磺酸酸式解離平衡常數(shù)的測(cè)定

李其華等

【摘 要】介紹一個(gè)適宜于大一醫(yī)學(xué)生的開放式綜合實(shí)驗(yàn)：磺酸酸式解離平衡常數(shù)的測(cè)定。從溶液配制、電子天平及pH計(jì)的使用，實(shí)驗(yàn)試劑的選擇到實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理等方面綜合訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，有助于化學(xué)課程中的酸堿滴定、酸堿平衡等理論知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)掌握。

【關(guān)鍵詞】磺酸；解離平衡常數(shù)；pH 酸堿滴定

《無機(jī)化學(xué)》、《基礎(chǔ)化學(xué)》和《有機(jī)化學(xué)》是大學(xué)一年級(jí)醫(yī)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在教學(xué)內(nèi)容多但課時(shí)數(shù)相對(duì)較少的壓力下，可以針對(duì)學(xué)有潛力的優(yōu)秀學(xué)子開設(shè)開放式綜合性實(shí)驗(yàn)。基于對(duì)甲基苯磺酸、甲基磺酸等是符合綠色化學(xué)[1]理念的催化劑[2-3]，設(shè)計(jì)了“磺酸酸式解離平衡常數(shù)的測(cè)定”，該實(shí)驗(yàn)涉及溶液的配制、電子天平的稱量、酸堿滴定、pH計(jì)的使用等多項(xiàng)基本操作[4-5]，前一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)下一步實(shí)驗(yàn)結(jié)論有直接影響，有助于學(xué)生實(shí)驗(yàn)態(tài)度的端正、實(shí)驗(yàn)綜合能力的培養(yǎng)。同時(shí)，對(duì)教材中關(guān)于苯酚、苯甲酸、苯磺酸酸性強(qiáng)弱的定性判斷[6]，能借助學(xué)生自已的實(shí)驗(yàn)結(jié)果定量地佐證，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)尤其是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）熟悉基準(zhǔn)物質(zhì)的前期處理方法以及電子天平的使用操作規(guī)程。

（2）掌握移液管、容量瓶、滴定管、pH計(jì)等基本儀器的使用和操作。

（3）理解并掌握酸堿滴定、磺酸溶液pH值與其酸式解離平衡常數(shù)等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。

（4）鍛煉學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及寫作論文的能力。

（5）培養(yǎng)綜合分析問題和解決問題的能力。

2 實(shí)驗(yàn)原理

各種磺酸（以化學(xué)式RSO3H表示）水溶液的濃度由標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液標(biāo)定。

3 實(shí)驗(yàn)用品

3.1 儀器

烘箱，電爐，電子天平，pH計(jì)，燒杯，量杯，量筒，錐形瓶，移液管，容量瓶。

3.2 試劑

苯磺酸，對(duì)甲基苯磺酸，甲基磺酸，對(duì)氨基苯磺酸，鄰苯二甲酸氫鉀，草酸，氫氧化鈉，酚酞，pH = 4.00和pH = 6.86的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液。

4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

4.1 NaOH溶液的配制及標(biāo)定

稱取一定質(zhì)量的NaOH加水溶解配制約0.1 mol·L-1的NaOH溶液。分別選用基準(zhǔn)物質(zhì)鄰苯二甲酸氫鉀（KC8H5O4）或者草酸（H2C2O4·2H2O）經(jīng)過前期處理[7]后，用差減法在電子天平上準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的基準(zhǔn)物質(zhì)于錐形瓶中，加水溶解。用酚酞作指示劑，標(biāo)定NaOH溶液的濃度。數(shù)據(jù)記錄及處理列于表1。

4.2 磺酸（RSO3H）溶液濃度的測(cè)定

分別取一定量的苯磺酸、對(duì)甲基苯磺酸、甲基磺酸和對(duì)氨基苯磺酸加水溶解配制約0.1 mol·L-1的水溶液。用移液管量取一定體積的磺酸水溶液于錐形瓶中，用酚酞作指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果處理列于表1。

