導(dǎo)語(yǔ)：測(cè)定分析化學(xué)反應(yīng)先后規(guī)律分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:以液堿為例，液堿產(chǎn)品中主要含有氫氧化鈉，還會(huì)含有少量的碳酸鈉，其在使用鹽酸進(jìn)行測(cè)定的過(guò)程中，反應(yīng)發(fā)生會(huì)有先后的順序。通過(guò)對(duì)液堿、氫氧化鈣、硫氫化鈉等產(chǎn)品的研究，分析了如何確定產(chǎn)品中相關(guān)成分的反應(yīng)先后順序，以及怎么通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)反應(yīng)的先后，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)先后條件進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞:反應(yīng)先后;順序;規(guī)律;反應(yīng)條件;pH值;過(guò)量

與少量在污水處理中，采用硫氫化鈉沉淀重金屬離子，其存在兩個(gè)反應(yīng)式:當(dāng)硫氫化鈉少量時(shí)，Cu2++HS－=CuS↓+H+;當(dāng)硫氫化鈉過(guò)量時(shí)，Cu2++2HS－=CuS↓+H2S↑。污水處理在使用硫氫化鈉沉淀重金屬時(shí)，想達(dá)到既能沉淀重金屬，又減少硫化氫氣體的生成排放的目標(biāo)，就要嚴(yán)格根據(jù)其反應(yīng)式進(jìn)行量的控制。在想通過(guò)反應(yīng)式進(jìn)行量的控制之前，我們應(yīng)該對(duì)化學(xué)反應(yīng)誰(shuí)先誰(shuí)后的規(guī)律有所掌握。掌握各個(gè)反應(yīng)的前后規(guī)律，并能通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)各個(gè)反應(yīng)進(jìn)行分析，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)或污水處理有一定的意義。本文通過(guò)三個(gè)部分來(lái)分析一下反應(yīng)的前后規(guī)律。

1通過(guò)液堿

(氫氧化鈉)的各成分的反應(yīng)來(lái)確定，反應(yīng)是有前后規(guī)律的在氫氧化鈉(液堿)的含量的測(cè)定中，先加入酚酞指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定氫氧化鈉和碳酸鈉。當(dāng)酚酞紅色消失時(shí)，氫氧化鈉被滴定完全，碳酸鈉變?yōu)樘妓釟溻c。