温度对盐溶液酸碱度的影响探析

　　摘要：文章利用pH传感器探究了温度对三种盐溶液pH的影响，得出了盐溶液pH和pOH随温度的变化规律。分析利用pH表征溶液酸碱性的局限性，厘清学习过程产生的迷思概念。

　　关键词：pH传感器;pH和pOH与温度的关系;盐溶液的酸碱性;迷思概念

　　一、问题的提出

　　盐的水溶液并非都显中性，而且酸性或碱性的强弱也不相同，这是因为有些盐溶入水溶液之后，它们电离出来的阴阳离子会破坏纯水中[H+]与[OH-]的等量关系，发生水解反应，从而使得其溶液显示一定的酸碱性。实验表明，强酸强碱盐溶液呈中性，强酸弱碱盐溶液呈酸性，强碱弱酸盐溶液呈碱性。

　　盐类水解的逆反应是中和反应，故而得出盐类水解是一个吸热反应。根据平衡移动原理，即温度越高，水解程度越大。例如用纯碱溶液清洗油污时，由于升温可以促进碳酸钠的水解，使其溶液中[OH-]增大，加热可以增强其去油污力。那么随着温度升高，溶液中的pH如何变化。经查阅资料，笔者通过实验探究得到了碳酸钠溶液随着温度升高，其溶液的pH逐渐减小，即溶液中的[H+]增大的结论。其他的盐溶液也有这样的现象吗?盐溶液随着温度升高，溶液中[H+]与[OH-]都增大，那么溶液的酸碱度如何变化呢?

　　二、实验探究

　　1.实验仪器和药品。

　　实验仪器：智能手机、pH温度检测APP、pH传感器、温度传感器、可加热磁力搅拌器、250mL烧杯、50mL烧杯。实验药品：0.1mol/L碳酸钠溶液、0.1mol/L氯化钠溶液、0.1mol/L氯化铵溶液。

　　2.实验装置。

　　将装有盐溶液的烧杯置于磁力加热搅拌器上，并放入小磁子，把温度和pH传感器插入溶液中。再将pH传感器与智能手机相连，点击启动pH温度检测APP，此时测定的温度和pH的变化实时在智能手机屏幕上以曲线的形式显示出来。

　　3.实验过程。

　　(1)配制0.1mol/L的Na2CO3、NaCl、NH4Cl溶液各150mL，然后放入冰箱，使其溶液的温度降低，以便能采集更大温度范围的数据。(2)用量筒量取25mL0.1mol/L碳酸钠溶液倒入100mL烧杯中，并放入磁力搅拌子，将烧杯置于可加热磁力搅拌器上，开启电源、加热按钮，并调节转速。

　　(3)用滤纸将pH传感器(蒸馏水洗净)和温度传感器擦干净后插入烧杯中，打开手机软件。(4)开启可加热磁力搅拌器，匀速搅拌。启动后，采集溶液pH和温度数据。(5)重复以上操作，分别采集0.1mol/LNaCl溶液和0.1mol/LNH4Cl溶液在不同温度下的pH值.

　　4.实验结果与讨论。

　　将测量数据导入Excel表格中，得到pH-T曲线。由于pH探头测量溶液的温度范围是0℃-80℃，所以只能得到这个温度范围的测量数据。查阅不同温度下溶液的Kw值，根据pOH=pKwpH，得到三种盐溶液在不同温度下的pOH值，通过Excel自动生成图线功能，可以得到同等温度下三种盐溶液的pOH随温度的变化曲线。

　　对于强碱弱酸盐Na2CO3溶液的pH和pOH都随温度的增大而减小，即溶液中[H+]和[OH-]浓度是随温度的升高逐渐增大。这是因为当溶液温度升高时，温度对溶液中存在的两个主要的平衡体系均有影响。一个是碳酸根离子的水解平衡：CO32-+H2O⇋HCO3-+OH-，温度升高会促进水解，使得溶液中的OH-浓度增大，pOH减小;一个是H2O的电离平衡：H2O⇋OH-+H+，温度升高，促进电离，使得溶液中H+浓度增大，所以溶液的pH减小。但是不论温度怎么变，溶液中一直有pOH[H+]，所以溶液一直呈碱性，而且因为[OH-]随温度升高而增大，所以溶液的碱性增强。

