表征沉淀溶解平衡的新方法
张 婷 奚润心 谢天宇
【摘 要】摘要：选取常见难溶电解质Mg（OH）2和CaCO3，测定其在溶于水后溶液pH或电导率变化，表征沉淀的溶解过程；向其上层清液中滴加相应的沉淀剂，测定该过程中溶液浑浊度变化，表征沉淀的析出过程；帮助学生建构沉淀溶解平衡的概念。 【期刊名称】化学教与学 【年(卷),期】2024(000)010 【总页数】2
【关键词】难溶电解质；沉淀溶解平衡；数字化实验
一、前言
19世纪时期，工业迅猛发展，为了解决燃料的利用以及生产过程中能量的转化问题，促使化学家们研究物质发生化学反应的原因、反应进行的方向和程度。霍斯特曼第一个利用热力学基本定律解释化学过程，范霍夫将化学平衡常数K代入克拉佩隆方程并由此提出化学反应的动态平衡原理，勒夏特列研究了各种因素对化学平衡的影响，提出了更有普遍规律性的化学平衡移动原理［1］。吉布斯利用大量实验数据进行系统的理论研究，提出了吉布斯方程……科学家们的努力探索，使得今天的人们终于从本质上辨明了化学反应发生的内在实质。 化学反应具有方向性和一定的限度，化学平衡状态是在一定条件下可逆反应进行的最大限度。高中阶段，学生学习的化学平衡知识包含四部分：化学反应平衡、电离平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡。学生在此之前已认识了几类平衡体系，掌握了化学平衡的概念和特征，因此将平衡理论应用于沉淀溶解平衡的教
学需解决的一个前提是，如何让学生认识到沉淀的溶解是个平衡过程。 苏教版《化学反应原理》教材中设计实验，取PbI2（难溶于水）的上层清液加入AgNO3溶液［2］，观察到黄色沉淀，证明上层清液中含I-，PbI2在水中会溶解。有老师对此实验进行改进，向PbI2的上层清液加入KI溶液，观察到PbI2沉淀生成，不仅证明了上层清液中含Pb2+，而且增大I-浓度，使得PbI2析出，表明该体系是一平衡体系。PbI2是学生较为陌生的难溶电解质，为什么不用CaCO3、Mg（OH）2这些学生熟悉的物质做实验呢？我们对此进行了实验尝试，向CaCO3的上层清液中滴加饱和Na2CO3溶液，发现没有明显沉淀析出。肉眼看不到沉淀，就代表溶液中没有CaCO3生成吗？如何看到这些微观的粒子？数字化实验能够拓宽人体的感知范围，因此我们借助传感器技术设计实验，利用具体的实验数据和图像，帮助学生建立沉淀溶解平衡的概念。
二、实验与结果
1.实验仪器与试剂
实验仪器：100mL烧杯、玻璃棒、试管、胶头滴管、浊度传感器（配套玻璃瓶）、电导率传感器、数据采集器。
实验试剂：Mg（OH）2固体、去离子水、酚酞、饱和NaOH溶液、CaCO3固体、饱和NaCO3溶液。
2.表征Mg（OH）2的沉淀-溶解平衡
取0.1g Mg（OH）2样品于烧杯中，加入60mL去离子水，搅拌后静置。取上层清液2mL于试管1中，滴入酚酞，发现酚酞变红，表明Mg（OH）2溶解，产生了OH-。
将浊度传感器，按照图1与数据采集器相连，用标准液进行校准。取Mg（OH）
2饱和溶液的上层清液于玻璃瓶（浊度传感器配套）中，测定并记录其浊度值。将玻璃瓶中的溶液倒出1/2体积，向其中加入1/2体积的饱和NaOH溶液，立即放入浊度传感器中，测定其浊度值的变化。实验数据见表1。实验发现，加入饱和NaOH溶液后，体系的浊度明显增大，表明溶液中有Mg（OH）2沉淀生成，Mg（OH）2溶解过程是可逆的。 3.表征CaCO3的沉淀—溶解平衡
将电导率传感器，按照图2与实验装置组合，再与数据采集器相连。取60mL去离子水烧杯中，打开磁力搅拌器，开始数据采集，向其中加入0.1gCaCO3样品，发现溶液电导率缓慢上升（实验结果见图3），表明CaCO3溶解，使得溶液中离子浓度上升。测定结束后将溶液静置。
取上层清液于玻璃瓶中，利用浊度传感器测定其浊度值；将玻璃瓶中溶液倒出1/2体积，向其中加入1/2体积的饱和Na2CO3溶液，立即放入浊度传感器中，测定其浊度值的变化。实验数据见表2。实验发现，加入饱和Na2CO3溶液后，体系的浊度明显增大，表明溶液中有CaCO3沉淀生成，证明CaCO3的溶解过程是可逆的。
三、总结
实验选取了常见难溶电解质Mg（OH）2和CaCO3，首先测定其在溶于水后溶液pH或电导率变化，从滴加相应的沉淀剂，测定该过程中溶液浊度变化，成功让学生“看到”沉淀的析出过程，即：2OH-+实验采集的定量数据和图像进行对比分析，帮助学生认识到沉淀的溶解是可逆的，即的溶解速率等于沉淀的析出速率时，达到平衡状态，这就是沉淀溶解平衡。
高中阶段，学生接触的大部分难溶电解质是白色固体，并且其溶解过程和沉淀
表征沉淀溶解平衡的新方法