再加入甲基橙指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定碳酸氫鈉。鹽酸是先與氫氧化鈉和碳酸鈉反應(yīng)，在它們反應(yīng)結(jié)束后，才會(huì)與碳酸氫鈉反應(yīng)。通過(guò)此測(cè)定，第一次讓實(shí)驗(yàn)室注意到反應(yīng)是有先后規(guī)律的。為了驗(yàn)證反應(yīng)的先后規(guī)律問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)中，稱(chēng)取一定量的碳酸鈉，加入酚酞指示劑，用鹽酸標(biāo)液滴定至紅色消失，記錄體積V1。然后再加入溴甲酚綠－甲基紅或者甲基橙指示劑，繼續(xù)用鹽酸標(biāo)液滴定碳酸氫鈉，記錄體積V2。V1≈V2，其證明了反應(yīng)是有先后順序的(因?yàn)槭芴妓徕c水解的影響，碳酸鈉稱(chēng)取的量要少，0．16g左右即可)。實(shí)驗(yàn)室在對(duì)反應(yīng)前后規(guī)律進(jìn)行研究的同時(shí)，對(duì)各個(gè)反應(yīng)前后的pH值進(jìn)行了測(cè)定，與指示劑所指示的pH值基本一致。酚酞指示劑的pH值為8．0～9．6，8．0以上為紅色，8．0以下為無(wú)色。當(dāng)用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紅色消失，pH值為7．9左右。此時(shí)加入溴甲酚綠－甲基紅指示劑(pH值范圍5．0～5．2)，溶液顏色為綠色，繼續(xù)用鹽酸滴定，在溶液變?yōu)榘导t色時(shí)，碳酸氫鈉被滴定完全，此時(shí)的pH值為4．9左右。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)的先后規(guī)律與其pH值有關(guān)。實(shí)驗(yàn)室分別測(cè)定了氫氧化鈉溶液和碳酸氫鈉溶液的pH值，氫氧化鈉溶液的pH值為10左右，含大量碳酸氫鈉的溶液的pH值為8．31左右，使酚酞微紅，因其水解使溶液呈弱堿性?；瘜W(xué)反應(yīng)的前后規(guī)律，在強(qiáng)酸滴定堿時(shí)，遵循先與強(qiáng)堿反應(yīng)后與弱堿反應(yīng)的規(guī)律;在強(qiáng)堿滴定酸時(shí)，遵循先與強(qiáng)酸反應(yīng)后與弱酸反應(yīng)的規(guī)律。在一種產(chǎn)品中存在多種成分的情況下，使用酸堿滴定時(shí)，只要其反應(yīng)的pH值不發(fā)生重合，或很輕微的重合可以忽略不計(jì)時(shí)，都可以使用不同的指示劑進(jìn)行連續(xù)的測(cè)定。這是第一次讓實(shí)驗(yàn)室意識(shí)到，化學(xué)反應(yīng)是有先后規(guī)律的。