　　对于强酸强碱盐NaCl溶液的pH和pOH值也随温度的升高而同等程度减小。即溶液中[H+]和[OH-]浓度随温度的升高同步地逐渐增大。这是因为NaCl溶液中只存在水的电离平衡：H2O⇋OH-+H+，温度升高，促进电离，但是[OH-]和[H+]是同等程度增大的，所以溶液不论温度如何变化，始终有[OH-]=[H+]。因此，溶液的pH值虽然随着温度升高而减小，但是溶液一直呈中性。

　　强酸弱碱盐NH4Cl溶液的pH和pOH值也是随着溶液温度的升高而降低，即溶液中[H+]和[OH-]随温度的升高而增大。这是因为温度对NH4Cl溶液存在两个平衡体系均有影响。铵根离子的水解平衡：NH4++H2O⇋NH3∙H2O+H+，温度升高，促进水解，使得溶液中的[H+]增大，pH减小。水的电离平衡：H2O⇋OH-+H+，温度升高，促进电离，[OH-]增大，pOH减小。但是不论溶液温度如何变化，始终有pH[OH-]，所以溶液一直呈酸性，而且温度升高，酸性增强。

　　三、实验结论

　　为了方便表示溶液的酸碱度，在中学化学课程中引入了用pH表示酸碱度的方法，但是用pH表示溶液酸碱度有诸多条件限制，一般只能表示在常压和室温(25℃左右)下溶液的酸碱度。学生由于受思维定式的影响，很容易对溶液pH的大小和溶液的酸碱性的强弱关系发生混乱，会错误地认为pH增大，就是碱性增强，pH减小，溶液的酸性增强，而忽略了温度、压力和浓度对pH的影响，从而产生迷思概念。比如学习了盐类水解的知识后，温度升高，根据平衡移动理论，Na2CO3溶液的碱性增强，那么学生会很容易错误地认为溶液的pH随温度的升高而增大，如果通过实验发现pH减小的现象，会感到惊讶。

　　本文选取了中学常见的三种盐溶液：强碱弱酸盐Na2CO3溶液、强酸强碱盐NaCl溶液、强酸弱碱盐NH4Cl溶液的pH分别随温度的变化，可以看出，不管是何种盐溶液，它们的pH都随温度的升高而不同程度的降低，但是切不可认为溶液的碱性减弱或者酸性增强。此外，笔者对0.1mol/LNaHCO3溶液进行实验，发现当溶液的温度逐渐上升时，溶液的pH值有微弱的上升趋势。这可能是因为在NaHCO3溶液中的HCO3-同时存在电离和水解的过程，温度的变化对水解和电离的影响程度不同造成的。当溶液温度改变时，pH值不便于表示溶液的酸碱度。判断溶液酸碱性的变化，首先比较[H+]和[OH-]的相对大小，再判断溶液中[H+]和[OH-]的变化趋势。

　　当溶液中始终有[H+]=[OH-]时，无论溶液中的[H+]和[OH-]是增大还是减小，溶液一直是中性;当[H+]>[OH-]时，[H+]增大，溶液酸性增强，反之减小;当[H+]<[OH-]时，溶液中[OH-]增大，碱性增大，反之减小。综上所述，一般升高溶液的温度，正盐溶液的pH值都会不同程度地减小，但是强酸强碱盐溶液一直呈中性;强碱弱酸盐溶液碱性增强;强酸弱碱盐溶液酸性增强。

　　四、对教学的启示

　　中学化学中盐类的水解是落实新课程标准关于“变化与平衡”核心素养的重要载体，同时可以帮助学生强化水溶液中微粒观的建构，使其认识到微粒的运动和微粒之间的相互作用是有驱动性和竞争性的，并且外界条件的改变对它们的影响程度可能会有所不同。在教学中教师要重视学科概念的建立过程，引导学生探究概念的内涵和外延，摒弃为了单纯提高学生解题能力而直接抛给学生现成结论的做法。只有这样，当在以后的学习中发现某些问题时，学生才会有探究的思路和兴趣。

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