檢驗鹽中是否含有硫酸根離子實驗報告

摘要檢驗SO42-離子通常使用酸試劑和鋇試劑，依據有無BaSO4白色沈澱產生作出判斷。向待測液加入不同的酸試劑和鋇試劑，對檢驗SO42-離子的效果會產生不同的影響；用稀鹽酸和氯化鋇溶液的常規檢驗方法對待測混合液的檢驗尚存在漏洞。檢驗SO42-離子的既簡便可行、又科學嚴謹的做法，應根據待檢液的酸堿性及其可能含有的不同幹擾離子，選用適當的酸試劑和鋇試劑，按照合理的操作順序進行之。關鍵詞SO42-離子；待檢液；酸試劑；鋇試劑；白色沈澱；幹擾；檢驗方法硫酸根離子的檢驗是藉化學實驗培養學生思辨能力的重要素材。根據硫酸鋇難溶於水且難溶於酸的特性，實驗室檢驗某溶液是否存在硫酸根離子，通常使用酸試劑和鋇試劑依次與待檢液混合，觀察後來溶液是否有白色沈澱產生的現象，從而判斷待檢液是否存在硫酸根離子。論文百事通新課改人教版高壹化學教科書中指出：“在溶液中離解能產生SO42-的化合物與BaCl2溶液反應，生成不溶於稀鹽酸的白色BaSO4（硫酸鋇）沈澱。利用這壹反應可以檢驗硫酸和可溶性硫酸鹽”[1] ；原統編高壹化學教科書中具體闡述 “硫酸根離子的檢驗”方法是：“先用鹽酸把溶液酸化，以排除CO32-等可能造成的幹擾。再加入BaCl2溶液，如果有白色沈澱出現，則說明原溶液中有SO42-存在”[2] 。不難理解，利用化學方法檢驗硫酸根離子的第壹步：將待檢液加入鹽酸酸化，可以排除可能含有的CO32-、SO32-、PO43-或HPO42-、C2O42-、SiO32-、Ag+等離子的幹擾。因為CO32-+2H+=CO2↑+H2O、SO32-+2H+=SO2↑+ H2O、PO43-+ 3H+=H3PO4、HPO42-+2H+= H3PO4(H3PO4和BaCl2在溶液中不反應)、C2O42-+2H+=H2C2O4(H2C2O4和BaCl2在溶液中不反應)、SiO32-+2H+= H2SiO3↓、Ag++Cl-=AgCl↓。第二步：向第壹步所得溶液中滴加BaCl2溶液，若有(或無)白色沈澱產生，即有(或無)BaSO4生成，則可判斷待檢液是否含有SO42-離子。註意，這裏的第壹步若產生沈澱，應靜置後取上層清液再做第二步。這便是檢驗SO42-離子在溶液中是否存在的常規方法。由檢驗硫酸根離子的化學原理可以看出，其所用的試劑分為酸試劑和鋇試劑兩類。酸試劑除稀鹽酸外是否可為稀硝酸等非硫酸的酸溶液？鋇試劑除BaCl2外可否為Ba(NO3)2或Ba(OH)2等可溶性鋇的化合物溶液？對這樣的問題不能簡單地作出結論。不過，對前壹問題可以肯定回答的是不便用醋酸等非強酸溶液，否則不能排除C2O42-及SO32-等離子幹擾。因為H2C2O4的Ka1=5.9×10-2、 Ka2=6.4×10-5；H2SO3的Ka1=1.3×10-2、Ka2=6.3×10-8；CH3COOH的Ka=1.8×10-5, [3]即HC2O4 ?C的電離程度比CH3COOH 的大；Ba(HSO3)2由於離子極化的原因通常不能存在。對後壹問題可以肯定回答的是不便用(CH3COO)2Ba、BaI2等可溶性鋇鹽溶液，因為(CH3COO)2Ba、BaI2等不是實驗室常備試劑。還可以肯定回答的是，兩類試劑的配伍使用中，以常規方法的稀鹽酸和BaCl2溶液的組合較好。