【石灰石能与硫酸持续反应的实验探究】石灰石与硫酸反应

时间：2019-02-05 03:25:05　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：加入氯化钠能使硫酸钙不断地从石灰石表面脱落并不断地扩散到溶液中去，从而使石灰石与硫酸的反应持续进行，该反应的机理还有待进一步研究。　　关键词：氯化钠；石灰石；硫酸；持续反应
　　文章编号：1005－6629(2012)2－0045－02　中图分类号：G633.8　文献标识码：B
　　大家都知道，在实验室一般不用块状石灰石与硫酸反应制取二氧化碳，其理由是碳酸钙与硫酸反应生成的硫酸钙微溶，硫酸钙覆盖在石灰石的表面会阻止硫酸与碳酸钙的接触，二者不接触就不能进一步发生反应。在思考有关的钝化问题时，笔者偶然产生了设法让碳酸钙与硫酸持续反应的想法。
　　1、偶然的想法
　　金属铝不能直接与纯水反应，二者不能发生反应的原因是铝的表面有一层氧化膜阻止了水与铝的接触。铝能与氢氧化钠溶液反应，铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝与水的反应。氢氧化钠的作用是先溶解金属铝表面的氧化膜，然后再溶解铝与水反应生成的氢氧化铝。由于氢氧化钠不断地溶解氧化铝或氢氧化铝，所以铝与水的反应就能持续地进行。
　　受此反应的启发，我想到了设法让块状石灰石与硫酸持续反应的问题。我想，如果向石灰石与硫酸的混合物中加入一种能够促进硫酸钙溶解或脱落的试剂，石灰石就能与硫酸持续反应生成二氧化碳气体了，我首先想到的，就是用很常见的试剂氯化钠来做此实验。本着试一试的想法，我用氯化钠做了如下实验。
　　2、实验
　　[实验1](室温20℃左右)，在花坛里捡一小块石灰石，将石灰石洗净后装入试管内，向试管内加入浓度约为50％的硫酸5 mL。硫酸与石灰石能比较慢地发生反应生成二氧化碳气体，反应很快就停止了，试管中的溶液略显浑浊。反应停止后，向试管内加入约0.2 g氯化钠固体，轻轻振荡试管，试管内的物质继续发生反应且能较快地生成二氧化碳气体。将试管放到试管架上观察，可见反应生成气体的速率在较长的时间内一直较快且很平稳，试管内的溶液先是由略显浑浊变成白色浑浊、继而变成了白色粘稠状。
　　做完此实验，笔者想到了这么一个问题：加入氯化钠后，石灰石能与硫酸较快地发生反应，在反应中起促进作用的到底是Na＋还是Cl－呢?或者是二者共同作用的结果呢?为了回答该问题，笔者继续做了如下实验。
　　[实验2]向4支试管里各加入一块石灰石和5 mL浓度约为50％的硫酸，待反应停止后，再分别加入约0.2 g KCl、NH4Cl、CaCI2、Na2SO4固体轻轻振荡。加入KCl、NH4Cl的试管内能继续发生反应生成二氧化碳气体，但反应速度较慢，同石灰石与硫酸刚开始的反应速度相当，反应一段时间后就趋于停止了。加入CaCl2的试管内可见CaCl2溶解并生成大量的白色固体，但不能继续发生反应生成二氧化碳气体。加入Na2SO4的试管内没有任何明显可见的现象，当然也没有二氧化碳气体逸出。
　　3、实验分析与实验结论
　　在实验1中，没有出现笔者预想的促进硫酸钙溶解的现象。从实验现象来看，实验1中的碳酸钙与硫酸反应生成的硫酸钙―直在不断地从碳酸钙表面脱落下来并扩散到溶液中去。由于硫酸钙脱落了，所以硫酸能够与碳酸钙接触并持续反应生成二氧化碳气体；由于硫酸钙不断地脱落并扩散到溶液中去，所以溶液先变浑浊后变粘稠。
　　是什么物质促进了硫酸钙从石灰石表面的脱落呢?从实验2来看，仅含Cl－的CaCl2不能促进硫酸钙从石灰石表面脱落，仅含Na＋的Na2SO4也不能促进硫酸钙从石灰石表面脱落。KCl和NH4Cl能够促进硫酸钙从石灰石的表面脱落，但效果远不如NaCl好。综合分析这些实验现象，笔者得出这样一个结论：向石灰石与硫酸的混合物中加入NaCl，NaCl能使石灰石与硫酸持续反应，NaCl促使石灰石与硫酸持续反应的原因可能是NaCl能促使硫酸钙从石灰石的表面脱落并在溶液中扩散。在NaCl促进硫酸钙从石灰石表面脱落的过程中，Na＋和Cl－是共同起作用的，Cl－所起的作用比Na＋所起的作用略大(与其他几组对照实验相比较得出)。
　　4、感想和疑难问题
　　加入Nacl之后，石灰石就能和硫酸持续发生反应。笔者虽然对此有过一点预想，但实际的反应不像我预想的那样发生了。这让我感到很振奋，也让我感到很疑惑。振奋的是，我发现了_一个有趣的实验，这给我们的探究性教学增添了一个好素材，疑惑的是，我想尽了办法也没找出该反应发生的本质原因(反应机理)。
　　Na＋和Cl－究竟是怎样促进硫酸钙从石灰石表面脱落的呢?对此问题，笔者既没有找到较权威的理论根据，也没有想到很好的实验方案进行深入的探究。笔者曾就此问题设想过一些可能的反应机理，但终因这些机理都难以自圆其说而放弃，该问题将留待同行专家去进一步研究。

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