【高中化學】通過稀硫酸與氫氧化鋇溶液反應實驗探究離子反應的實質

　　在高中階段——高一化學必修一中，我們學習了離子反應章節，初步理解了離子反應的實質。

　　今天，就讓實驗小隊長帶大家一起，使用數位化實驗儀器做一個實驗，探究一下離子反應的實質。

一、設計思路

在之前的實驗中我們已經多次使用過電導率傳感器，我們知道電導率傳感器可以檢測溶液電導率以反映溶液中總的離子濃度的變化。離子反應的實質是溶液中 「某些離子濃度」的減少，而離子濃度的減少有會導致溶液導電率的變化，所以本實驗藉助電導率傳感器測量反應過程中電解質溶液導電率變化情況，從而判斷反應體系中離子濃度的變化，進而研究電解質在水溶液中反應的實質。

二、實驗原理

  　稀硫酸與氫氧化鋇溶液的反應是學生學習離子反應時接觸較多的一個反應，其中發生的離子反應為：

2H++SO42-+Ba2++2OH-=2H2O+BaSO4⬇

　　從離子方程式中我們能清晰地看出混合之前，硫酸溶液中存在離子H+、SO42-氫氧化鋇溶液中存在離子Ba2+、OH-，當二者混合，由於水是弱電解質，硫酸鋇是沉澱，所以H+和OH-會結合生成水，SO42-和Ba2+會結合生成硫酸鋇，自然溶液中的離子濃度就會降低。對應的電導率也會下降。

三、實驗流程

【實驗用品】

實驗試劑：0.002 mol/L 氫氧化鋇溶液、0.03mol/L 稀硫酸溶液、蒸餾水。

實驗儀器：滴數傳感器、電導率傳感器、數據採集器、計算機、Logger pro軟體、燒杯、量筒（100mL、10mL）、磁力攪拌器、磁子、膠頭滴管。

【實驗步驟】

1. 將數據採集器、導電率傳感器、計算機三者相連接，打開「LoggerPro」 軟體。

2. 用100mL量筒量取30mL 0.002mol/L 氫氧化鋇溶液放入洗淨的 50mL 燒杯中，在燒杯中加入磁子。

3. 將燒杯放置到磁力攪拌器上。將裝好標準硫酸溶液的酸式滴定管固定好待用。

4. 在滴數傳感器中加入足量0.03 mol/L稀硫酸，固定在磁力攪拌器上，這是點擊「校準」，對滴數傳感器進行校準。

5. 校準好滴數傳感器後，在點擊「校準」對電導率傳感器進行校準，然後將校準後的電導率傳感器放入盛有氫氧化鋇的燒杯中。

6. 如下圖所示連接試驗裝置。打開磁力攪拌器，待示數穩定後，點擊「開始」，打開滴數傳感器開關，準備採集數據。

7. 待反應結束後停止採集，保存實驗數據。

四、實驗現象

1. 觀察小燒杯可以發現，隨反應的進行，溶液中出現了白色渾濁。

2. 觀察曲線可以發現，溶液電導率隨稀硫酸的加入電導率先降低，降低至零點，後又升高。

3. 曲線轉折點對應的體積約為2mL。圖形記錄如下：

五、問題討論

1. 圖形呈現V 字形，分析每一段圖形的原因。

a. 起點：氫氧化鋇屬於強電解質，在水溶液中能夠完全電離Ba(OH)2=Ba2++2OH-, 所以一開始0.002mol/L的氫氧化鋇溶液的電導率為1606μs/cm。

b. 電導率下降階段：當實驗開始後，我們開始向其中滴入稀硫酸，由於硫酸也是強電解質，所以在水中會完全電離：H2SO4=2H++SO42-，當硫酸電離出的硫酸根和氫氧化鋇電離出的鋇離子相遇時，就會結合生成一種難溶物硫酸鋇；同樣的當硫酸電離出的氫離子遇到氫氧化鋇電離出的氫氧根時，也會立即結合生成水，導致溶液中的離子濃度降低。該過程用離子方程式表示為：Ba2++SO42-+2H++2OH-=BaSO4⬇+2H2O。

c. 拐點：在加入稀硫酸1.925mL時，電導率為7μs/cm，接近於0，此時溶液中幾乎沒有自由移動的離子，因為此時加入的硫酸恰好和氫氧化鋇完全反應，溶液中的鋇離子全部生成硫酸鋇沉澱，氫氧根全部生成水，所以此時溶液電導率趨於0μs/cm。

d. 電導率上升階段：硫酸也是強電解質，所以在水中會完全電離：H2SO4=2H++SO42-，所以在拐點之後，溶液電導率又開始上升。

2. 通過以上實驗你對離子反應的實質如何理解?

    我們知道，離子反應的實質就是溶液中某些離子濃度的減少。經過實驗，我們能夠從電導率的變化明顯地「看到」溶液中離子的減少，從而更深刻透徹的理解離子反應的實質。

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