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        實(shí)驗(yàn)室制二氧化碳反應(yīng)的新發(fā)現(xiàn)

        2012-09-22 09:54:24黃新階熊曉明
        關(guān)鍵詞:稀鹽酸石灰水石灰石

        黃新階 熊曉明

        實(shí)驗(yàn)室里,二氧化碳常用稀鹽酸與大理石(或石灰石,主要成分都是碳酸鈣)反應(yīng)來(lái)制取,反應(yīng)的化學(xué)方程式可以表示如下:

        CaCO3+2HCl=CaCl2+H2CO3

        碳酸不穩(wěn)定,容易分解生成二氧化碳和水

        H2CO3=CO2↑+H2O

        總的化學(xué)方程式是:CaCO3+2HCl=CaCl2+ CO2↑+H2O

        以上內(nèi)容是人民教育出版社9年級(jí)化學(xué)教科書(shū)上冊(cè)的一段原文。

        稀鹽酸與大理石反應(yīng)制取二氧化碳是常識(shí),教科書(shū)介紹的上述內(nèi)容似乎是金科玉律??墒枪P者琢磨:實(shí)驗(yàn)所用稀鹽酸稀到什么程度?濃度范圍是多少?鹽酸濃度極稀時(shí)反應(yīng)現(xiàn)象怎樣?鹽酸和CaCO3混合是否像反應(yīng)CaCO3+H2O+CO2 =Ca(HCO3)2一樣生成Ca(HCO3)2——2CaCO3+2HCl=Ca(HCO3)2+CaCl2,Ca(HCO3)2繼續(xù)與鹽酸反應(yīng)Ca(HCO3)2+2HCl=CaCl2+2CO2↑+2H2O?筆者對(duì)此進(jìn)行了實(shí)證研究。

        一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

        實(shí)驗(yàn)1:在100ml水中加入2滴約0.1ml38%的濃鹽酸,投入幾粒石灰石,不見(jiàn)有任何反應(yīng)跡象。

        實(shí)驗(yàn)2:把5g碳酸鈣粉末與5ml左右上述稀鹽酸混合,未見(jiàn)氣泡,塞上橡皮塞,連上導(dǎo)管,用排酒精法收集氣體(CO2可以溶于水),第二天也未收到任何氣體。

        實(shí)驗(yàn)3:在試管中裝入適量粒狀石灰水,加入1:1的稀鹽酸約5ml,反應(yīng)激烈,約5分鐘反應(yīng)停止(沒(méi)有氣泡產(chǎn)生)。

        實(shí)驗(yàn)4:把上述實(shí)驗(yàn)所得的溶液過(guò)濾,在濾液中倒入飽和澄清石灰水或燒堿溶液,都有白色沉淀產(chǎn)生。

        二、討論

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)1、2、4,可以推斷:石灰石與極稀的鹽酸接觸,雖然沒(méi)有觀察到明顯的現(xiàn)象,但它們之間肯定有反應(yīng)發(fā)生。若鹽酸與石灰石反應(yīng)后的濾液中只有水和CaCl2,濾液與石灰水混合是不可能出現(xiàn)CaCO3沉淀的。據(jù)此可知:

        2CaCO3+2HCl=Ca(HCO3)2+CaCl2

        Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2H2O

        CaCO3的溶度積很小,25℃時(shí)只有4.7×10-9 ,即便是濃度很低的石灰水,它解離的氫氧根離子促進(jìn)HCO3-發(fā)生次級(jí)電離提供CO32-,CO32-與溶液中的Ca2+結(jié)合成CaCO3 。

        三、結(jié)論

        上述四個(gè)實(shí)驗(yàn)證明教科書(shū)上介紹的鹽酸和CaCO3反應(yīng)機(jī)理的正確性是有條件的(酸過(guò)剩且濃度較大)。濃度極低的鹽酸與石灰石反應(yīng)只生成Ca(HCO3)2,沒(méi)有CO2生成。

        實(shí)驗(yàn)3、4告訴我們:當(dāng)CaCO3與較濃的鹽酸混合發(fā)生反應(yīng):CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O,在反應(yīng)后期,即當(dāng)鹽酸變得很稀時(shí)就發(fā)生如下反應(yīng):2CaCO3+2HCl=Ca(HCO3)2+CaCl2,生成Ca(HCO3)2。

        從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知:簡(jiǎn)單地闡述鹽酸與石灰石混合產(chǎn)生氣泡顯然不全面,是理所當(dāng)然所導(dǎo)致的錯(cuò)誤判斷。

        化學(xué)反應(yīng)是復(fù)雜的,它因條件變化而變化,所以切不可想當(dāng)然??茖W(xué)本身是客觀的,揭示它需要足夠的實(shí)證精神和勇氣。

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