CO2、SO2水溶液的性质的探究

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1、2、CO?、SO?水溶液的性质的探究【课题概述】“让学生有更多的机会主动地体验探究过程，在知识的形成、联系、应用过程中养成科学的态度，获得科学的方法，在'做科学'的探究实践中逐步形成终身学习的意识和能力”，是教育部新制订的全日制义务教冇化学课程标准(实验稿)中提出一个全新的教学理念。探究二氧化碳的性质是课程标准中针对“地球周围的空气”这一内容而提出的活动建议，对此我们对C02溶于水，以及在加热C02水溶液这一过程中pH值的变化进行了实验探究，以供参考。【问题的提出、猜想和预测】O问题的提出二氧化碳是一种无色无味的气

2、体，能溶于水。298K时，1L水中溶解1.45g的C02,溶解于水的CO?能与水反应生成碳酸(H2CO3),融的CO?只有1〜4%,并非全部。碳酸是一-种二元酸，而且很不稳定，游离的H2CO3迄今尚未制得。将二氧化碳溶解于水，溶液的pH值有多人？向溶液滴入石蕊试液，接着对溶液加热，在这过程中溶液颜色有什么变化，pH值乂将怎样变化？O猜想和预测在这一系列过程中，溶液可能会发牛以下变化：1)C02是酸性氧化物，溶于水后生成碳酸，通入C02后溶液pH值将变小至某一数值,向溶液滴入石蕊试液后溶液呈红色；图-3.14实验装2

3、)H2CO3不稳定，在加热的过程中分解成CO?和出0,CO?逸出，溶液变回紫色，pH值变大。【实验探究】◊实验设计图314是实验装置图，图中左边是CO?发生装置，中间是装有水的锥形瓶、三角架和酒精灯，右边是数据采集器，温度传感器和pH传感器与其相连并浸入水中。用两个传感器追踪实验过程中pH随温度变化的情况。O实验仪器与药品仪器:・数据采集器・pH玻璃电极及传感器（DT061）•普通温度传感器（DT029）・分液漏斗多i品*•稀硫酸・无水碳酸钠・具支试管・酒精灯・锥形瓶•三角架及石棉网・自来水・混合磷酸缓冲溶液O实验

4、步骤1）在分液漏斗中装入适量的稀硫酸、具支试管中装入适量的无水碳酸钠，并按实验装置图装好仪器；2）将pH传感器与数据采集器的Input1端口连接，普通温度传感器与Input2端口连接，设置数据采集器的采样频率为1个每秒，共5000个数据；3）用混合磷酸缓冲溶液（30〜35°C下pH二6.86）校止pH传感器；4）开启数据采集器，待pH、温度示数稳定不变后，拧开分液漏斗活塞，控制CO?的生成速率，使气体以一定的流速通入自來水中；5）待白来水的pH不随的通入CO?气体的增加而变化吋，停止通入CO2,加热至其沸腾，停止加

5、热，一直到数据采集结束。Temperaturc【数据处理】图-3.15CO?水溶液在加热过程中pH-温度变化曲线图-3.15是将采集的数据川Db-lab软件处理后得出的pH-温度变化1111线。随着CO?的通入，溶液的pH值逐渐下降，酸性增强，滴入蓝色石蕊试液后溶液呈浅红色，至pH=4.87时，其数值不再随CO?的通入量变化而变化，溶液达到饱和。开始加热，pH值继续减小，达最低点时pH=4.58时。随后pH值逐渐回升，至数据采集结束，pH=9.46,溶液呈蓝色。［结论和解释】通过实验探究得出的结论是：加热开始时溶液

6、的pH值没有立即冋升，而是继续卜降，至pH=4.58才冋升，最后溶液辛碱性。碳酸是二元酸，存在两级电离：一级电离H2CO3+H2OWH3O++HCO.<(1)二级电离HCO3-+H2O二H3O++CO3*(2)其二级电离常数为5.61X1011,电离程度非常小，在常温下可忽略不计，因此溶液中主要的阴离子主要为HCO-自來水中含有金属离子，金属离子和碳酸氢根离子形成盐，这类盐加热时在水中发生水解：HCO3-+H2O=OH+H2O+CO2f(3)电离是一个吸热的过程，碳酸的解离度随温度的升髙而增大，溶液中H+浓度因此增

7、大,pH值下降。而水解反应(3)中有OFT生成，由此引起溶液的pH值上升。溶液的pH值的变化是上面两个因素共同作用的结果。当开始加热时，(1)、(2)占据主导地位，故pH下降；随着加热的进行，(3)逐渐地占据主导，pH值回升，至9.46时止。【拓展与迁移】图・3.16是川SO?替代CO?进行同样实验所得的pH■温度变化111］线。其变化情况和CO2水溶液的完全相同，不同的是最后溶液的pH=2.74,呈酸性。timeUmm)图-3.16S@水溶液在加热过程中pH-温度变化曲线SO?能与水反应牛成亚硫酸(H2SO3)，

8、亚硫酸同样也是一种不稳定的酸，其性质与碳酸相似，但酸性较强，能与溶解在水中的02反应牛成硫酸，所以溶液最后呈酸性，溶液在滴入石蕊试液后显红色，至实验结束一直保持不变。往溶液滴入Ba(NO3)2溶液能生成白色沉淀，证明实验过程中的确生成了硫酸。