧化鈣溶液.但是氫氧化鈣常溫下在水中溶解度很小.經(jīng)查閱資料知草酸的鋇鹽也難溶于水，因此可以用氫氧化鋇溶液代替氫氧化鈣溶液.

具體的實(shí)驗(yàn)操作為：取等體積、等物質(zhì)的量濃度的氫氧化鋇溶液和草酸溶液混合，充分反應(yīng)后過濾，得到濾液；再向?yàn)V液中加入稀硫酸，觀察現(xiàn)象

但是，這個(gè)方法受制于酸根離子能否生成沉淀，也無法對二元以上多元酸進(jìn)行準(zhǔn)確的檢驗(yàn).

三、利用酯化或取代反應(yīng)證明

含氧酸具有和醇發(fā)生反應(yīng)生成酯的性質(zhì).對于結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜的酸(如硫酸、磷酸、亞磷酸、草酸等)，其與醇反應(yīng)生成的酯的種類越多，則說明其元數(shù)越多.以硫酸為例，它是二元酸，可以與甲醇反應(yīng)生成兩種酯：硫酸甲酯和硫酸二甲酯.磷酸與甲醇反應(yīng)則生成三種酯.

證明草酸為二元酸，可以讓它與甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)，然后通過蒸餾分離制得的混合酯.若只得到種一種餾分，則草酸為一元酸；若得到兩種，則草酸為二元酸.對于一些無法僅因沸點(diǎn)不同而分離的酯，可以借助熔點(diǎn)不同，用冷卻結(jié)晶的方法分離.

類似地，這個(gè)方法可以推廣到無氧酸和醇的取代反應(yīng).例如鹽酸可以與甲醇反應(yīng)生成一氯甲烷；而硫化氫與甲醇反應(yīng)則生成兩種鹵代烴.

這個(gè)方法同樣存在不足：程序復(fù)雜，操作繁瑣；無法檢驗(yàn)無氧酸的元數(shù)；有些酯化反應(yīng)由于酸本身的原因難以發(fā)生，如碳酸易分解.特別地，雖然亞磷酸是二元酸，但是也存在物質(zhì)亞磷酸三甲酯，如果反應(yīng)時(shí)生成這種物質(zhì)就會干擾鑒定.

上述幾種方法都存在一個(gè)缺陷，即對于類似碳酸的易分解的酸以及酸性極弱的酸難以鑒定.總之，要通過實(shí)驗(yàn)證明一種酸的元數(shù)，最佳方法是使用酸堿中和滴定的方法(標(biāo)準(zhǔn)答案)，或利用置換反應(yīng).當(dāng)然，最準(zhǔn)確的方法，還是直接研究分子結(jié)構(gòu).

指導(dǎo)老師:孔 莉

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