谈述开去由Ca2+和HCO3—反应说开去
更新时间：2024-03-23
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摘 要 结合教学过程中的疑难问题，通过理论推演和实验验证，提出相应的解决方案。
关键词 化学；离子反应；水解；电离；自由能；平衡常数；正交实验
1671-489X（2013）10-0005-03
1 问题的提出
1）2009年北京市高考题第26题：“Ⅲ.将FeSO4溶液与稍过量的NH4HCO3溶液混合，得到含FeCO3的浊液。”由此联想到HCO3-其他金属阳离子（如Ca2+、Mg2+、Ba2+、Fe3+、Al3+）的反应，是否得到相应的碳酸盐沉淀？
2）2012年6月，在辅导高三化学竞赛课程中，遇到习题：“5.等体积混合0.10 mol/L CaCl2和0.1 mol/L NaHCO3，有无CaCO3生成？”
3）2012年11月27日，在朝阳区双研会上，和平街一中郭玉林老师和北京二中杨晓琳老师均提出鉴别Na2CO3和NaHCO3不可采用CaCl2，两者均有沉淀产生。
4）2012年11月27日晚，通过百度搜索，在“陕西省高中教师继续教育远程培训第三期”网页上发现一篇文章《不能用CaCl2鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液》（作者何礼奎，发表于2010年9月），文中有离子浓度和Ksp的相关计算及验证实验。
5）2012年12月3日，在集体备课中关于“用氯化钙鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液”再次引起争论，争论的焦点集中于3个问题：一是能不能用氯化钙鉴别碳酸钠和碳酸氢钠，如果不能又如何鉴别碳酸钠和碳酸氢钠；二是如何将原理呈现给学生并与学生初中所学知识进行合理衔接；三是能不能拓展到其他金属离子与碳酸氢根离子的反应。
6）2013年1月，北京市海淀区高三化学期未第16题“向澄清液中加入氯化钙溶液浑浊”得出结论为“澄清液中含有CO32-”，引起争议。
2 查阅相关化学数据，求算反应自由能及化学平衡常数，进行理论推演
1）查阅人教版教材高中化学必修1附录Ⅱ知：Fe3+、Al3+、Ca2+与CO32-发生双水解，生成氢氧化物沉淀，Fe2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+、Mn2+、Ag+与CO32-生成碳酸盐沉淀，金属离子与HCO3-在溶液中的情况并未列出。
2）①Fe2+（aq）+2HCO3-（aq）FeCO3（s）+H2O（l）+CO2（g）
根据表1，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）+（-237 kJ·mol-1）
+（-667 kJ·mol-1）]-（-587 kJ·mol-1）×2+（-79 kJ·mol-1）]
=-45 kJ·mol-1500，说明反应能进行得相当彻底。
②Fe2+（aq）+2HCO3-（aq）Fe（OH）2（s）+2CO2（g）
根据表2，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）×2+（-487 kJ·mol-1）]
-（-587 kJ·mol-1）×2+（-79 kJ·mol-1）]=-22 kJ·mol-1<0，根据ΔrG0 m=-RTlnK。求得K=7.2×103（25℃）<<7.8×107，说明Fe2+与HCO3-的反应以生成碳酸亚铁为主。
③Ca2+（aq）++2HCO3-（aq）CaCO3（s）+H2O（l）+CO2（g）
根据表3，ΔrG源于：论文范文网www.618jyw.com
0 m=[（-394 kJ·mol-1）+（-237 kJ·mol-1）
+（-1129 kJ·mol-1）]-（-587 kJ·mol-1）×2+（-553 kJ·mol-1）]=
-32 kJ·mol-1500，说明反应能进行得相当彻底，但不如Fe2+与HCO3-反应趋势大。
3）①Ba2+（aq）+2HCO3-（aq）BaCO3（s）+H2O（l）+CO2（g）
根据表4，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）+（-237 kJ·mol-1）+
（-1138 kJ·mol-1）]-（-587 kJ·mol-1）×2+（-561 kJ·mol-1）]
=-34 kJ·mol-1<0。根据ΔrG0 m=-RTlnK，求得K=9.2×
105（25 ℃）>500，说明反应能进行得相当彻底。
②Fe3+（aq）+3HCO3-（aq）Fe（OH）3（s）+3CO2（g）
根据表5，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）×3+（-697 kJ·mol-1）]
-（-587 kJ·mol-1）×3+（-5 kJ·mol-1）]=-113 kJ·mol-1500，说明反应能进行得相当彻底，是彻底的双水解。
③Al3+（aq）+3HCO3-（aq）Al（OH）3（s）+
3CO2（g）
根据表6，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）×3+（-1138 kJ·mol-1）]-（-587 kJ·mol-1）×3+（-485 kJ·mol-1）]=-74 kJ·mol-1<0，根据ΔrG0 m=-RTlnK。求得K=9.5×1012（25
℃）>500，说明反应能进行得相当彻底，是彻底的双水解。
④Cu2+（aq）+2HCO3-（aq）Cu（OH）2（s）+2CO2（g）
