再谈碳酸氢钠溶液.docx

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1、再谈碳酸氢钠溶液再谈碳酸氢钠溶液 绍兴一中分校吴文中 NaHCO3溶液显碱性，这是毫无问题的，其依据也很简单： 水解：HCO3-+H2O = H2CO3+OH- Kh=Kw/K1=1.010-14/4.30l0-7=2.34 X 10-8 的离：HCO3- = H+CO32- K2=5.61X 10-11 显然，Kh K2，理论上说，碱性较强，但实测得PH=8.3左右，且无任NaHCO3溶液浓度大小，PH基本不变。 例如：CH3COONa溶液的Kh= Kw/K1=1.010-14/1.00l0-4.75=5.6 X 10-10, 0.2molL-的CH3COONa的PH=9.02。 说明NaH

2、CO3溶液碱性大小的异常。 理由1：NaHCO3溶液存在电离，电离得到H+，抵消了一部分OH-，碱性减弱。 理由2：NaHCO3溶液本身是一个“缓冲溶液”，观察的水解和的电离，可以发现加酸或者加碱，溶液的PH变化不大。 甚至可以看作，HCO3-的自偶电离：2HCO3-=CO32-+H2CO3，而难以发生“水解”，使得碱性大不。 理由3：精确计算如下： 其他情况：在NaHCO3溶液浓度一定范围内，浓度越小，PH反而越大。可能原因是碳酸氢钠分子间可能形成氢键，如下图： 由于得到H2C2O62-离子，水解碱性反而增强？即水解程度大了，电离程度小了。 固体NaHCO3受热分解，得到Na2CO3、H2O

3、和CO2，无争议。 在比较NaHCO3与Na2CO3性质时，学生们发现在盛有NaHCO3溶液的试管里滴入23滴酚酞试液，溶液显很浅的红色，说明由于NaHCO3水解，溶液显碱性，但碱性较弱。而在盛有Na2CO3溶液的试管里滴入23滴酚酞试液，溶液显玫红色，说明由于Na2CO3水解程度较大，溶液碱性较强。 学生们还发现当加热这两种溶液时，两种溶液红色都加深。 对于Na2CO3溶液来说，加热溶液颜色变深的原因比较容易推测：加热使CO32-离子水解程度增大，溶液碱性增强。 而对于NaHCO3溶液加热颜色变深来说，同学们意见不一。相关解释有两种比较有代表性： 一、原因与Na2CO3溶液相似，加热使HCO

4、3-的水解加剧。 二、由于NaHCO3热稳定性差，受热分解成Na2CO3。Na2CO3水解程度大，溶液颜色变深。 持第一种意见者反驳理由：经在网络上查询，NaHCO3分解温度大约300。加热NaHCO3溶液，温度不可能达到300，NaHCO3不可能分解。 持第二种意见者反驳理由：若加热使水解程度增大，当恢复原温度时，溶液颜色也应恢复。但实验证明：即使恢复原温度，溶液颜色也不会再恢复。 于是学生们在教师指导下，做了如下探究实验： 取分析纯NaHCO3，分别配制1mol/L和0.1mol/L溶液。每种溶液分别用三支试管各取5mL。其中一支试管用作对照，另外两支试管分别用酒精灯和80水浴加热，并塞上

5、带导气管的单孔橡皮塞，将导气管插入小试管中所盛澄清石灰水中。 实验结果如下表： 1mol/L 0.1mol/L 酒精灯 80水浴 酒精灯 80水浴 溶液沸腾，产生溶液颜色加深，溶液沸腾，产生溶液颜色加深，有少大量气泡。溶液有细小气泡放大量气泡。溶液量细小气泡放出，振加热约颜色加深。澄清出，振荡后放出颜色加深。经较荡后气泡略有增多。5分钟 石灰水变浑浊。 大量气泡。澄清长时间澄清石灰澄清石灰水略显浑石灰水变浑浊。 水变浑浊。 浊。 溶液停止沸腾。气泡不再放出。溶液停止沸腾。气泡不再放出。溶液冷却至溶液颜色比对照溶液颜色比对溶液颜色比对照颜色变浅，与对照试原温度 试管深。 照试管深。 试管深。 管

6、中溶液颜色接近。 得出结论： 一、酒精灯加热，局部温度过高，1mol/L和0.1mol/L两种NaHCO3溶液均出现分解。 二、80水浴加热，1mol/L NaHCO3溶液出现分解，0.1mol/L NaHCO3溶液有轻微分解。 三、分解与水解有关。1mol/L NaHCO3溶液受热水解程度加大，CO2溶解度减小，水解生成的H2CO3分解挥发出CO2，导致NaHCO3分解。0.1mol/L NaHCO3溶液由于浓度小，水解生成的H2CO3分解成的CO2不易挥发，分解程度小。 四、水解使较浓NaHCO3溶液不需300以上，接近100就有NaHCO3分解发生。 碳酸氢钠溶液中离子浓度大小的比较问题

