NaClO溶液、Ca(ClO)2溶液与CO2反应的生成物探究
摘要:根据“强酸制弱酸”的原理,判断酸与盐复分解反应的产物是我们中学常用的一种重要方法。但在具体应用时还要分类讨论,若生成物为可溶于水的盐(如碳酸氢盐),则可以用强酸制弱酸的原理分析;若生成物为难溶物或不溶物,则以生成难溶物或不溶物为主。
关键词:强酸;弱酸;电离平衡;溶解平衡
文章编号:1008-0546(2014)02-0064-02中图分类号:G632.41文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2014.02.025
“强酸制弱酸”是复分解反应的一条重要规律,是因为弱酸根离子结合H+能力强于强酸根离子,弱酸根离子从强酸根离子那里夺去H+就结合成了弱酸。在中学化学这个规律可谓深入人心,但在教学过程中发现有很多同学对此规律缺乏深入理解,经常死记硬背、机械套用,从而出现一些错误。
一、问题起因
2013年11月学校组织了高三期中考试,在试卷分析时发现有一道选择题学生得分率很低,原题如下:25℃时,弱酸的电离平衡常数如表1所示,下列离子反应方程式错误的是()
A.氯水中加入少量NaHCO3粉末:HCO3-+H+=H2O+CO2↑
B.NaAl(OH)4溶液中通入足量CO2:Al(OH)4-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-
C.NaClO溶液中通入少量CO2:2ClO-+CO2+H2O=2HClO+CO32-
D.Na2CO3溶液中通入少量SO2:2CO32-+SO2+H2O=2HCO3-+SO32-
按照题目所给的数据,25℃时H2CO3的一级电离常数Ka1=4.30×10-7,二级电离常数Ka2=5.61×10-11,而HClO的电离常数K=2.95×10-8,说明酸性强弱:H2CO3>HClO>HCO3-,根据“强酸制弱酸”的原理,就很容易理解选项C中的离子反应方程式是错误的,假如生成HClO和CO32-的话,它们会继续反应而生成HCO3-。所以无论往NaClO溶液中通入的二氧化碳是少量还是过量,反应的离子反应方程式总是为:ClO-+CO2+H2O=HClO+HCO3-。这与苯酚钠溶液中通入二氧化碳反应类似,由于苯酚的酸性介于H2CO3和HCO3-之间,所以无论往苯酚钠溶液中通入的二氧化碳是少量还是过量,反应的离子反应方程式总是为:C6H5O-+CO2+H2O=C6H5OH+HCO3-。
二、提出质疑
这时有同学提出,根据上述分析类推,那么无论往Ca(ClO)2溶液中通入的二氧化碳是少量还是过量,反应方程式都应该为:Ca(ClO)2+2CO2+2H2O=Ca(HCO3)2+2HClO。但是在苏教版化学必修1教材中,工业上漂白粉漂白原理,Ca(ClO)2溶液与CO2反应的方程式为:Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+HClO。而且在很多课外辅导书中显示,当Ca(ClO)2溶液中通入少量CO2时反应为:Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO,只有当通入过量CO2时反应才是:Ca(ClO)2+2CO2+2H2O=Ca(HCO3)2+2HClO。难道是书中的反应方程式写错了?还是“强酸制弱酸”的原理在这里就不适用啦?
三、实验验证
所用药品:大理石、1mol·L-1稀盐酸、0.1mol·L-1Ca(ClO)2溶液、0.1mol·L-1NaClO溶液、0.2mol·L-1BaCl2溶液
验证步骤及现象、结论见下页表2。
四、理论分析
对于Ca(ClO)2溶液与CO2反应会生成不同的生成物,我们可以从以下几个角度分析:
按照水解平衡分析:Ca(ClO)2属于强碱弱酸盐,在溶液中存在水解平衡:Ca(ClO)2+H2O=Ca(OH)2+2HClO,向该溶液中通入少量CO2时发生下列反应:CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O,促进Ca(ClO)2向水解的方向移动,所以次氯酸钙溶液中通入少量CO2,生成CaCO3而不是Ca(HCO3)2。只有当通入过量的CO2时,过量的CO2与CaCO3反应才生成Ca(HCO3)2。
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