实验室制二氧化碳反应的新发现

黄新阶 熊晓明

实验室里，二氧化碳常用稀盐酸与大理石（或石灰石，主要成分都是碳酸钙）反应来制取，反应的化学方程式可以表示如下：

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2CO3

碳酸不稳定，容易分解生成二氧化碳和水

H2CO3=CO2↑+H2O

总的化学方程式是：CaCO3+2HCl=CaCl2+ CO2↑+H2O

以上内容是人民教育出版社9年级化学教科书上册的一段原文。

稀盐酸与大理石反应制取二氧化碳是常识，教科书介绍的上述内容似乎是金科玉律。可是笔者琢磨：实验所用稀盐酸稀到什么程度？浓度范围是多少？盐酸浓度极稀时反应现象怎样？盐酸和CaCO3混合是否像反应CaCO3+H2O+CO2 =Ca(HCO3)2一样生成Ca(HCO3)2——2CaCO3+2HCl=Ca(HCO3)2+CaCl2，Ca(HCO3)2继续与盐酸反应Ca(HCO3)2+2HCl=CaCl2+2CO2↑+2H2O？笔者对此进行了实证研究。

一、实验过程

实验1：在100ml水中加入2滴約0.1ml38%的浓盐酸，投入几粒石灰石，不见有任何反应迹象。

实验2：把5g碳酸钙粉末与5ml左右上述稀盐酸混合，未见气泡，塞上橡皮塞，连上导管，用排酒精法收集气体（CO2可以溶于水），第二天也未收到任何气体。

实验3：在试管中装入适量粒状石灰水，加入1：1的稀盐酸约5ml，反应激烈，约5分钟反应停止（没有气泡产生）。

实验4：把上述实验所得的溶液过滤，在滤液中倒入饱和澄清石灰水或烧碱溶液，都有白色沉淀产生。

二、讨论

根据实验1、2、4，可以推断：石灰石与极稀的盐酸接触，虽然没有观察到明显的现象，但它们之间肯定有反应发生。若盐酸与石灰石反应后的滤液中只有水和CaCl2，滤液与石灰水混合是不可能出现CaCO3沉淀的。据此可知：

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

Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2H2O

CaCO3的溶度积很小，25℃时只有4.7×10-9 ，即便是浓度很低的石灰水，它解离的氢氧根离子促进HCO3-发生次级电离提供CO32-，CO32-与溶液中的Ca2+结合成CaCO3 。

三、结论

上述四个实验证明教科书上介绍的盐酸和CaCO3反应机理的正确性是有条件的（酸过剩且浓度较大）。浓度极低的盐酸与石灰石反应只生成Ca(HCO3)2，没有CO2生成。

实验3、4告诉我们：当CaCO3与较浓的盐酸混合发生反应：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O，在反应后期，即当盐酸变得很稀时就发生如下反应：2CaCO3+2HCl=Ca(HCO3)2+CaCl2，生成Ca(HCO3)2。

从实验结果得知：简单地阐述盐酸与石灰石混合产生气泡显然不全面，是理所当然所导致的错误判断。

化学反应是复杂的，它因条件变化而变化，所以切不可想当然。科学本身是客观的，揭示它需要足够的实证精神和勇气。