SO24對Cl檢驗是否干擾的實驗探究.doc

SO24對Cl檢驗是否干擾的實驗探究 陳心忠 （浙江省臨海市回浦中學(xué)，317000） 一次在課堂上，筆者講到：CO2-3會干擾Cl-的檢驗，但滴加稀硝酸即可排除干擾。有學(xué)生提問：SO2-4 是否會產(chǎn)生干擾，如果產(chǎn)生干擾，Ag2SO4是強酸鹽，應(yīng)該不會溶解在硝酸中，那么,在存在SO2-4的情況下如何檢驗Cl-呢？當時我回答：Ag2SO4是微溶的，當SO2-4濃度較小時，不會產(chǎn)生干擾；但當SO2-4濃度較大時，應(yīng)先加過量的Ba(NO3)2，除去SO2-4，再取上層清液，用AgNO3溶液和稀硝酸檢驗Cl-。 讓我感到困惑的問題是：（1）為什么蘇教版高中化學(xué)教材在Cl-的檢驗中回避了對SO2-4可能產(chǎn)生干擾及如何排除干擾的說明?（2）在大量的習(xí)題中，也只要出現(xiàn)加AgNO3溶液生成白色沉淀，再加稀硝酸沉淀不溶解，即可得出存在Cl-,這樣處理是不是不夠嚴謹呢？為了搞清楚問題，我做了如下實驗： 【實驗1】 用實驗室里配好的用來檢驗Cl-的 AgNO3稀溶液（濃度），滴加到0.1mol/L的Na2SO4溶液中，在不斷滴加 的過程中，始終沒有出現(xiàn)Ag2SO4白色沉淀。 對本實驗的預(yù)計是會產(chǎn)生沉淀，但是實驗的實際是自始至終都沒有出現(xiàn)沉淀。難道是0.1mol/L的Na2SO4溶液中SO2-4 濃度太小了？于是,我接著做了如下實驗： 【實驗2】 用實驗室里配好的用來檢驗Cl-的AgNO3稀溶液（濃度），滴加到飽和的Na2?SO4溶液中，在不斷滴加 的過程中，也沒有出現(xiàn)明顯的沉淀。 這是怎么回事？后來用光束照射，發(fā)現(xiàn)有丁達爾效應(yīng)， 原來是產(chǎn)生了膠體。但是為什么沒有出現(xiàn)明顯的沉淀呢？查閱資料后，得到Ksp（Ag2SO4）=1.210-5，Ksp（AgCl）=1.5610-10。既然SO2-4濃度已經(jīng)足夠大，那么難道是實驗室里配好的用來檢驗Cl-的 AgNO3溶液濃度太小了？為一探究竟，我又做了一個實驗： 【實驗3】 配制了2mol/L、0.5mol/L、0.1mol/L、0.01mol/L的AgNO3溶液，分別滴加23滴到1mL的1mol/L的Na2SO4溶液中。發(fā)現(xiàn)滴加2mol/L的AgNO3溶液的試管中出現(xiàn)了大量沉淀，滴加0.5mol/L的AgNO3溶液的試管中出現(xiàn)了少量沉淀，滴加0.1mol/L的AgNO3溶液的試管中只出現(xiàn)了些許的渾濁，滴加0.01mol/L的AgNO3溶液的試管中基本沒有出現(xiàn)沉淀（如圖1，從左至右）。 這個結(jié)果說明，Ag+濃度對產(chǎn)生沉淀的影響非常大。由于Ksp（Ag2SO4）=C2（Ag+）C（SO2-4），Ag+濃度對產(chǎn)生沉淀的影響是平方正比。實驗結(jié)果與理論預(yù)計是相符的。那么是否可以得出初步結(jié)論：用濃度較小的AgNO3溶液，SO2-4不會對Cl-的檢驗產(chǎn)生干擾;用濃度較大的AgNO3溶液，SO2-4會對Cl-的檢驗產(chǎn)生干擾。為了進一步說明問題，我對不同濃度的AgNO3溶液對SO2-4的最小理論檢出濃度進行了計算，結(jié)果如表1所示。 