2確定反應(yīng)先后順序的研究方法

2．1測(cè)pH值法

在氫氧化鈣的測(cè)定中，標(biāo)準(zhǔn)GB25572—2010上說(shuō)，加蔗糖是為了掩蔽碳酸鹽的干擾。為了驗(yàn)證其正確性，實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)碳酸鈉、碳酸鈣進(jìn)行了測(cè)定。向碳酸鈉、碳酸鈣試樣中分別加入一定量的蔗糖水溶液，在攪拌器上攪拌15min，然后分別用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定。標(biāo)準(zhǔn)GB25572—2010上說(shuō)，加蔗糖是為了掩蔽碳酸鹽的干擾，也就是說(shuō)加入蔗糖后的碳酸鈉或者碳酸鈣是不與鹽酸反應(yīng)的。然實(shí)驗(yàn)的結(jié)果卻是，碳酸鈉或碳酸鈣加入蔗糖攪拌后，仍都與鹽酸反應(yīng)，并且反應(yīng)完全。只是在反應(yīng)加入酚酞做指示劑，當(dāng)紅色消失，停止滴定時(shí)，碳酸鈣是不反應(yīng)的。再加入甲基橙指示等，碳酸鈣才會(huì)與鹽酸反應(yīng)。碳酸鈉是在酚酞指示劑紅色消失前，先反應(yīng)生成了碳酸氫鈉的。再加入甲基橙等指示劑，碳酸氫鈉才會(huì)與鹽酸反應(yīng)。所以標(biāo)準(zhǔn)GB25572—2010上說(shuō)的，加蔗糖是為了掩蔽碳酸鹽的干擾，是不正確的。這里為何選用碳酸鈉與碳酸鈣來(lái)驗(yàn)證?因?yàn)樘妓徕c是可溶性碳酸鹽，碳酸鈣為不溶性碳酸鹽。通過(guò)可溶性與不溶性兩種代表性樣品進(jìn)行驗(yàn)證，更有說(shuō)服力。氫氧化鈣俗稱(chēng)熟石灰，其制備方法之一是通過(guò)石灰石煅燒成氧化鈣后，經(jīng)精選與水按照比例消化而得來(lái)的。而石灰石的主要成分是碳酸鈣，如果氫氧化鈣中混有碳酸鹽的話，大多情況下應(yīng)該為碳酸鈣。對(duì)于氫氧化鈣產(chǎn)品，想確定產(chǎn)品中是否混有碳酸鈣，根本無(wú)法通過(guò)加入鹽酸冒氣泡的方法進(jìn)行檢測(cè)。氫氧化鈣量多，碳酸鈣微量，即使在反應(yīng)中有二氧化碳的生成，也會(huì)很快被氫氧化鈣吸收。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)氫氧化鈣和碳酸鈣的水溶液的pH值進(jìn)行分別的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)一定量的氫氧化鈣水溶液的pH值為10左右，一定量的碳酸鈣的水溶液加入酚酞后變微紅，加入一滴1mol/L的鹽酸溶液后，紅色消失，碳酸鈣的pH值為8以下。所以在氫氧化鈣溶液中加入酚酞指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，至溶液紅色消失后，再加入鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，碳酸鈣才開(kāi)始被滴定。因此測(cè)pH值的方法，是檢驗(yàn)同一反應(yīng)中各個(gè)成分反應(yīng)先后順序的一種方法。實(shí)驗(yàn)室可以根據(jù)各個(gè)成分的pH值來(lái)確定其反應(yīng)是否重合，比如一定量的碳酸鈉與氫氧化鈉溶液的pH值都為10左右，想通過(guò)連測(cè)滴定的方法是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。只有pH值不重合，才可以通過(guò)連測(cè)的方式實(shí)驗(yàn)。再拿硫氫化鈉為例子，在硫氫化鈉溶液中加入茜素黃GG－百里香酚藍(lán)指示劑，在有硫化鈉存在的情況下，溶液呈綠色，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色，硫化鈉反應(yīng)完全，全部生成硫氫化鈉。此時(shí)其pH值為9．8左右。硫氫化鈉的pH值為9．8以下的，在不加入甲醛溶液，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液反復(fù)滴定的情況下，其pH值在8左右(硫氫化鈉與鹽酸反應(yīng)緩慢，所以要加甲醛生成氫氧化鈉)。這就是通過(guò)pH值的測(cè)定來(lái)確定各成分是否可以進(jìn)行連測(cè)的方法。也可以檢驗(yàn)在一定pH值范圍內(nèi)測(cè)定某產(chǎn)品時(shí)，哪些成分會(huì)進(jìn)行干擾，哪些不影響。

