對Cl—檢驗過程中SO2—4是否干擾的實驗探究

王琛

一、發現問題

在教學中普遍認為CO2-3會干擾Cl-的檢驗，但滴加稀硝酸即可排除干擾。但有SO2-4存在時，應先加過量的Ba（NO3）2，除去SO2-4后，再用AgNO3溶液和稀硝酸檢驗Cl-。

但是讓筆者感到困惑問題是：①為什么教材上在Cl-的檢驗中回避了SO2-4可能產生的干擾及如何排除干擾的說明。②在大量的習題中也是只要出現加AgNO3生成白色沉淀，再加稀硝酸沉淀不溶解，即可得出有Cl-存在。這樣處理是不是不夠嚴謹呢？

二、探究過程

為了搞清楚問題，做了如下實驗：

實驗1：用實驗室配好的用來檢驗Cl-的硝酸銀稀溶液（濃度未知），滴加到0.1 mol/L的Na2SO4溶液中，在不斷的滴加硝酸銀溶液的過程中始終沒有出現Ag2SO4白色沉淀。

對本實驗的預計，是會產生沉淀的，但是自始至終都沒有沉淀出現。難道是0.1 mol/L的Na2SO4溶液的SO2-4濃度太小了？接著做了實驗2。

實驗2：用實驗室配好的檢驗Cl-的硝酸銀稀溶液（濃度未知），滴加到飽和的Na2SO4溶液中，在不斷的滴加硝酸銀溶液的過程中也沒有出現明顯的沉淀現象。

這是什么原因？后來用光束照射，發現有丁達爾效應，原來生成了膠體。但是為什么沒有產生明顯的沉淀呢？查閱資料后，得到Ksp（Ag2SO4）=1.2×10-5，Ksp（AgCl）=1.56×10-10，既然SO2-4濃度已經足夠大，那么難道是實驗室用來檢驗Cl-的硝酸銀溶液濃度太小了？于是接著做了如下實驗3。

實驗3：配制了2 mol/L、0.5 mol/L、0.1 mol/L、0.01 mol/L的AgNO3溶液，分別滴加2滴～3滴到1 mL 1 mol/L的Na2SO4溶液中。發現滴加2 mol/L的AgNO3溶液的試管中出現了大量沉淀，滴加0.5 mol/L的AgNO3溶液的試管中有少量沉淀生成，滴加0.1 mol/L的AgNO3溶液只看到些許的渾濁，滴加0.01 mol/L的AgNO3溶液的試管中基本沒有出現沉淀現象。

這個實驗結果說明，Ag+濃度對生成Ag2SO4沉淀的影響非常大。由于Ksp（Ag2SO4）=c2（Ag+）·c（SO2-4）， Ag+濃度對生成沉淀的影響是平方倍，這個結果與理論是相符的。那么，是否可以得出初步結論：用濃度較小的AgNO3溶液，SO2-4的存在不會對Cl-的檢驗產生干擾，用濃度較大的AgNO3溶液，SO2-4的存在會對Cl-的檢驗產生干擾。為了進一步說明問題，進行了理論計算，結果見表1。

以上結果表明，當AgNO3濃度為0.01 mol/L時，SO2-4最小檢出濃度為12 moL/L，在一般情況下SO2-4濃度不會達到這么大的值，基本可排除對Cl-的干擾。而當AgNO3濃度為0.1mol/L時，SO2-4最小檢出濃度為0.12 moL/L，也就是說把0.1 mol/L的AgNO3溶液滴加到1 mol/L的Na2SO4溶液中時大部分的Ag+應該沉淀下來了， 這與實驗3中“只看到些許的渾濁”的現象產生了矛盾。為什么生成的沉淀會不明顯呢？

考慮到硝酸銀是強酸弱堿鹽，檢測了0.1 moL/L的AgNO3溶液的pH約為4～5之間，難道溶液的酸度，對生成沉淀有影響？查閱資料可知，硫酸的二步電離是不完全的，其Ka2=1.0×10-2，猜測有可能因為部分生成了AgHSO4導致生成的Ag2SO4沉淀量減少，于是又做了實驗。

實驗4：往實驗3生成的沉淀中滴加稀硝酸，發現滴加0.5mol/L的AgNO3溶液的試管中沉淀基本消失，滴加2mol/L的AgNO3溶液在加了較多稀硝酸后沉淀也大量溶解

，改為滴加濃度較大的硝酸后沉淀很快消失。

從實驗4可看出，滴加濃度較大的硝酸，更容易使沉淀溶解，因此進行了如下計算：

滴加2滴1 mol/L的AgNO3溶液到1 mL 1 mol/L的Na2SO4溶液中，要使沉淀溶解，H+濃度必須達到多大？[設此時Ag+濃度稀釋為0.1 mol/L， SO2-4濃度與HSO-4濃度之和為1 mol/L，已知硫酸的Ka2=1.0×10-2，Ksp（Ag2SO4）=1.2×10-5]

Ag2SO4沉淀恰好溶解時的c（SO2-4）= 1.2×10-5/0.12=1.2×10-3，由

HSO-4 H+ + SO-4

1-1.2×10-3c（H+）1.2×10-3

得：c（H+）≈0.83 moL/L

從以上的計算結果，可近似得出滴加2滴1 mol/L的AgNO3溶液到1 mL 1 mol/L的Na2SO4溶液中，要使生成的Ag2SO4沉淀溶解，H+濃度要達到0.83 mol/L以上，大致是此時溶液中Ag+濃度的8.3倍。按以上方法可以粗略的估算，當溶液中H+濃度是Ag+濃度的10倍左右時，可使生成的Ag2SO4沉淀溶解。

三、解決問題

綜上所述，得出了對Cl-檢驗過程中SO2-4是否會產生干擾的初步結論：當AgNO3濃度較小，如0.01 mol/L時，SO2-4對Cl-檢驗的干擾基本可以忽略，因為SO2-4濃度必須很大才會有Ag2SO4沉淀出現；當AgNO3濃度大于0.01 mol/L時，可通過加適量的稀硝酸或少量濃度稍大的硝酸溶液，即可排除SO2-4對Cl-檢驗的干擾。至此，考慮到Ag+對Cl-檢驗的靈敏度很高，實驗室配制的用來檢驗Cl-的硝酸銀溶液濃度一般較小，所以筆者認為SO2-4對Cl-檢驗的干擾是完全可以排除的，因此教材上在Cl-的檢驗過程中回避SO2-4可能產生的干擾，也是合理的。

（收稿日期：2017-01-10）endprint