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作者:admin 时间:2018-09-11 19:53

一、实验证据
曾经进行过如下试验,分别取下列浓度的氯化钙和碳酸氢钠溶液等体积混合,观察是否有沉淀出现,实验结果如下。
 
①0.10mol/L氯化钙+0.10mol/L碳酸氢钠,有沉淀出现;
 
②0.05mol/L氯化钙+0.10mol/L碳酸氢钠,有沉淀出现;
 
③0.01mol/L氯化钙+0.10mol/L碳酸氢钠,无沉淀出现;
 
④0.10mol/L氯化钙+0.05mol/L碳酸氢钠,有沉淀出现;
 
⑤0.05mol/L氯化钙+0.05mol/L碳酸氢钠,有沉淀出现;
 
⑥0.01mol/L氯化钙+0.05mol/L碳酸氢钠,有沉淀出现;
 
⑦0.10mol/L氯化钙+0.01mol/L碳酸氢钠,无沉淀出现;
 
⑧0.05mol/L氯化钙+0.01mol/L碳酸氢钠,无沉淀出现;
 
⑨0.01mol/L氯化钙+0.01mol/L碳酸氢钠,无沉淀出现;
 
根据实验可以得出结论,当氯化钙的浓度与碳酸氢钠的浓度的乘积不大于0.001时,两者混合时无沉淀生成。当 CaCl2的浓度与碳酸氢钠的浓度的乘积不大于0.001时,两者混合时有沉淀生成。
二、反应原理
在20℃度时,氯化钙的溶解度为74.5g;碳酸氢钙的溶解度为16.6g;氯化钠的溶解度为35.9g碳酸氢钠的溶解度为9.6g;从溶解度来看,无法进行复分解反应。那么沉淀究竟是什么物质呢?
 
取3.0mL 1.0mol/L碳酸氢钠中滴加5滴1mo1/L的氯化钙溶液,发现溶液中出现白色沉淀的同时又有持续性气泡产生。再对浑浊液稍稍加热(不能加热至沸腾),溶液有气泡冒出,同时白色沉淀明显增加。向上述浑浊液中逐渐滴入稀盐酸,溶液逐渐变澄清,且产生气体。证明白色沉淀为碳酸钙。
 
用pH计测定1.0mol/L碳酸氢钠溶液,得到该溶液的pH值为8.3。取3.0mL 1.0mol/L碳酸氢钠中滴加10滴1mol/L的氯化钙溶液,反应结束后再用pH计测量剩余混合液的pH值,得到反应后溶液的pH值为5.7。可知溶液从弱碱性转变为弱酸性,证明有二氧化碳生成。
 
结合上述实验,可知氯化钙溶液跟碳酸氢钠溶液反应的原理为CaCl?+2NaHCO?=2NaCl+CaCO?↓+H?O+CO?↑,其离子方程式为Ca²?+2HCO?¯=CaCO?↓+CO?↑+H?O,根据离子方程可以把这个反应理解为碳酸氢钙在浓度较高或者加热时发生分解。
 
三、理论计算
已知在溶液中存在三个相关平衡,碳酸氢根的电离平衡,碳酸氢根的水解平衡,以及碳酸钙的沉淀溶解平衡。查询相关数据可以得到相关反应的平衡常数。反应HCO?¯=H?+CO?²¯的平衡常数为K=10-10.32,CO?²¯+Ca²?=CaCO?的平衡常数K为10-8.54,HCO?¯+H?=H?O+CO?的平衡常数K为106.37,那么对于总反应2HCO?¯+Ca²?=CaCO?+H?O+CO?的平衡常数等于上述三个平衡常数的乘积,因此该反应的平衡常数K为104.59。
 
这个平衡常数说明碳酸氢钙分解,在通常情况下很容易发生。在常温和正常二氧化碳浓度下,碳酸氢钙的浓度超过0.001mol/L时就会发生分解。这个和正常天然水的钙含量约为0.001mol/L比较吻合。碳酸氢钙在0℃以下比较稳定,常温则分解得到碳酸钙固体。
四、一些结论
1、实际实验中,鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液应考虑实际情况。在碳酸氢钠和氯化钙两者的物质的量浓度都很小(小于0.05 mol/L)时,可以选用氯化钙溶液对碳酸钠和碳酸氢钠溶液的进行鉴别;
 
2、饱和澄清石灰水,载通过过量二氧化碳以后,由于受到分解反应的限制,并不能使完全变成澄清(低浓度的饱和石灰水有可能)。
 
3、在回答离子共存题时,可以认为钙离子和碳酸氢根可共存(受中学化学知识所限)。当然,实际上这个共存范围是比较低的。
 
4、在解题时,可以使用氯化钙溶液鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液。但因为中学化学不要求学生掌握氯化钙溶液跟碳酸氢钠溶液反应的现象和原理。
 
5、在实验探究题以及工业流程题中,不能再以“氯化钙溶液跟碳酸氢钠溶液不反应”的错误认识回答相关问题。

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