不同阶段的“我”如何看CaCl2与CO2不反应

李 茜 赵虹华

(北京大学附属中学)

1 初三的“我”

实验室制CO2原理:

反应产物有CaCl2和CO2,它们能大量共存(即不反应),且生成H2O 和气体的复分解反应易发生.

2 高一的“我”

实验室制CO2原理:

属于生成水和气体的复分解型离子反应,离子浓度大大降低,易发生反应.观察这个反应,可以得出规律:符合强酸制弱酸的复分解型离子反应易发生.上升认识可以理解为,符合强电解质制弱电解质的复分解型离子反应,易发生.而CaCl2和CO2(实际参与反应的是H2CO3)反应属于弱酸制强酸,不符合反应规律,所以不易发生.当时,老师还带着“我”做了总结:可溶的强酸钙盐[如Ca(NO3)2、CaBr2]和微溶的强酸钙盐(如CaSO4)均不与CO2反应.那时候一直不明白老师为什么用那么多定语.但“我”依然遵循这些限定做了拓展归纳:除以上钙盐外,可溶和微溶的强酸钡盐、亚铁盐、铁盐、镁盐等都符合这个规律,CO2也可以被同属于酸性氧化物的SO2替代.

3 高二的“我”

从反应限度的角度,理解可溶性强酸钙盐不与CO2反应的原因.假设它们能反应,可以写出总反应:Ca2＋＋CO2＋H2O ⇌CaCO3＋2H＋,由盖斯定律分析,该总反应可视为反应1至反应3的加和.

总反应的平衡常数为

用文字解释Ca2＋与CO2不反应的原因是:H2CO3的电离能力[Ka1(H2CO3)•Ka2(H2CO3)]远小于CaCO3的溶解能力[Ksp(CaCO3)].

4 高三的“我”

应用证据推理构建“宏观现象(含数据)与微观粒子种类和数量的联系”是现在的“我”需要不断提升的能力.向CaCl2溶液中通入足量CO2未见白色CaCO3沉淀生成,说明溶液中极小,即

常用CuSO4溶液与某种混合气体反应,通过观察有黑色沉淀CuS生成确定混合气体中含H2S,说明该过程中发生了反应:Cu2＋＋H2S＝CuS↓＋2H＋,原因是溶液中c(S2－)满足

再如,向AgNO3溶液中通入SO2气体,生成白色沉淀,并确定白色沉淀不是微溶的Ag2SO4,说明该过程中发生了反应:

现在的“我”不仅能在高二的基础上应用理论分析,还能根据千变万化的现象,基于物质的组成,剖析微粒的种类和数量变化,从而了解陌生物质的性质.

化学反应的千变万化起源于主要因素和次要因素,同一个化学反应,在不同情境中并不相同,所以研究问题(尤其是陌生问题)时,一定要抓住宏观现象(含数据),在众多影响因素中找到支持宏观现象的微观本质,即主要影响因素.但了解主要影响因素并不是努力的终点,既然了解了Ca2＋与CO2不反应的原因是:碳酸的电离能力[Ka1(H2CO3)•Ka2(H2CO3)]远小于碳酸钙的溶解能力[Ksp(CaCO3)],那么就会知道如果在反应中加入某种物质,能够极大程度地促进H2CO3的一步电离或两步电离,从而就能使溶液中或的浓度显著增加,因此Ca2＋和CO2之间生成CaCO3的反应就可以发生了.所以向CaCl2溶液中通入CO2,并滴入NaOH 溶液,一定可以得到CaCO3沉淀.这也正是Ca(OH)2与CO2反应限度极大的本质原因.

同理,向饱和食盐水中通入CO2,从物质组成看,有可能发生反应:NaCl＋H2CO3⇌NaHCO3＋HCl.但从微粒间相互作用来看,这是弱酸制强酸,不符合反应原理.依然同理,可以加入NH3•H2O 促进H2CO3电离,直至战胜NaHCO3的溶解度[Na2CO3的溶解度太难战胜了,放弃],索尔维制碱法就是这样诞生的,侯氏制碱法也就是这样改进的,它们的主流程及不同时段的现象如图1所示,感兴趣的同学可以再分析一下,期待这是更为透彻的一次认识.

再回到标题中的问题,学到现在,是不是每次回答CaCl2与CO2能不能反应时,“我”都要想一遍本文所述内容? 当然不是! 解决选择题时,“我”肯定只用初三知识,1 秒得分;分析工业流程题和实验探究题时,遇到陌生的物质或熟悉物质的陌生用法,才需要调用复杂的经验,而且能定性理解的,绝不定量计算.因为学习的“深入”是为了“浅出”.

再说回“我”,刚上初三的“我”与化学就像CaCl2和CO2一样,不反应.随着学习的深入,学到的知识,遇到的老师、同学都可能成为OH－,所以,现在“我”(CaCl2)和化学(CO2)生成了不少CaCO3,可能有的“我”已经悄悄地变成了Ca(OH)2.

注:本文所用相关数据如表1所示.

表1

(完)