由果探因——與碳酸氫根相關(guān)的兩個(gè)反應(yīng)分析

張昌恒

（江蘇省靖江高級(jí)中學(xué) 江蘇 靖江 214500）

在高考試卷和高三模擬試卷中，經(jīng)常會(huì)碰到或涉及到與碳酸氫根相關(guān)反應(yīng)的題目， 教師在講解此類問題時(shí)，多數(shù)情況下是定性地闡述或簡(jiǎn)單解釋，學(xué)生對(duì)此類問題的理解往往只限于表面認(rèn)識(shí)或者死記硬背，不能真正地把握和理解，因而在碰到其他與之相關(guān)的情景中涉及到此類問題時(shí)就不能觸類旁通、靈活駕馭。 本文試圖從定量分析的角度對(duì)與碳酸氫根相關(guān)的兩個(gè)反應(yīng)進(jìn)行分析， 以期使學(xué)生對(duì)此類問題有一個(gè)更深入具體的認(rèn)識(shí)，真正把握其內(nèi)涵，以便“居高臨下”的解決相關(guān)問題。

一、碳酸氫銨溶液與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)分析

在碳酸氫銨溶液中逐漸滴加氫氧化鈉溶液時(shí)，若從定性的角度進(jìn)行分析，應(yīng)該有三種情況：一是氫氧根離子與碳酸氫銨溶液的碳酸氫根離子先反應(yīng)；二是氫氧根離子與碳酸氫銨溶液的銨根離子先反應(yīng)；三是氫氧根離子與碳酸氫銨溶液中的兩種離子同時(shí)反應(yīng)，究竟反應(yīng)的機(jī)理是什么，難以從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上加以判斷。 因此，在考查學(xué)生的這一類問題時(shí)，通常設(shè)計(jì)成探究性的問題，如上海市2012 年的高考題就呈現(xiàn)了這樣一條探究題：

（2012 上海高考46）為探究NH4HCO3和NaOH 的反應(yīng)， 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下： 含0.1 mol NH4HCO3的溶液中加入0.1 mol NaOH，反應(yīng)完全后，滴加氯化鈣稀溶液。

若有沉淀， 則NH4HCO3與NaOH 的反應(yīng)可能為______（寫離子方程式）；

若無沉淀， 則NH4HCO3與NaOH 的反應(yīng)可能為______（寫離子方程式）。

現(xiàn)從加入的氫氧化鈉溶液少量和過量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行理論分析。

（1）當(dāng)加入的氫氧化鈉溶液過量時(shí)，反應(yīng)比較簡(jiǎn)單，離子方程式表示為：

（2）當(dāng)加入的氫氧化鈉溶液少量時(shí)，反應(yīng)比較復(fù)雜，涉及到OH-與NH4+和HCO3-兩種離子中誰先反應(yīng)的問題。

現(xiàn)假設(shè)常溫時(shí)碳酸氫銨溶液與氫氧化鈉溶液的濃度均為0.1mol/L，在碳酸氫銨溶液中有如下水解平衡：

上式的平衡常數(shù)可表示為：

由計(jì)算的K 值不難發(fā)現(xiàn)， 反應(yīng)①進(jìn)行的程度較小，碳酸氫銨溶液中的c（NH4+）≈c（HCO3-）≈0.1mol/L，當(dāng)加入氫氧化鈉溶液時(shí)，則有：

由以上兩個(gè)反應(yīng)的常數(shù)可明顯看出反應(yīng)②更容易進(jìn)行， 故當(dāng)在碳酸氫銨溶液中滴入少量氫氧化鈉溶液時(shí)， 首先發(fā)生反應(yīng)②， 即反應(yīng)的離子方程式應(yīng)為：NH4++

二、碳酸氫鈉溶液與偏鋁酸鈉溶液的反應(yīng)分析

由實(shí)驗(yàn)可看出，一定量濃度的碳酸氫鈉溶液與偏鋁酸鈉溶液混合會(huì)產(chǎn)生白色絮狀沉淀，因此，在離子共存題中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)HCO3-、AlO2-能否共存的問題，如：

（2010 上海卷9）下列離子組一定能大量共存的是

A.甲基橙呈黃色的溶液中：I-、Cl-、NO3-、Na+

B.石蕊呈藍(lán)色的溶液中：Na+、AlO2-、NO3-、HCO3-

C.含大量Al3＋的溶液中：K＋、Na＋、NO3-、ClO

D.含大量OH-的溶液中：CO32-、Cl-、F-、K＋

本題的答案是D， 但B 選項(xiàng)如何排除， 就涉及到AlO2-與HCO3-的反應(yīng)。

究其原因，可作如下定量分析（假設(shè)常溫時(shí)兩溶液的物質(zhì)的量濃度均為0.1mol/L）。

1.對(duì)于碳酸氫鈉溶液來說，溶液中有下列平衡及平衡常數(shù)：

由④式的K2（H2CO3）和⑤式的K（HCO3-）水解的數(shù)值可明顯看出，由于K（HCO3-）水解遠(yuǎn)大于K2（H2CO3），所以，溶液中主要以⑤式反應(yīng)為主，又由于K（HCO3-）水解和K2（H2CO3）均較小，所以溶液中有c（H2CO3）≈c（OH-）、c（HCO3-）≈0.1-c（H2CO3），代入上述K（HCO3-）水解關(guān)系式有：

解得c（OH-）≈4.9×10-5mol/L

根據(jù)Kw＝c（OH-）c（H＋）＝10-14，有c（H＋）≈2.0×10-10mol/L

2.對(duì)于偏鋁酸鈉溶液來說，溶液中有下列平衡及平衡常數(shù)：

（上式中的Ka［Al（OH）3］為Al（OH）3的酸式溶度積常數(shù)）

則當(dāng)偏鋁酸鈉溶液為0.1 mol/L 時(shí)，溶液中c（OH-）≈6.3×10-3mol/L

根據(jù)上述1 中算出的0.1mol/L 碳酸氫鈉溶液中c（H＋）≈2.0×10-10mol/L 和2 中算出的0.1mol/L 偏鋁酸鈉溶液中c（OH-）≈6.3×10-3mol/L，可知，當(dāng)碳酸氫鈉溶液與偏鋁酸鈉溶液混合時(shí)（假定混合溶液中兩物質(zhì)的濃度均為0.1mol/L），溶液中有：c（H＋）c（OH-）＝2.0×10-10×6.3×10-3＝1.26×10-12＞10-14所以， 當(dāng)兩溶液混合時(shí)發(fā)生H＋與OH-的中和， 即促進(jìn)HCO3-電離產(chǎn)生H＋和促進(jìn)AlO2-水解產(chǎn)生OH-，從而使溶液中產(chǎn)生大量Al（OH）3而沉淀，故一定濃度的HCO3-、AlO2-溶液混合不能共存，會(huì)發(fā)生碳酸氫根的電離與偏鋁酸根的水解反應(yīng)。

［1］ 合家忠.研究性學(xué)習(xí)巧奪千峰秀色——用數(shù)學(xué)方法突破化學(xué)疑點(diǎn)［J］.化學(xué)教育，2005，（4）：27

［2］ 中南礦冶學(xué)院分析教研室等編著.化學(xué)分析手冊(cè)［M］.北京：科學(xué)出版社，1982：573