7、在老师之间存在着较大的分歧，最常见的观点有两种： 1CC C C C 2C C C C C 持观点为1的认为：在碳酸氢钠溶液中每电离1mol HCO3-，便产生1mol CO32-和1mol H+，在这个基础上再考虑水的电离，而每1mol水的电离便产生1mol H+和1mol OH-因此必有C C；持观点2的认为：由于NaHCO3的水解而使溶液呈碱性，而碱性越强则C的值越小，而C的值则会越大，因此必有C C；仔细分析这两种观点可以看出问题的核心是C和C的排序问题，两种观点的分析都有一定的道理，那么哪种观点更符合实际情况呢？分析如下： 一.分析问题的准备知识： 1.根据气体交换动力学，CO2在气

8、液界面的平衡时间常需数日，因此为方便起见，我们把NaHCO3溶液体系看成是封闭体系并加以研究。 2.由于C(H2CO3)/C(CO2(aq)=10-3，且CO2(aq)+H2O=H2CO3的速率很小，所以我们把CO2(aq)和H2CO3两种物质和并成一种假象物质H2CO3，且根据我们的实验和有关资料，在18-25时有： Ka1=H+HCO3-/ H2CO3=10-6.3 Ka2=H+CO32-/HCO3-=10-10.3 C(H+)= Ka1(Ka2(HCO3-+Kw)/(Ka1+HCO3-)1/2 并测得在18时，质量分数为8%饱和NaHCO3溶液的密度为1.0581g/ml 二.定性及定量

9、分析过程： 1.定性分析过程：从两种排序情况看主要的区别是C(H+)和CO32-的排序问题，不难想象当NaHCO3的浓度很小很小时，水的电离是主要的，此时应有C(H+) C；但如果是NaHCO3的浓度很大，此时溶液碱性较强，此时应有C C(H+)，所以该问题的关键是确定某一浓度，进而根据这一浓度确定C(H+)和C的排序问题。 2.定量分析过程： (1)设C(H+)= C，则由可得PH=7.65,进一步结合可得此时的碳酸氢钠溶液的浓度，计算结果为: C NaHCO3=10-5mol/l (2)设C(H+)C NaHCO310-5mol/l (3)设C(H+) C，按同(1)的方法计算,即可得到此

10、时的碳酸氢钠溶液的浓度应满足: C NaHCO30 三.结论： 通过前面的分析知NaHCO3溶液中离子浓度的排序问题与NaHCO3的浓度大小有关，考-5虑到一般情况下，我们所接触到的题中NaHCO3的浓度多为大于10mol/l ，因此在一般情况下NaHCO3溶液中离子浓度的大小顺序为: C C C C C，更符合实际情况。 由于以上计算就近似的，不一定正确。 关于碳酸氢钠溶液中离子浓度问题补充如下： 很有可能出现，C C C C C的情况。 这是因为2HCO3-=CO32-+H2CO3的存在，其常数K=K2/K1=1.310-4可以认为这才是最主要的，因为 水解：HCO3-+H2O = H2C

11、O3+OH- Kh=Kw/K1=1.010-14/4.30l0-7=2.34 X 10-8 的离：HCO3- = H+CO32- K2=5.61X 10-11 所以水解、电离占次要地位，自偶电离是主要的。 反应 反应方程式 Mg + 2H+=Mg2+ + H 2 H+ +CO32= HCO3- Mg(OH )2= Mg2+2OH- Mg CO3 -= Mg2+CO32 常数 k=1X1063.2 k=5.61X 10-11 k=5.6X 10-12 k=2.24X 10-11 H2O=H+ +OH- KW=1X 10-14 计算方法1 总反应： 2Mg+ 2HCO3-+H2O =Mg(OH)2

12、Mg CO3+2H2+CO32- 因为总反应=2-2- +2 所以总反应的平衡常数K= k KW26.31076 说明：Mg(OH )2 u 镁和水反应的氧化还原反应估算常数为k=1X1064 u 碳酸二级电离常数k= 5.61X 10-11 u Mg(OH )2 沉淀溶解的k=5.6X 10-12 u Mg CO3沉淀溶解的 k=2.24X 10-11 计算方法2 假设平衡后，溶液中的C= C= C=1molL-1 则： E(MgCO3)/Mg2+) =E(Mg/ Mg2+) + (0.05922) lg c(Mg2+) =E(Mg/ Mg2+) + (0.05922)lg Ksp(MgCO

13、3) = -2.363 + (0.05922)lg 2.2410-11 = -2.678 E(Mg(OH)2)/Mg2+) =E(Mg/ Mg2+) + (0.05922)lg c(Mg2+) =E(Mg/ Mg2+) + (0.05922)lg KspMg(OH)2 = -2.363 + (0.05922)lg 5.610-12/2 = -2.696 E(HCO3-/H2) =E(H+/ H2) + (0.05922)lg c2(H+) = E(H+/ H2) + (0.05922)lg KaHCO3- = 0 + (0.05922)lg (5.6110-11)2 = -0.606 E电池=-=2.09 因为(其中n=2 E=2.09V) 所以K=1070.6=3.981070 考虑到不同计算方法的误差，可以认为两种方法的计算不存在显著差异，在误差范围内，可以采用。 计算结果表明，本反应完全可以发生。 结论：该过程的平衡常数非常的大，为1070左右，是否计算错误不得而知。但请注意的是，平衡常数大，并不等于反应速率大。 Mg(OH)2Mg CO3是否是最后的产物有待证明。因此写成nMg(OH)2mMg CO3更恰当。