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【酸碱性】NaHCO3溶液显碱性，这是毫无问题的，其依据也很简单：①水解：HCO3-+H2O = H2CO3+OH-K h=K w/K1=1.0×10-14/4.30×l0-7=2.34 X 10-8②的离：HCO3- = H++CO32-K2=5.61X 10-11显然，K h>> 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K h= K w/K1=1.0×10-14/1.00×l0-4.75=5.6 X 10-10,0.2molL-的CH3COONa的PH=9.02。

说明NaHCO3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①的水解和②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。

【稳定性】固体NaHCO3受热分解，得到Na2CO3、H2O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2~3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2~3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HCO3-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。

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。

【离子浓度大小比较】碳酸氢钠溶液中离子浓度大小的比较问题在老师之间存在着较大的分歧，最常见的观点有两种：1．C（Na+）>C（HCO3-）> C（OH-）> C（H+）> C（CO32-）2．C（Na+）> C（HCO3-）> C（OH-）> C（CO32-）> C（H+）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（H+）> C（CO32-）；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（H+）的值越小，而C（CO32-）的值则会越大，因此必有C（CO32-）> C（H+）；仔细分析这两种观点可以看出问题的核心是C（H+）和C（CO32-）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：①Ka1={[H+][HCO3-]/[ H2CO3]}=10-6.3②Ka2={[H+][CO32-]/[HCO3-]}=10-10.3③C(H+)={ Ka1(Ka2([HCO3-]+Kw))/(Ka1+[HCO3-])}1/2④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（CO32-）；但如果是NaHCO3的浓度很大，此时溶液碱性较强，此时应有C（CO32-）> 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（CO32-）的排序问题。

2.定量分析过程：(1)设C(H+)= C（CO32-），则由②③可得PH=7.65,进一步结合①②③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（CO32-），按同(1)的方法进行计算并结合④的实验结果,即可得到此时的碳酸氢钠溶液的浓度应满足:1.01 mol/l>C NaHCO3>10-5mol/l(3)设[C(H+)> C（CO32-），按同(1)的方法计算,即可得到此时的碳酸氢钠溶液的浓度应满足: C NaHCO3>0三.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，考虑到一般情况下，我们所接触到的题中NaHCO3的浓度多为大于10-5mol/l ，因此在一般情况下NaHCO3溶液中离子浓度的大小顺序为: C（Na+）> C（HCO3-）> C（OH-）> C（CO32-）> C（H+），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（Na+）> C（HCO3-）> C（CO32-）> C（OH-）> C（H+）的情况。

这是因为2HCO3-=CO32-+H2CO3的存在，其常数K=K2/K1=1.3×10-4可以认为这才是最主要的，因为①水解：HCO3-+H2O = H2CO3+OH-K h=K w/K1=1.0×10-14/4.30×l0-7=2.34 X 10-8②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。

（陈进前老师的观点）【镁与碳酸氢钠溶液反应】总反应：2Mg+ 2HCO3-+H2O =Mg(OH)2·Mg CO3+2H2+CO32-因为总反应=①⨯2-②⨯2-③-④ +⑤⨯2所以总反应的平衡常数K= ｛k①÷（k②2⨯k③⨯k④）｝⨯ K W2≈6.3×1076（因为k①是标准的氧化还原反应常数，无需平方）说明：Mg(OH )2◆镁和水反应的氧化还原反应估算常数为k①=1X1064◆碳酸二级电离常数k②= 5.61X 10-11◆Mg(OH )2沉淀溶解的k③=5.6X 10-12◆Mg CO3沉淀溶解的k④=2.24X 10-11计算方法2假设平衡后，溶液中的C（CO32-）= C（HCO3-）= C（OH-）=1molL-1则：Eθ(MgCO3)/Mg2+)=Eθ(Mg/ Mg2+) + (0.0592÷2) lg c(Mg2+)=Eθ(Mg/ Mg2+) + (0.0592÷2)lg Ksp(MgCO3)= -2.363 + (0.0592÷2)lg 2.24⨯10-11= -2.678Eθ(Mg(OH)2)/Mg2+)=Eθ(Mg/ Mg2+) + (0.0592÷2)lg c(Mg2+)=Eθ(Mg/ Mg2+) + (0.0592÷2)lg Ksp｛Mg(OH)2｝= -2.363 + (0.0592÷2)lg 5.6⨯10-12/2= -2.696Eθ(HCO3-/H2) =Eθ(H+/ H2) + (0.0592÷2)lg c2(H+)= Eθ(H+/ H2) + (0.0592÷2)lg K a｛HCO3-｝= 0 + (0.0592÷2)lg (5.61⨯10-11)2= -0.606Eθ电池=（-0.606）-（-2.696）=2.09因为(其中n=2 Eθ=2.09V)所以Kθ=1070.6=3.98⨯1070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)2·Mg CO3是否是最后的产物有待证明。

因此写成nMg(OH)2·mMg CO3更恰当。

【CaCl2溶液与碳酸氢钠溶液反应】。