以上計算結(jié)果表明，當AgNO3濃度為0.01mol/L時，SO2-4的最小檢出濃度為12mol/L。 在一般情況下，SO2-4濃度不會達到這么大的值，基本可以排除對Cl-的干擾。而當AgNO3濃度為0.1mol/L時，SO2-4的最小檢出濃度為0.12mol/L，這也就是說,把0.1mol/L的AgNO3溶液滴加到1mol/L的Na2SO4溶液中，大部分Ag+應(yīng)該沉淀下來，這與實驗3中“只出現(xiàn)了些許的渾濁”的現(xiàn)象產(chǎn)生了矛盾?？紤]到AgNO3是強酸弱堿鹽，檢測了0.1mol/L的AgNO3溶液的pH約為45之間，難道是溶液的酸度對產(chǎn)生沉淀有影響？查閱資料后，得知硫酸的二步電離是不完全的，其Ka2=1.010-2。是不是因為部分產(chǎn)生了AgHSO4,導(dǎo)致產(chǎn)生的Ag2SO4沉淀量減少呢？還是讓實驗來證明吧： 【實驗4】 往實驗3產(chǎn)生的沉淀中滴加稀硝酸，發(fā)現(xiàn)滴加0.5mol/L的AgNO3溶液的試管中沉淀基本消失（如圖2）;滴加2mol/L的AgNO3溶液 的試管中，加了較多稀硝酸后沉淀也大量溶解（如圖3，左為加了等量水），改為滴加濃度較大的硝酸后沉淀較快消失（如圖4）。 實驗4 說明，加硝酸后Ag2SO4沉淀溶解。但究竟是H+起作用，還是NO3-起作用，還有待探討。之前我猜測是因為 產(chǎn)生了AgHSO4的緣故，而有教師提出：NO3-濃度增大后有沒有可能與Ag+形成絡(luò)合物而使Ag2SO4沉淀溶解呢？為了確定原因， 我進一步做了以下實驗： 【實驗5】 一組實驗，是往Ag2SO4沉淀中加硝酸鈉飽和溶液，發(fā)現(xiàn)沉淀沒有任何溶解（如圖5）。 另一組實驗，是往CaSO4沉淀中加硝酸溶液,發(fā)現(xiàn)沉淀基本消失（如圖6）。 實驗5證明,沉淀溶解是H+起作用，也就是說,加硝酸后Ag2SO4和CaSO4沉淀都可以轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的酸式鹽而溶解。 而從實驗4 已經(jīng)知道，滴加濃度較大的硝酸，更容易使沉淀溶解，因此我進行了如下計算： 滴加2滴1mol/L的AgNO3溶液到1mL的1mol/L的Na2SO4溶液中，要使沉淀溶解，H+濃度必須達到多大？設(shè)此時Ag+濃度稀釋為0.1mol/L，SO2-4濃度與HSO4-濃度之和為1mol/L，已知硫酸的Ka2=1.010-2，Ksp（Ag2SO4）=1.210-5,因此, Ag2SO4沉淀恰好溶解時的C（SO2-4）= 從以上計算結(jié)果，可近似得出,滴加2滴1mol/L的AgNO3溶液到1mL的1mol/L的Na2SO4溶液中，要使產(chǎn)生的Ag2SO4沉淀溶解，H+濃度要達到0.83mol/L以上，大致是此時溶液中Ag+濃度的8.3倍以上。按以上方法,可粗略估算得到，當溶液中H+濃度是Ag+濃度的10倍左右時， 可使產(chǎn)生的Ag2SO4沉淀溶解。 至此，可以得出對Cl-檢驗過程中SO2-4是否會產(chǎn)生干擾的初步結(jié)論：當AgNO3濃度較小，如0.01mol/L時，SO2-4 對Cl-檢驗的干擾基本可以忽略；而當AgNO3濃度大于0.01mol/L時，可通過加適量的稀硝酸或少量濃度稍大的硝酸， 排除SO2-4對C