課

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程

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教

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學(xué)

碳酸氫鈉溶液的

pH

與其濃度關(guān)系探討

朱建民

（浙江省金華市湯溪高級(jí)中學(xué)浙江·金華

321075

）

摘要

NaHCO

3水溶液中存在多個(gè)平衡，且每個(gè)平衡之間既相互聯(lián)系、又相互制約。本文就水溶液

pH

與溶液濃度

的關(guān)系：隨濃度增大

pH

升高，基本保持不變，又降低；及溶液受熱

pH

增大的原因是水解增強(qiáng)，還是分解成

Na

2CO3水

解進(jìn)行了相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞平衡締合作用

G633.8

中圖分類號(hào)：

分解

A

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

2

常溫下較濃溶液時(shí)，隨濃度增大

pH

降低

0.050

、

0.10

、

0.50

、

1.0mol

實(shí)驗(yàn)探究：（

1

）配制了

0.010

、

-1·

L

等

5

種標(biāo)準(zhǔn)溶液。

（

2

）在

20

℃時(shí)，用筆式

pH

計(jì)分別測(cè)得其

pH

值，如表

1

中

數(shù)據(jù)。

20

℃時(shí)不同濃度

NaHCO

3溶液的

pH表

1

：

溶液濃度

mol·L-1

溶液pH

0.010

8.4

0.050

8.4

0.10

8.3

0.50

8.2

1.0

8.1

NaHCO3是二元弱酸（

H2CO3）與強(qiáng)堿（

NaOH

）形成的酸式

—鹽，其水溶液中存在多個(gè)平衡，不僅有

HCO

3

的水解、電離兩

個(gè)平衡，還存在著水的電離平衡，且每個(gè)平衡之間既相互聯(lián)系、

又相互制約。其水溶液的

pH

與濃度關(guān)系如何？若是片面（只

研究某一個(gè)或某幾個(gè)平衡）、孤立（把其中平衡看成是獨(dú)立體

系）地分析易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

1

常溫下稀溶液時(shí)，隨濃度增大

pH

升高

設(shè)

NaHCO

3溶液的濃度為

xmol

·

L-1，其

pH=y

，同時(shí)設(shè)

b

、

c

……。溶液中除水分子外的其他粒子的濃度分別為

a

、

利用溶液中存在的水的電離平衡，弱電解質(zhì)的電離平衡以及

y

的函數(shù)關(guān)系式。電荷守恒，得出以下關(guān)于

x

、

-1xmol

·

LNaHCO3溶液中存在如下關(guān)系：在常溫下，

2c

(

CO

3

2—)

+c

(

OH—)

+c

(

HCO3

—)

=c

(

H+)

+x電荷守恒：

H2CO3一級(jí)電離平衡：

H2CO3二級(jí)電離平衡：

c

(

OH—)

×c

(

H+)

=K

（其中

Kw=1.0×10-14）水的電離平衡：

w

c

(

CO

3

2—)

+c

(

HCO3

—)

+c

(

H2CO3

)

=x物料守恒

(

碳元素守恒

)

：

基于

WolframMathematica8

計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)作圖，可得

到有關(guān)

pH

與

NaHCO

3溶液濃度的關(guān)系（圖

1

）。

NaHCO

3溶液的

pH

，結(jié)論：從上圖中可以看出，在較稀時(shí)，

隨濃度增大而升高。當(dāng)其濃度大于

0.0025mol

·

L-1時(shí)，溶液

pH

基本不變，約為

8.31

。這時(shí)

NaHCO3溶液的堿性不是隨濃

8.31

。即稀溶液的

pH

度的增大而增大了?；颈３忠欢ㄖ担?/p>

7.0

≤

8.31

。區(qū)間為：

解析：在

NaHCO

3固體中具有不對(duì)稱氫鍵（

O

—

H

…

O

，

261pm

）形成的、無(wú)限的一維

HCO3

—鏈狀結(jié)構(gòu)，這些鏈再被

Na＋

HCO3

—間氫鍵橫向連接在一起。隨

NaHCO

3溶液濃度的增加，

的締合作用程度逐漸增大，導(dǎo)致發(fā)生電離與水解的

HCO

3

—量反

而減少，堿性逐漸減弱。即其溶液的堿性強(qiáng)弱受氫鍵、分子結(jié)構(gòu)

KH

2PO4等，等作用的影響。在中學(xué)階段，其他常見(jiàn)的物質(zhì)如

HF

、

溶液在特定濃度范圍內(nèi)酸堿性的遞變也會(huì)出現(xiàn)反常。

NaHCO

3較濃時(shí)，結(jié)論：隨濃度的增大，溶液的

pH

值減小。

3

受熱時(shí)溶液

pH

升高

實(shí)驗(yàn)

1

：在盛有

1.0mol

·

L-1NaHCO3溶液的試管里滴入

1

～

2

滴酚酞試液，溶液顯淺紅，說(shuō)明

NaHCO3水解，溶液顯

堿性，但堿性較弱。

實(shí)驗(yàn)

2

：當(dāng)加熱盛有

NaHCO

3飽和溶液的試管時(shí)，溶液紅

加深。實(shí)驗(yàn)測(cè)得該溶液的

pH

隨溫度升高而升高。關(guān)于這

一現(xiàn)象有二種解釋，其一是加熱促進(jìn)

HCO

3

—的水解；其二是由

Na2CO3水解程于

NaHCO

3熱穩(wěn)定性差，受熱分解成

Na2CO3，

度大，堿性增強(qiáng)，紅變深；哪種解釋更合理？

實(shí)驗(yàn)

3

：用

NaHCO（分別配制

1.0mol

·

L-1和

0.1mol

3AR

）

·

L-1溶液。每種溶液分別用三支試管各取

5mL

，滴加

1

～

2

滴酚酞。其中一支試管用作對(duì)照，另外兩支試管分別用酒精

燈和

80

℃水浴加熱，并塞上帶導(dǎo)氣管的單孔橡皮塞，將導(dǎo)氣管

插入盛澄清石灰水的小試管中。

綜上實(shí)驗(yàn)，加熱飽和

NaHCO

3溶液時(shí)，堿性增強(qiáng)；加熱

Na-

-1HCO3溶液濃度為

0.1mol

·

L時(shí)在

80

℃時(shí)，分解不明顯，溶

液的

pH

值基本不變。

結(jié)論：只有

NaHCO

3溶液較濃時(shí)，加熱堿性才會(huì)增強(qiáng)。原

Na2CO3水解因是

NaHCO

3熱穩(wěn)定性差，受熱分解成

Na2CO3，

程度比

NaHCO

3大，堿性增強(qiáng)。濃度稀時(shí)，則分解不明顯，溶

液的

pH

值基本不變。據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，溶液中

NaHCO

3分解的程

度與溫度和濃度有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[

1

]

武漢大學(xué).分析化學(xué)

(

2版

)[

M

]

.北京:高等教育出版社,1987.

[

2

]

武漢大學(xué)等.無(wú)機(jī)化學(xué)

(

3版

)(

上冊(cè)

)[

M

]

.北京:高等教育出版社,1994.

[

3

]

上海師范大學(xué)等.物理化學(xué)

(

三版

)(

上下冊(cè)

)[

M

]

.北京:高等教育出版社,1994.

pH

與

NaHCO

3溶液濃度的關(guān)系圖

1

：

82—科教導(dǎo)刊（電子版）·

2018

年第

22

期

/8

月（上）—