2．2過(guò)量法

硫氫化鈉用于污水處理中沉淀重金屬離子，其存在兩個(gè)反應(yīng)式。當(dāng)硫氫化鈉少量時(shí)，Cu2++HS－=CuS↓+H+;當(dāng)硫氫化鈉過(guò)量時(shí)，Cu2++2HS－=CuS↓+H2S↑。在污水處理中，如何控制硫氫化鈉的加入量，使既沉淀了重金屬離子，又減少硫化氫氣體的生成。就要根據(jù)反應(yīng)式，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行控制。那反應(yīng)是否真正按照，當(dāng)硫氫化鈉少量時(shí)，反應(yīng)式為Cu2++HS－=CuS↓+H+;當(dāng)硫氫化鈉過(guò)量時(shí)，反應(yīng)式為Cu2++2HS－=CuS↓+H2S↑呢?通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證?，F(xiàn)有0．02mol/L的硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，其pH值為4．34。稱(chēng)取5．0057g含量為30．37%的硫氫化鈉溶液，定容于250mL容量瓶中。實(shí)驗(yàn):移取5mL硫氫化鈉溶液(相當(dāng)于硫氫化鈉過(guò)量)于250mL錐形瓶中，加入20mL蒸餾水，用硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行電位滴定(因?yàn)樯珊谏蚧~，影響終點(diǎn)觀察，所以選用電位滴定)。當(dāng)pH計(jì)指示為8以下，7．9左右后，停止滴定。搖動(dòng)錐形瓶，并放置10min，等待硫氫化鈉與硫酸銅完全反應(yīng)。在pH計(jì)仍顯示為7．9左右時(shí)，就可以讀數(shù)記錄數(shù)據(jù)。如果pH值超過(guò)8，需再加硫酸銅，直至pH值為7．9左右不變。其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，硫酸銅的物質(zhì)的量為硫氫化鈉的物質(zhì)的量的1/2。硫氫化鈉過(guò)量時(shí)，與硫酸銅反應(yīng)式對(duì)應(yīng)的關(guān)系為，2個(gè)硫氫化鈉與1個(gè)硫酸銅反應(yīng)，即Cu2++2HS－=CuS↓+H2S↑。在實(shí)驗(yàn)中，是移取一定量的硫氫化鈉溶液，再用硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定。在達(dá)到滴定終點(diǎn)前，這就相當(dāng)于硫氫化鈉是過(guò)量的。所以此反應(yīng)式應(yīng)為Cu2++2HS－=CuS↓+H2S↑。那硫氫化鈉少量時(shí)，又怎么進(jìn)行驗(yàn)證?當(dāng)硫氫化鈉少量時(shí)，Cu2++HS－=CuS↓+H+。就是將實(shí)驗(yàn)倒過(guò)來(lái)，使硫酸銅過(guò)量，即移取12．5mL的硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液于250mL錐形瓶中，加入少量水，向硫酸銅溶液中加入硫氫化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，并同時(shí)測(cè)定pH值。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在加入硫氫化鈉的過(guò)程中，溶液的pH值在下降，達(dá)到1．8左右，隨著加入的硫氫化鈉的量超過(guò)1∶1的物質(zhì)的量計(jì)量關(guān)系后，pH值又上升。根據(jù)Cu2++HS－=CuS↓+H+，銅離子與硫氫根生成了氫離子，所以在開(kāi)始向硫酸銅溶液中加入硫氫化鈉時(shí)，兩者反應(yīng)后的pH值應(yīng)該是下降的，符合Cu2++HS－=CuS↓+H+。隨著達(dá)到第一計(jì)量點(diǎn)，pH值又在上升，多余的HS－+H+=H2S↑，反應(yīng)消耗了氫離子，pH值升高。由于飽和硫化氫溶液的濃度為0．1mol/L，一級(jí)電離常數(shù)為1．1×10－7，其pH值為4。又根據(jù)Cu2++HS－=CuS↓+H+，實(shí)驗(yàn)在此反應(yīng)式下計(jì)算得H+的濃度為0．0104mol/L，pH值為1．98左右。如果向硫酸銅溶液中加入硫氫化鈉，發(fā)生Cu2++2HS－=CuS↓+H2S↑反應(yīng)，其pH值最低為4。只有發(fā)生Cu2++HS－=CuS↓+H+反應(yīng)，其pH值才降為1．9左右。因此在硫酸銅過(guò)量時(shí)，其反應(yīng)式應(yīng)該為Cu2++HS－=CuS↓+H+。過(guò)量法是確定反應(yīng)先后順序的另一個(gè)方法，其也是驗(yàn)證分級(jí)反應(yīng)的有效方法。在污水處理中，用硫氫化鈉沉淀重金屬，又想減少硫化氫的生成量，就可以根據(jù)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行控制。

3延伸

3．1碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)