4.3 不同濃度磺酸溶液pH的測(cè)定

用不同規(guī)格的移液管和容量瓶，將已標(biāo)定其濃度的磺酸稀釋為5個(gè)不同濃度的磺酸樣品溶液，計(jì)算出其準(zhǔn)確濃度并用pH計(jì)測(cè)定其pH值。記錄室溫，計(jì)算該溫度下磺酸的Ka或pKa并求得其平均值。

5 預(yù)習(xí)與思考

（1）溶液配制及潤洗儀器用水均為新鮮煮沸冷卻后的二次蒸餾水。為什么？

（2）分別采用兩種不同的基準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定NaOH溶液的濃度，其酸堿滴定反應(yīng)式以及c（NaOH）的計(jì)算公式如何？

（3）查閱文獻(xiàn)，確定基準(zhǔn)物質(zhì)在酸堿滴定前的準(zhǔn)備工作有哪些？

（4）酸式解離平衡常數(shù)的影響因素有哪些？

（5）各磺酸溶液若濃度偏大，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？

（6）pH計(jì)的使用，注意事項(xiàng)有哪些？

（7）根據(jù)結(jié)構(gòu)式預(yù)測(cè)各磺酸酸式解離平衡常數(shù)的相對(duì)大??？

6 教學(xué)建議

（1）兩位同學(xué)一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)合作的協(xié)調(diào)能力。

（2）標(biāo)定NaOH溶液選用哪種基準(zhǔn)物質(zhì)、測(cè)定哪種磺酸的Ka由學(xué)生自主選擇（指導(dǎo)教師宏觀調(diào)控：同一種物質(zhì)最好有2～3組選擇，以便結(jié)果相互佐證，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度）。

（3）0.1 mol·L-1的NaOH溶液和RSO3H溶液統(tǒng)一配制，濃度分別進(jìn)行標(biāo)定。

（4）配制各種試劑的用量由學(xué)生設(shè)計(jì)、指導(dǎo)教師審核后確定。

（5）可以在兩周時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，可定為12的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)。

（6）實(shí)驗(yàn)報(bào)告以小論文的形式完成，訓(xùn)練學(xué)生書寫科研論文的能力。

7 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)將大一醫(yī)學(xué)生兩個(gè)學(xué)期化學(xué)課程的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，形成了一個(gè)新的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該綜合實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)過的知識(shí)選擇一種磺酸并設(shè)計(jì)測(cè)定其酸式解離平衡常數(shù)的具（下轉(zhuǎn)第45頁）（上接第49頁）體實(shí)驗(yàn)方案，包括試劑的選擇、用量的確定，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)等，有一定的自主權(quán)，有助于實(shí)驗(yàn)興趣的提高，前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，結(jié)果相互佐證，不會(huì)應(yīng)付了事。儀器簡單，可操作性強(qiáng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力，是一個(gè)值得推薦的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Anastas P T， Wamer J G. Green Chemistry Theory and Practice[M].Oxford：Oxford University Press，1998.

[2]楊曉軍，馮小麗，張謀真.微波輻射對(duì)甲苯磺酸催化合成對(duì)羥基苯甲酸乙二醇單酯[J]. 工業(yè)催化，2012，20（9）：59-61.

[3]王敏，宋志國，趙爽，等. 乙酸正丁酯合成實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 大學(xué)化學(xué)，2010，25（6）：58-61.

[4]劉紹乾. 基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].2版. 長沙：中南大學(xué)出版社，2012.

[5]曹鳳歧. 無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與指導(dǎo)[M].2版. 北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2006.

[6]陸陽，劉俊義. 有機(jī)化學(xué)[M].8版. 北京：人民衛(wèi)生出版社，2013.

[7]顧慶超，樓書聰，等. 化學(xué)用表[M]. 南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1979.

[責(zé)任編輯：曹明明]