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关于化学平衡及平衡移动的几个简单实验         ★★★ 【字体:
关于化学平衡及平衡移动的几个简单实验
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2004-10-4    

一个化学反应达到平衡时,其体系中既有反应物,又有生成物,它们的浓度之间维系着一定的关系。改变作用于平衡体系的某个因素,平衡将有相应的移动。如果反应物或()生成物为有色物或是沉淀物,就能根据颜色的改变、沉淀量的多寡,“观察”到平衡的移动。

(1)甲基橙在酸液中呈红色,在碱液中呈黄色,其过渡色为橙色

实验1  6支试管分别注入0.1mol/l HAc溶液5ml2滴甲基橙。然后往26号试管中依次加入0.2mol/lNaAc溶液0.51.01.52.02.5ml并混匀,1号试管留作比较。可观察到由16号试管中溶液的颜色由红色,经由橙色(过渡色)而黄色。橙色表明溶液中既有红色型体也有黄色型体。颜色系列变化是平衡及其移动的表现。进而言之,可以想象在红色或黄色溶液中也应该有黄色或红色型体存在。

(2)橘红色Cr2O2-7和黄色CrO2-4通过H+联系而达平衡

2CrO2-42H+ Cr2O2-7H2O

实验2  6支试管各加入3ml 0.1mol/l K2CrO4溶液,接着往26号试管中依次滴加2481216lmol/lH2SO4并混匀,1号试管留作比较。可观察到16号试管内溶液由黄色向橘红色过渡。由过渡色可“觉察”到溶液中兼有CrO2-4Cr2O2-7两种型体。同时,也很容易想象,在黄色(或橘红色)液中必含有少量Cr2O2-7(CrO2-4)型体的存在。此外,有一个简单实验可确证K2Cr2O7液中含有少量CrO2-4型体。

实验3  Ba(NO3)2Pb(NO3)2液分别加入K2CrO4液得黄色BaCrO4PbCrO4沉淀。若往K2Cr2O7液中滴加Ba(NO3)2Pb(NO3)2液也能得到两种黄色沉淀BaCrO4(Kap10-10)PbCrO4(Kap10-13)。这后两个实验就是K2Cr2O7液中含有CrO2-4的明证。生成黄色沉淀后,平衡发生移动,再加Ba2+Pb2+又生成黄色沉淀,平衡再移动……证实这个平衡移动的另一个实验事实是:产生沉淀的同时,溶液的pH相应减小(可用pH试纸测试)。显而易见,由于在Cr2O2-7液中CrO2-4含量不会很多,浓度不大,因此只能满足较难溶的铬酸盐沉淀要求,而不能满足溶解度不很小的铬酸盐沉淀(SrCrO4Ksp10-5)的要求。

实验4  若把浓HNO3滴加到K2CrO4液中时,溶液由黄色变成橘红色(Cr2O2-7),接着向更深的橘红色方向转化。这后一种颜色的改变,表明必发生了一个新的反应,即生成Cr3O2-10Cr4O2-13(叫三铬酸根、四铬酸根)……之故

Cr2O2-7CrO2-42H+Cr3O2-10H2O

显然,此时溶液中CrO2-4的含量就更低了,即使加Ba(NO3)Pb(NO3)2也得不到沉淀了。也可以把后一个实验理解为:BaCrO4PbCrO4黄色沉淀均能溶解于较浓(3mol/l)HNO3

以上是以有颜色型体为例来说明平衡移动。化学平衡及其移动是一个普遍规律,其型体是否有特征颜色并不重要。为此,再举几个实例。

实验5  BaCl2溶液滴入H2C2O4溶液(0.1mol/l)中可得白色BaC2O4沉淀;把CuSO4溶液加到饱和H2S溶液(0.1mol/l)即得黑色CuS沉淀。这两个实验现象似乎均表明原先溶液中就有C2O2-4S2-,否则怎能生成沉淀,尤其是后者的实验现象是立即生成沉淀呢?

由计算可知:0.1mol/lH2C2O4液和H2S液中的C2O2-4S2-浓度分别为:(略小于)10-5和~10-13mol/l。因此,H2C2O4液遇Ba(NO3)2液即可生成白色BaC2O4(Ksp10-7),即理论估算和实验事实相符。在讨论生成CuS沉淀时就出现了新问题。在滴加CuSO4前,H2S液中S2-浓度仅为10-13mol/l,就算是加入CuSO4时立即产生沉淀反应,也只有极微量CuS(Ksp10-36)生成。然而实验现象是:当把CuSO4滴入饱和H2S液时立即有明显量CuS生成。原溶液中S2-量是如此之少,而生成CuS沉淀的速度如此之快且沉淀量明显。这个貌似矛盾的问题可能从两个方面来讨论。

H2SHS-的电离速度极快(已有实验证实),因此当原有极少量S2-被沉淀后,H2SHS-又极快地电离生成S2-补充、消耗、再补充……均在瞬间完成。

●生成沉淀的反应过程可能是

Cu2+H2SCuS2H+

Cu2+2HS-CuSH2S

也可能两者兼而有之。

生成CuSBaC2O4沉淀的过程,溶液pH相应减小,因此溶液中S2-C2O2-4浓度逐渐降低。若沉淀的溶解度足够小,则pH的减小不足以抑制沉淀反应继续进行(CuS),否则沉淀反应将是不完全的(BaC2O4),或者说后者“易”溶于酸,而前者“不溶”。

文章录入:Leo    责任编辑:Leo 
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