因為這樣可以最大限度地排除較多幹擾離子，且試劑均為實驗室易得的。至於能否使用稀HNO3和Ba(NO3)2或Ba(OH)2的溶液等有關問題，則應根據待檢液可能存在的幹擾離子的不同情況作具體分析，方可做出結論。1.如果第壹步不用稀鹽酸而用稀硝酸，則不能排除可能含有SO32-、HSO3-和Ag+等離子的幹擾。因為SO32-或HSO3-的離子可被氧化成SO42-離子，且第二步用BaCl2溶液若產生白色沈澱也可能是AgCl。可見這樣的試劑配伍只能在確知待檢液不含SO32-或HSO3-和Ag+等離子的前提下才能使用。而在此前提下，第二步用將BaCl2溶液改為Ba(NO3)2溶液更為妥當，以免可能的Ag+離子幹擾。2.如果第壹步用稀鹽酸酸化，第二步不用BaCl2溶液而用Ba(OH)2溶液，則不能排除PO43-或HPO42-、C2O42-和Mg2+等離子的幹擾。因為第壹步處理後的溶液中，可能含H3PO4、H2C2O4等，它們在第二步與Ba(OH)2溶液反應可轉化為BaHPO4或Ba3(PO4)2及BaC2O4等白色沈澱，且可能含有的Mg2+離子在第二步可轉化為Mg(OH)2白色沈澱，這些情況都不便對BaSO4的生成與否作出判斷。3.如果將常規方法的兩種試劑顛倒使用，即先滴加BaCl2溶液而後加足量稀鹽酸，則當第壹步操作無白色沈澱產生，可判斷待檢液不含SO42-離子，無需進行第二步操作。當第壹步有白色沈澱產生，第二步白色沈澱完全溶解，也可斷定待檢液不含SO42-離子。若第壹步產生的白色沈澱在第二步不溶解或不完全溶解，則無法斷斷待檢液是否存在SO42-離子。因為所得沈澱不壹定是BaSO4，也可能是AgCl或Hg2Cl2。可見這種做法只有在確知待檢液不含Ag+和Hg22+的離子的前提下才能使用，而在此前提下只需第壹步操作即可。4.如果將兩步做法顛倒，且為避免Ag+等離子幹擾，用Ba(NO3)2溶液和稀HNO3作試劑，則當第壹步滴加Ba(NO3)2溶液時無白色沈澱產生，可直接判斷待檢液不含SO42-離子，無需進行第二步操作。當第壹步有白色沈澱產生，則不能排除SO32-等離子的幹擾。因為BaSO3可被氧化成BaSO4，盡管過程中可能有小氣泡（SO2）產生，但難以觀察，不便準確判斷。可見這種做法只有在確知待檢液中不含SO32-等離子的前提下才能使用，而在此前提下也只需第壹步操作即可。5.如果將兩步做法顛倒，第壹步用Ba(OH)2溶液作試劑，第二步用稀鹽酸作試劑，則當第壹步無白色沈澱產生時，可直接判斷待檢液不含SO42-離子，無需第二步操作。但當第壹步有白色沈澱產生，且在第二步不能完全溶解，則仍不便排除可能存在Ag+離子的幹擾，因為所得沈澱可以是白色AgOH及其轉化成的棕色Ag2O，Ag2O的棕色對BaSO4的白色有遮蔽作用，且溶於鹽酸即轉化為AgCl白色沈澱。可見這種做法只有在確知待檢液不含Ag+（或Hg22+）離子的前提下才可使用。若為避免Ag+等離子幹擾，而將第二步所用的稀鹽酸換成稀HNO3，則又不能排除待檢液可能含有的SO32-或HSO3-等離子的幹擾。可見先用Ba(OH)2溶液，後加足量稀HNO3的做法，只有在確知待檢液不含Ag+和SO32-及HSO3-等離子的前提下才能使用。