利用液膜擴散微型實驗探究釩酸鹽的變化規律

楊 興，楊佐志，王曉忠

(河北民族師范學院化學系， 河北 承德 067000)

0 引 言

1 儀器及試劑

儀器：點滴皿，專為液膜擴散微型實驗設計，獲國家專利權的新玻璃器皿，此實驗用自制代用品；點滴皿的代用品的裁制，即選取2～3 mm厚的表面平整無劃痕的普通玻璃，用玻璃刀裁成10 cm×10 cm的正方形，再用紗布磨去四邊的鋒刃即可.酸度計或精密pH試紙.

試劑：NaVO3(0.1 mol/L、0.3 mol/L)、H2SO4(1 mol/L、2 mol/L)、NaOH(0.1 mol/L、1 mol/L)、H2O2(質量分數為3%、10%)，均為分析純.

2 偏釩酸鈉(NaVO3)溶液隨pH值降低的變化過程

2.1 實驗步驟

分別取2～3滴0.3 mol/L的NaVO3和1 mol/L H2SO4于點滴皿上相距約1 cm處，用玻璃棒攤平使其形成溶液膜，并使其逐漸接近，當兩種溶液膜相互接觸后，停止外力作用，讓溶液中的物質自然擴散反應.點滴皿上呈現有序的物色區域：無色、黃色、紅棕色晶體、黃色、無色，并小心測試各區域的pH值.

2.2 NaVO3溶液隨pH值降低過程的實驗現象

照片1為NaVO3溶液與稀H2SO4的自然擴散反應.

2.3 NaVO3溶液隨pH值變化的分析示意圖

圖2為NaVO3溶液隨pH值變化的分析示意圖.

圖2 NaVO3溶液隨pH值變化示意圖

2.4 對NaVO3與稀H2SO4兩溶液膜之間自然擴散過程的理論分析

由于NaVO3溶于水發生水解-聚合反應：

……

測得0.3 mol/L NaVO3溶液的pH≈8(偏堿性)，它與1 mol/L的H2SO4(pH=0)溶液膜接觸后互相稀釋，溶液的pH值從左至右逐漸減小，當釩酸鹽溶液的pH趨于6.5時逐漸變黃色：

釩酸鹽溶液的pH值趨于2時，析出紅棕色晶體五氧化二釩水合物.

在點滴皿上的溶液膜中，釩酸鹽從左(pH≈8)逐漸擴散至右(pH=0)的變化，形成五個綜合對比的物區.如圖1，出現了鮮明的對比現象，反映了釩酸鹽溶液隨pH值的變化規律.

3 釩酸鹽與雙氧水反應隨溶液酸堿性的變化

3.1 實驗過程

分別取2～3滴質量分數為10%的H2O2和0.3 mol/L NaVO3于點滴皿上形成溶液膜，并在1位加1滴0.1 mol/L NaOH，3位加1滴1 mol/L H2SO4，用玻璃棒把1、2、3溶液膜分別相連(每次用玻璃棒要清洗).

3.2 實驗現象

1、2位溶液變黃色，3位溶液開始變黃色，隨著反應進入強酸性而變紅棕色.

照片2為釩酸鹽與雙氧水反應隨溶液酸堿性的變化.

圖3 釩酸鹽與雙氧水反應隨溶液酸堿性變化圖

3.3 現象及分析

參考圖3，在點滴皿上偏釩酸鈉與過氧化氫兩種溶液膜之間，從弱堿性到弱酸性環境中得到二過氧釩酸離子[VO2(O2)2]3-黃色；強酸性環境中得到紅棕色的過氧釩陽離子[V(O2)]3+，兩者之間存在下列平衡：

H2O2+2H2O

由反應物與生成物形成鮮明對比，可利用此變化規律鑒定釩酸鹽.

4 結 語

通過大量實驗證明，此研究方法所用試液是滴量，儀器和操作步驟都比較簡單，能清晰觀察到物質自然變化過程中的規律性，提高了綜合研究的效果.

參考文獻：

[1] 北京師范大學無機教研室.無機化學[M].4版.北京：高等教育出版社，2008：750-753.

[2] 北京師范大學無機教研室.無機化學實驗[M].3版.北京：高等教育出版社，2008：180.

[3] 楊興.微型化學反應器皿：CN，201441917 U[P].2010-04-28.

[4] 天津大學無機化學教研室.無機化學[M].3版.北京：高等教育出版社，2008:408.