甘肅省蘭州市教育科學(xué)研究所(730046)吳正帥

甘肅省蘭州市市第四十六中學(xué)(730010)李春曉

碳酸氫鈣溶解性為何大于碳酸鈣

甘肅省蘭州市教育科學(xué)研究所(730046)
吳正帥

甘肅省蘭州市市第四十六中學(xué)(730010)
李春曉

1 問題的提出

現(xiàn)行化學(xué)教材涉及碳酸氫鈣的內(nèi)容，在化學(xué)教材“實(shí)驗(yàn)二氧化碳的性質(zhì)”中有這樣的敘述，在試管中注入少量的澄清石灰水，通入二氧化碳?xì)怏w，產(chǎn)生什么現(xiàn)象？繼續(xù)通入二氧化碳，又出現(xiàn)什么現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：澄清石灰水首先變渾濁，繼續(xù)通入二氧化碳?xì)怏w，渾濁的石灰水又變得澄清。通過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以得出：碳酸氫鈣的溶解度大于碳酸鈣。查閱資料可知：20 ℃(溶劑為100 g水)時(shí)，碳酸氫鈣和碳酸鈣的溶解度分別為16.60 g和0.006 5 g，為什么碳酸氫鈣的溶解度大于碳酸鈣呢？

2 實(shí)驗(yàn)分析

一般來說，無機(jī)鹽的溶解度是酸式鹽大于正鹽，影響物質(zhì)溶解度的因素有很多，主要因素是物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)。物質(zhì)溶解度的大小與以下因素有關(guān)。

(1)化合物本身的極性和溶劑分子的極性有關(guān)。

(2)與溶質(zhì)晶格能的大小有關(guān)。

(3)與溶質(zhì)的溶劑化作用有關(guān)(或水合作用)有關(guān)。

(4)與是否能生成氫鍵有關(guān)。碳酸氫鈣屬于離子化合物，易溶于水。

筆者認(rèn)為，同溫同壓下，離子晶體的溶解度主要是由晶格能與陰陽離子形成水合離子的能力大小共同決定的。

2.1 晶格能

晶格能是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(298 K)將1 mol離子晶體轉(zhuǎn)化為氣態(tài)離子所吸收的能量，以符號(hào)U表示。晶格能與正負(fù)離子電荷成正比，電荷越高晶格能越大；與正負(fù)離子的距離成反比，離子半徑越大，晶格能越小。

碳酸氫根離子的離子電荷少于碳酸根離子，使得碳酸氫鈣的晶格能小于碳酸鈣，從而碳酸氫鈣的溶解度大于碳酸鈣。

酸式鹽酸根離子半徑的一般小于正鹽酸根離子的半徑，數(shù)據(jù)如下：碳酸氫根離子半徑16.3 pm，碳酸根離子半徑為18.5 pm，鈣離子半徑為10.6 pm。當(dāng)碳酸氫根離子和碳酸根離子與相同的陽離子形成化合物時(shí)，由于碳酸氫根離子的半徑比碳酸根離子小，會(huì)使碳酸氫鈣晶格能大于碳酸鈣，從而碳酸氫鈣的溶解度小于碳酸鈣。但離子半徑大小的影響被電荷抵消，最終共同作用的結(jié)果是碳酸氫鈣晶格能小于碳酸鈣。

2.2 水合熱

水合熱是指金屬陽離子水合作用時(shí)所放出的能量。如果一種鹽溶于水中所產(chǎn)生的水合熱等于晶格能或大于晶格能，則該鹽是水溶性的。從水合熱方面考慮，雖然碳酸氫根離子半徑較小，但是電荷較碳酸根離子少，水合熱的總效應(yīng)降低得更多，碳酸氫根離子和碳酸根離子的水合熱分別為-359.48 KJ/mol和-1325.06 KJ/mol。雖然碳酸氫根離子的水合熱比碳酸根離子小，水合能力比碳酸根離子弱，溶解能力比碳酸鈣小，但是碳酸氫根離子和鈣離子的晶格能比碳酸根離子和鈣離子的晶格能小。

2.3 晶格能與水合熱的比較

再比較兩者水合熱與晶格能的大小，碳酸氫鈣的水合熱大于其晶格能，而碳酸鈣的水合熱小于其晶格能，所以碳酸氫鈣易溶于水，而碳酸鈣難溶于水。

3 結(jié)論

通過晶格能與陰陽離子形成水合離子的能力大小分析，得出碳酸氫鈣的溶解度大于碳酸鈣的溶解度。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2017-07-21