論文百事通 6.如果先將兩種試劑混合，再與待檢液作試驗，即用稀鹽酸酸化的BaCI2溶液直接加入待檢液，則不能排除可能含有的Ag+或SO32-、S2-與NO3-等離子***存時的幹擾。此時若無白色沈澱產生，倒也可以判斷SO42-離子不存在，但若有白色沈澱產生，則可能是AgCl，也可能是S2-被酸化形成的稀硝酸氧化而析出的S單質（新生態S在溶液中通常呈乳白色，淡黃色與白色難以分辨），且即使是BaSO4，也可能是SO32-離子被氧化成SO42-而造成的。所以這種做法只有在確知待檢液不含NO3- 和Ag+等離子的前提下才可以使用。比較以上各種方法可以看出，原統編高壹化學教科書（人教社2003年6月第1版）所闡述的常規方法不失為壹般情況下檢驗溶液中是否含有SO42-離子的最佳方法。它適用於壹切未知的純凈溶液或硫酸與硫酸鹽的混合溶液中SO42-離子的檢驗。但是當待檢液為混合液且呈堿性，若其中含NO3-和SO32-等離子而不含SO42-離子時，按此常規方法則將導致誤判。因為第壹步用稀鹽酸酸化的過程中，SO32-離子可被氧化為SO42-離子，導致第二步產生BaSO4白色沈澱。可見這種常規方法對未知混合溶液的SO42-離子檢驗也存在漏洞。考慮到這種特殊情況，筆者認為，檢驗未知液（可能為純凈溶液，也可能為混合溶液）是否存在SO42-離子的嚴謹做法可以是：第壹步檢測待檢液的酸堿性；當其為酸性（不會含SO32-，且HSO3-與NO3-不能***存）時，第二步加入稀鹽酸進壹步酸化，以排除可能的Ag+、Hg2+等離子幹擾；第三步向第二步所得溶液中滴加BaCl2溶液，並觀察有無白色沈澱產生，從而作出SO42-離子存在與否的判斷。當第壹步測得待檢液為堿性（可能含SO32-、SiO32-和NO3-的離子，但不會含Ag+等離子）時，第二步滴加適量的稀鹽酸，使溶液由堿性變為接近中性（通過再測試溶液的PH來指示），以排除可能含有SiO32-等離子的幹擾（2H++SiO32-= H2SiO3↓）；第三步滴加Ba（OH）2或BaCl2的溶液，若不產生白色沈澱，可判斷待檢液不含SO42-離子；若產生白色沈澱，第四步將所得沈澱加入足量稀鹽酸，若沈澱完全溶解，可判斷待檢液不含SO42-離子；若沈澱不溶解或不能完全溶解，可判斷待檢液含有SO42-離子。當第壹步測得待檢液為中性（特殊情況下可能同時含SO32-、HSO3-和NO3-等離子，但不會同時且含Ag+或SiO32-、S2-等離子，因為Ag+與SO32-、HSO3-的離子不***存，SiO32-、S2-的離子都只能存在於堿性溶液）時，第二步應滴加BaCl2溶液或Ba（OH）2溶液，若不產生白色沈澱，可判斷待檢液不含SO42-離子；若產生白色沈澱，第三步將所得沈澱加入足量稀鹽酸，當沈澱完全溶解，可判斷待檢液不含SO42-離子；當沈澱不溶解或不能完全溶解，可判斷待檢液含有SO42-離子。實驗證明，此做法是科學、可行的。綜上所述，檢驗未知液是否存在SO42-離子的化學原理雖不復雜，但其實驗方法相當講究。由於待測液的成分往往含不確定離子，檢驗的影響因素眾多，所以必須分析待檢液的具體情況，考慮排除各種幹擾離子，選擇最佳試劑和合理步驟，才能做到既簡便易行，又科學嚴謹。