实验测定碳酸钠溶液的pH与温度的关系

（指导老师 赵国民）

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一、实验目的

掌握pH传感器的实时检测功能，并借助数据采集器和计算机直接生成数据曲线，直观反映改变温度时碳酸钠溶液pH的变化。

二、实验背景

人教版高中化学选修4第57页中指出：水解反应是吸热反应，温度的变化会引起水解平衡的移动，例如，用纯碱溶液清洗油污时，加热可以增强其去污力的原因，在于升温可以促进碳酸钠的水解，使溶液中c(OH^-)增大。那么，能不能因此判断出升高温度，碳酸钠溶液的pH会增大呢？

三、实验原理

     Na₂CO₃溶液中存在以下平衡：

   CO₃^2- +H₂OHCO₃^-+OH^-   

   HCO₃^-+H₂OH₂CO₃+OH^-   

   H₂OH⁺+OH^-     

   HCO₃^-H⁺+CO₃^2- 

升高温度都会促使上述平衡正向移动，但溶液pH的变化，是它们共同变化的结果。

四、实验仪器和药品

实验仪器：数据采集器、pH 传感器、计算机、磁力电加热搅拌器、搅拌磁子、烧杯、铁架台（带铁夹）等。

实验药品：0.10mol/L Na₂CO₃溶液、pH标准缓冲溶液(pH= 6.865、pH=9.180)      

五、实验步骤

1、用标准缓冲溶液校正pH传感器。

2、向烧杯中加入约200mL0.10mol/L Na₂CO₃溶液，并加入一粒搅拌磁子。

3、把盛有Na₂CO₃溶液的烧杯放在磁力电加热搅拌器上，将pH传感器插入溶液中，启动磁力电加热搅拌器，调节调速旋钮，使搅拌磁子转速均匀。

4、启动数据采集器和系统软件，设置参数，开始检测加热时溶液的pH，记录数据，并利用软件处理得出pH变化曲线。

5、检测完成后，处理Na₂CO₃溶液。用蒸馏水冲洗pH传感器，清洗仪器。

六、数据处理与分析

  根据采集的数据处理得到pH变化曲线：

说明：

1、本实验仅仅测量随着加热的进行，pH变化的趋势。

2、通过曲线图可以直观的发现，随着温度的升高，Na₂CO₃溶液的pH是减小的。

七、思考与交流   

1、由于弱酸根离子水解均为吸热的可逆过程，随着温度的升高，水解常数K_b增大，溶液中c(OH^-)会增大。但是由于溶液中同时还存在水的微弱电离等多个平衡体系，水的电离也为吸热过程，随着温度的上升溶液pH的大小取决于两者变化幅度的大小。本实验中升高温度，Na₂CO₃溶液的pH是稍微减小的。

2、在实际教学中，对于强碱弱酸盐溶液升高温度，我们不能错误地用pH增大来说明促进了弱酸根离子水解，而是用溶液中OH^-的浓度增大来说明。

3、利用传感器检测溶液pH的变化，经数据采集器和计算机的处理可以直接转化为曲线呈现，大大简化了中学实验，使学生能够更加直观地认识这一过程pH的变化趋势，建议可作为新课程“反应反应原理”和“实验化学”相关内容的替代实验。