磷酸氢钠的制备及电离平衡与pH值关系的探究

磷酸氢钠的制备及电离平衡与pH值关系的探究 2009年第9期周刊磷酸氢钠的制备及电离平衡与pH值关系的探究（张家口市第十中学，河北张家口 075000）陈志云前言 Na2HPO4·12H2O是酸式盐，其水溶液呈碱性。衡量碱性大小的标准是其水溶液的pH值。 pH值的大小随其浓度的变化而变化。我们可以通过数学手段推导出pH值与浓度之间的关系，这种关系通过实验可以证明是否正确。因此，我们首先制备Na 2HPO4·12H2O，再按不同浓度测定其pH值。制备时应注意提高产率，其手段主要是通过控制pH值。一、实验原理当用NaOH中...

2009年第9期周刊磷酸氢钠的制备及电离平衡与pH值关系的探究（张家口市第十中学，河北张家口 075000）陈志云前言 Na2HPO4·12H2O是酸式盐，其水溶液呈碱性。衡量碱性大小的标准是其水溶液的pH值。 pH值的大小随其浓度的变化而变化。我们可以通过数学手段推导出pH值与浓度之间的关系，这种关系通过实验可以证明是否正确。因此，我们首先制备Na 2HPO4·12H2O，再按不同浓度测定其pH值。制备时应注意提高产率，其手段主要是通过控制pH值。一、实验原理当用NaOH中和掉H3PO4的两个H + （pH值约为9.2）浓缩后得到Na2HPO4·12H2O无色菱形晶体，在空气中迅速风化，可溶于水并呈碱性，用方程式表示为： 2NaOH+H3PO4=Na2HPO4＋2H2O 把Na2HPO4溶于水后，有这样的反应：Na2HPO4=2Na + ＋ HPO4 2- ，属完全电离，而HPO4 2- 既能部分离解为PO4 3- ，又能部分水解为H2PO4 - ，因此HPO4 2- 在水中有如下反应： HPO4 2- =H + +PO4 3- (电离) Ka(3)= ［H + ］［PO4］ 3- ［HPO4 2- ］（1） HPO4 2- ＋H2O=H2PO4 - + OH - （水解） Kh(2)= ［OH - ］［H2PO4 - ］［HPO4 2- ］（2）水的电离平衡：Kw=［H + ］［OH - ］（3）质量平衡：HPO4 2- 的三级电离和二级水解程度甚小，把［HPO4 2- ］和HPO4 2- 起始浓度看为相等，且与Na2HPO4 中HPO4 2- 浓度相等，令之为C。［Na + ］=2C=2［HPO4 2- ］+2 ［H2PO4 - ］+2［ PO4 3- ］（4）电荷平衡：每个［HPO4 2- ］所带电荷为2，［ PO4 3- ］所带电荷为 3，每升溶液中由［HPO4 2- ］，［PO4 3- ］提供所带电荷的物质的量分别等于其浓度的2倍、3倍。［Na + ］＋［H + ］=［OH - ］+2［HPO4 2- ］+3［PO4 3- ］+［H2PO4 - ］（5）由（5）-（4）式得：［H + ］＋［H2PO4 - ］=［PO4 3- ］+［OH - ］（6）由（1）得：［ PO4 3- ］=Ka(3) ［HPO4 2- ］/ ［H + ］（7）由（2）得：［H2PO4 - ］=［HPO4 2- ］Kh（2）/［OH - ］=［HPO4 2- ］ Kw/［OH - ］Ka(3)=［HPO4 2- ］［H + ］/ Ka(2) （8）将（3）、（7）、（8）带入（6）式：［H + ］＋［HPO4 2- ］［H + ］/ Ka(2)=Ka(3)［HPO4 2- ］/［H + ］＋Kw/［H + ］［H + ］ 2 ＋［HPO4 2- ］［H + ］ 2 / Ka(2)=Ka(3)［HPO4 2- ］＋Kw ［H + ］ 2 (1+［HPO4 2- ］［H + ］ 2 / Ka(2) )=Ka(3)［HPO4 2- ］＋Kw ［H + ］ 2 ﹛Ka(2)+［HPO4 2- ］﹜=Ka(2) (Ka(3)［HPO4 2- ］＋Kw) ［H + ］= Ka(2) (Ka(3)［HPO4 2- ］＋Kw) Ka(2)+C % 姨［HPO4 2- ］=C ［H + ］= Ka(2) (Ka(3) C＋Kw) Ka(2)+C % 姨此式即为［H + ］和溶液浓度的关系式，可以换算为pH值与浓度的关系式。二、仪器试剂托盘天平%% %一台%%% 蒸发皿（100ml）% 一只分析天平%% %一台%% 石棉网%%% 两块烧杯（100ml）%一只%%% 表面皿%% 两块（200ml）%一只%%% 电炉（500ml）%一只%%% PHS-2酸度计分析纯H3PO4% %% 6mol/L NaOH%% % 2mol/L NaOH 分析纯乙醇%% % 精密pH试纸%% % %广泛pH试纸三、实验方法取5ml化学纯H3PO4于200ml的烧杯中，加入70ml蒸馏水，搅匀后加入6mol/L NaOH（约需20ml），调节pH值为9.2（中和到 pH值为9时可充分搅拌缓慢滴加2mol/L NaOH调到9.2）。将溶液转到蒸发皿中缓慢加热浓缩至出现晶膜，冷却至室温，不断搅拌，待晶体析出后迅速搅拌，防止结块。在室温下风干24小时以上称量，计算产率。称取制得晶体0.3580g，配制成0.01mol/L溶液，在PHS-2酸度计上测其pH值。四、实验结果五、结果讨论从实验结果可以看出，实验结果与原理中所推导结果基本符合。实验中从调pH值和蒸发温度两方面考虑，pH值出现小偏差，在9.0左右是正常的。对于产率高低主要注意到减小损失和调pH值尽量准确，但产率没达到要求，在实验条件允许的情况下可进一步探讨。参考文献：［1］华中师范大学，东北师范大学，陕西师范大学.分析化学.高等教育出版社，1986. ［2］华中师范大学，东北师范大学，陕西师范大学.分析化学实验.高等教育出版社，1987. ［3］北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学.无机化学.高等教育出版社，1992. ○ 理化生教学与研究 217

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