化学家园

钙离子能否与碳酸氢根离子反应的实验探讨

                                      

碳酸是一种二元弱酸,它有2种重要的盐——正盐和酸式盐。碳酸盐的性质是中学化学的一个重要知识点,其中关于Ca²⁺与HCO^2-₃能大量共存的知识点,在许多习题集中经常出现,甚至某地区的模拟试题中亦应用了此知识点来区分CO^2-₃和HCO^-3。为了搞清这个问题,笔者通过多次实验进行了探讨。

20℃时的溶解度:CaCl274.6g,NaHCO₃9.6g。准确配制了物质的量浓度为1mol/L的CaCl₂溶液和1mol/LNaHCO₃溶液,用稀释法又分别配制了物质的量浓度(单位:mol/L)为0.5、0.25、0.125、0.0625、0.04、0.031的CaCl₂和NaHCO₃溶液。

实验现象记录如下:

1mol/LCaCl₂与1mol/LNaHCO₃等体积混合,现象:立即产生白色浑浊,有大量气泡产生。

0.5mol/LCaCl₂与0.5mol/LNaHCO₃等体积混合,现象:立即产生白色浑浊,有大量气泡产生。

0.25mol/LCaCl₂与0.25mol/LNaHCO₃等体积混合,现象:5秒开始产生白色浑浊,有气泡产生。

0.125mol/LCaCl₂与0.125mol/LNaHCO₃等体积混合,现象:1分15秒开始产生白色浑浊,有少量气泡产生。

0.0625mol/LCaCl₂与0.0625mol/LNaHCO₃等体积混合,现象:3分35秒开始产生浑浊,有极少量气泡产生。

0.04mol/LCaCl₂与0.04mol/LNaHCO₃等体积混合,现象:8分钟出现浑浊,无气泡产生。

0.031mol/LCaCl₂与0.031mol/LNaHCO₃等体积混合,现象:半小时后出现浑浊。

0.015mol/LCaCl₂与0.015mol/LNaHCO₃等体积混合,现象:5小时后出现微弱浑浊。

0.01mol/LCaCl₂与0.015mol/LNaHCO₃等体积混合,现象:看不到浑浊。

若两溶液不等体积混合,产生的现象基本上与等体积混合时相似,只是产生沉淀量不同,浑浊程度不同而已,浓度很稀时无浑浊现象。

20℃时,Ca(OH)₂溶解度为2.166g,饱和Ca(OH)₂的浓度为0.2mol/L。

为了进一步验证上述实验结论,笔者又配制了饱和Ca(OH)₂溶液,并向其中通入CO₂气体(制得的CO₂气体是通过饱和NaHCO₃溶液洗涤的)。

实验现象如下:

向饱和的Ca(OH)₂溶液中通入CO₂气体,立即产生白色沉淀,气体过量时浊度减小,但不论CO₂气体通多长时间,沉淀都不会全部消失。

将饱和石灰水按一定比例稀释,通入CO₂气体,实验现象如下:

V(饱和石灰水)∶V(水)=5∶1,立即产生白色沉淀,CO₂过量时,沉淀未全部溶解。

V(饱和石灰水)∶V(水)=4∶1,立即产生白色沉淀,CO₂过量时,沉淀未全部溶解。

V(饱和石灰水)∶V(水)=3∶1,立即产生白色沉淀,CO₂过量时,沉淀未全部溶解。

V(饱和石灰水)∶V(水)=2∶1,立即产生白色沉淀,CO₂过量时,沉淀全部消失。

V(饱和石灰水)∶V(水)=1∶1,立即产生白色沉淀,CO₂过量时,沉淀全部消失,而且消失速度快。

V(饱和石灰水)∶V(水)=1∶2,产生白色沉淀没有前一步迅速,CO₂过量时,沉淀全部消失,而且消失速度快。

V(饱和石灰水)∶V(水)=1∶3,产生白色沉淀慢,但消失很快。

V(饱和石灰水)∶V(水)=1∶4,产生白色沉淀现象不明显。由此可知Ca²⁺与HCO^-₃在溶液中不可能大量共存。其原理如下:

(1)NaHCO₃完全电离,NaHCO₃=Na⁺+HCO^-₃;

(2)HCO^-₃发生部分电离HCO^-₃=H⁺+CO^2-₃。

当电离出的CO^2-₃被Ca²⁺沉淀后,使电离平衡向正方向移动,促进了HCO^-₃的电离,使电离出的H⁺浓度增大,浓度增大了的H⁺又与另一部分HCO^-₃结合生成H₂CO₃,H₂CO₃又会分解,放出CO₂,其化学反应方程式可表示如下:CaCl₂+2NaHCO₃=2NaCl+CaCO₃↓+H₂O+CO₂,测量反应后的溶液,已略显酸性,这是上式的有力佐证。

【作者: 长空星雨】【访问统计:】【2007年12月22日 星期六 21:58】【注册】【打印】