根据表7，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）×2+（-373 kJ·mol-1）]摘自：毕业论文格式要求www.618jyw.com
关键词 化学；离子反应；水解；电离；自由能；平衡常数；正交实验
1671-489X（2013）10-0005-03
1 问题的提出
1）2009年北京市高考题第26题：“Ⅲ.将FeSO4溶液与稍过量的NH4HCO3溶液混合，得到含FeCO3的浊液。”由此联想到HCO3-其他金属阳离子（如Ca2+、Mg2+、Ba2+、Fe3+、Al3+）的反应，是否得到相应的碳酸盐沉淀？
2）2012年6月，在辅导高三化学竞赛课程中，遇到习题：“5.等体积混合0.10 mol/L CaCl2和0.1 mol/L NaHCO3，有无CaCO3生成？”
3）2012年11月27日，在朝阳区双研会上，和平街一中郭玉林老师和北京二中杨晓琳老师均提出鉴别Na2CO3和NaHCO3不可采用CaCl2，两者均有沉淀产生。
4）2012年11月27日晚，通过百度搜索，在“陕西省高中教师继续教育远程培训第三期”网页上发现一篇文章《不能用CaCl2鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液》（作者何礼奎，发表于2010年9月），文中有离子浓度和Ksp的相关计算及验证实验。
5）2012年12月3日，在集体备课中关于“用氯化钙鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液”再次引起争论，争论的焦点集中于3个问题：一是能不能用氯化钙鉴别碳酸钠和碳酸氢钠，如果不能又如何鉴别碳酸钠和碳酸氢钠；二是如何将原理呈现给学生并与学生初中所学知识进行合理衔接；三是能不能拓展到其他金属离子与碳酸氢根离子的反应。
6）2013年1月，北京市海淀区高三化学期未第16题“向澄清液中加入氯化钙溶液浑浊”得出结论为“澄清液中含有CO32-”，引起争议。
2 查阅相关化学数据，求算反应自由能及化学平衡常数，进行理论推演
1）查阅人教版教材高中化学必修1附录Ⅱ知：Fe3+、Al3+、Ca2+与CO32-发生双水解，生成氢氧化物沉淀，Fe2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+、Mn2+、Ag+与CO32-生成碳酸盐沉淀，金属离子与HCO3-在溶液中的情况并未列出。
2）①Fe2+（aq）+2HCO3-（aq）FeCO3（s）+H2O（l）+CO2（g）
根据表1，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）+（-237 kJ·mol-1）
+（-667 kJ·mol-1）]-（-587 kJ·mol-1）×2+（-79 kJ·mol-1）]
=-45 kJ·mol-1500，说明反应能进行得相当彻底。
②Fe2+（aq）+2HCO3-（aq）Fe（OH）2（s）+2CO2（g）
根据表2，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）×2+（-487 kJ·mol-1）]
-（-587 kJ·mol-1）×2+（-79 kJ·mol-1）]=-22 kJ·mol-1<0，根据ΔrG0 m=-RTlnK。求得K=7.2×103（25℃）<<7.8×107，说明Fe2+与HCO3-的反应以生成碳酸亚铁为主。
③Ca2+（aq）++2HCO3-（aq）CaCO3（s）+H2O（l）+CO2（g）
根据表3，ΔrG源于：论文范文网www.618jyw.com
0 m=[（-394 kJ·mol-1）+（-237 kJ·mol-1）
+（-1129 kJ·mol-1）]-（-587 kJ·mol-1）×2+（-553 kJ·mol-1）]=
-32 kJ·mol-1500，说明反应能进行得相当彻底，但不如Fe2+与HCO3-反应趋势大。
3）①Ba2+（aq）+2HCO3-（aq）BaCO3（s）+H2O（l）+CO2（g）
根据表4，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）+（-237 kJ·mol-1）+
（-1138 kJ·mol-1）]-（-587 kJ·mol-1）×2+（-561 kJ·mol-1）]
=-34 kJ·mol-1<0。根据ΔrG0 m=-RTlnK，求得K=9.2×
105（25 ℃）>500，说明反应能进行得相当彻底。
②Fe3+（aq）+3HCO3-（aq）Fe（OH）3（s）+3CO2（g）
根据表5，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）×3+（-697 kJ·mol-1）]
-（-587 kJ·mol-1）×3+（-5 kJ·mol-1）]=-113 kJ·mol-1500，说明反应能进行得相当彻底，是彻底的双水解。
③Al3+（aq）+3HCO3-（aq）Al（OH）3（s）+
3CO2（g）
根据表6，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）×3+（-1138 kJ·mol-1）]-（-587 kJ·mol-1）×3+（-485 kJ·mol-1）]=-74 kJ·mol-1<0，根据ΔrG0 m=-RTlnK。求得K=9.5×1012（25
℃）>500，说明反应能进行得相当彻底，是彻底的双水解。
④Cu2+（aq）+2HCO3-（aq）Cu（OH）2（s）+2CO2（g）
根据表7，ΔrG0 m=[（-394 kJ·mol-1）×2+（-373 kJ·mol-1）]摘自：毕业论文格式要求www.618jyw.com
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