當(dāng)鹽酸少量時(shí)的化學(xué)方程式為:Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3;當(dāng)鹽酸過(guò)量時(shí)的化學(xué)方程式為:Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑。當(dāng)鹽酸少量時(shí)，碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)沒(méi)有氣泡產(chǎn)生，會(huì)生成氯化鈉和碳酸氫鈉;當(dāng)鹽酸過(guò)量時(shí)，會(huì)有二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生，同時(shí)還會(huì)生成氯化鈉和水。這可以采用過(guò)量法。鹽酸少量，就是用鹽酸滴定碳酸鈉，來(lái)驗(yàn)證Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3。當(dāng)碳酸鈉完全生成碳酸氫鈉后，再加鹽酸，就生成了水和二氧化碳。鹽酸過(guò)量，就是用碳酸鈉溶液滴定鹽酸，就相當(dāng)于少量的碳酸鈉直接與鹽酸反應(yīng)生成了二氧化碳和水，Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑。還有很多類(lèi)似的反應(yīng)，比如:(1)向AgNO3溶液中逐滴加入氨水至沉淀恰好溶解為止，離子方程式:Ag++NH3·H2O=AgOH↓+NH4+AgOH+2NH3·H2O=［Ag(NH3)2］++OH－+2H2O若向氨水中逐滴加入AgNO3溶液，則發(fā)生下列反應(yīng)，離子方程式:Ag++2NH3·H2O=［Ag(NH3)2］++2H2O(2)向足量的NaHCO3溶液中逐漸滴入澄清石灰水，化學(xué)方程式:Ca(OH)2+2NaHCO3=2H2O+CaCO3↓+Na2CO3若向足量的澄清石灰水中逐漸滴入NaHCO3溶液，化學(xué)方程式:NaHCO3+Ca(OH)2=H2O+CaCO3↓+NaOH(3)向NaOH溶液中逐漸滴入Mg(HCO3)2溶液至沉淀完全，化學(xué)方程式:Mg(HCO3)2+4NaOH=2H2O+Mg(OH)2↓+2Na2CO3若向Mg(HCO3)2溶液中逐漸滴入NaOH溶液至沉淀完全，化學(xué)方程式:2NaOH+Mg(HCO3)2=Mg(OH)2↓+2NaHCO3類(lèi)似的反應(yīng)很多很多。

3．2氫氧化鈣的鹽酸滴定法、返滴定法與EDTA滴定法

按照標(biāo)準(zhǔn)GB25572—2010，測(cè)氫氧化鈣。加入酚酞指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定含有氫氧化鈣的溶液，這相當(dāng)于氫氧化鈣過(guò)量，鹽酸少量，滴定至酚酞紅色消失時(shí)，氫氧化鈣被完全滴定。再繼續(xù)加入鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，鹽酸與碳酸鈣等反應(yīng)。這里利用的是一個(gè)pH值方法，可以連測(cè)氫氧化鈣和碳酸鈣。而返滴定，是向一定量的氫氧化鈣中，加入過(guò)量的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。也就相當(dāng)于向過(guò)量的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液中，慢慢加入氫氧化鈣。這里發(fā)生的反應(yīng)是氫氧化鈣和其它的鈣鹽，比如含有的少量的碳酸鈣、硅酸鈣等等都與過(guò)量的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液發(fā)生了反應(yīng)。這里利用的是過(guò)量法。在分析測(cè)定中，這兩種方法是可以相結(jié)合使用的。使實(shí)驗(yàn)室在測(cè)定成分時(shí)，有針對(duì)性，懂得究竟該選用鹽酸滴定法，還是返滴定法。氫氧化鈣的測(cè)定法，實(shí)驗(yàn)室要測(cè)的是氫氧化鈣成分，如果選用返滴定法，不單單是測(cè)的氫氧化鈣成分，還有碳酸鈣等鈣鹽，其測(cè)定的是全部的含鈣的成分。鹽酸滴定法和返滴定法，是兩種反應(yīng)先后順序方法的結(jié)合利用。其掌握了反應(yīng)先后順序的方法，了解的各自生成什么，也對(duì)實(shí)際檢測(cè)中選擇何種方法有參考作用。

4總結(jié)

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了反應(yīng)是有前后順序的。其不同成分的測(cè)定可以通過(guò)測(cè)定pH值來(lái)確定是否可以連測(cè)，是否會(huì)干擾影響。其同一反應(yīng)，因?yàn)榱慷嗔可僭斐煞磻?yīng)式不同的測(cè)定，可以通過(guò)使各自成分過(guò)量的條件的控制來(lái)確定反應(yīng)方程式。希望通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，大家一起交流，能在化驗(yàn)生產(chǎn)中靈活應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

［1］中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)．工業(yè)用氫氧化鈉氫氧化鈉和碳酸鈉含量的測(cè):GB/T4348．1—2013［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014．

［2］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部．食品添加劑氫氧化鈣:GB25572—2010

［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011．

［3］中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)．工業(yè)硫氫化鈉GB/T23937—2020［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2020．

作者：倪譽(yù)晏 單位：山東恒邦冶煉股份有限公司