钙化合物教学中若干问题的注释_钙的化合物
时间：2019-02-05 03:26:57 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文章编号：1005－6629(2008)03－0074－02中图分类号：G633.8 文献标识码：B 本文拟想对 Ca(OH)2→CaCO3→Ca(HCO3)2的化学教学的知识细微与末节提供几点注释，供同仁教学时参考。
1 怎样配制饱和石灰水
把较多的石灰与水混合振荡、静置，等未溶解的石灰沉下去后，上层的清液就是饱和溶液。什么时候用完了，还可以添加水，振摇几下，静置，再用上层清液[1]。此外实验者还另须注意三点：
第一，按上述的配备方法，不能认为只要有固体存在，添上些水就能长年累月地从这瓶里取饱和石灰水。因为没有溶完的Ca(OH)2能与水中的CO2作用生成不溶性CaCO3。这样，长期存放之后，上层溶液就不是饱和石灰水了。
第二，鉴于Ca(OH)2随温度的升高溶解度有所降低，因此，冬天配制的饱和石灰水到了夏天还可以是饱和的。但是夏天配制的饱和石灰水到了冬天就是不饱和的了。
第三，如果在配制石灰水时加入一些食盐，由于盐效应的作用，可以明显地增大Ca(OH)2 的溶解度，配制得更大浓度的石灰水。如果用相同浓度的稀盐酸去滴定这两种不同的石灰水（用酚酞作指示剂），你会发现加了食盐的饱和石灰水，要比没有加食盐的饱和石灰水耗去更多滴数的稀盐酸。
2 关于石灰水与CO2反应的三个实验
2.1 石灰水与CO2反应的现象
在一个试管里，注入2/3体积的饱和石灰水，加入1~2滴酚酞，当通入用水洗涤过的CO2，待酚酞的红色刚好消失时，会生成大量的白色沉淀（现象上，此时具有最大的白色浑浊度）。
2.21体积饱和石灰水，当Ca2+全部沉淀为CaCO3时实际需要多少体积的CO2？
用排水取气法集满一瓶（125mL）CO2， 与相同体积的一瓶加有食盐增溶的饱和石灰水，瓶口对瓶口，抽取盖玻片，上下左右用力多次振荡，让石灰水与CO2充分反应。一般说来，当溶有酚酞的饱和石灰水的红色刚好消失时，石灰水可以达到最大浑浊度。表明1体积饱和石灰水吸收1体积CO2，可以达到生成最多量的碳酸钙沉淀。
2.3可以用饱和石灰水来净化含有CO2的空气吗？
如图，串联5-6个试管，注入相同体积的饱和石灰水。当从第1个试管呼出一口气体时（有文献指出，呼出气体中CO2的体积分数约为4%），你会发现，石灰水的浑浊度是逐渐减小的；当呼出第二口气体时，由1-6的每个试管的浑浊度又在增大，这表明饱和石灰水吸收CO2的速度缓慢。用饱和石灰水来洗涤（净化）含有CO2的空气是不恰当的。如果把洗涤液改用NaOH溶液，仅用1-2个洗气管，即可以洗净呼出气体中的CO2。
3.把CO2发生器导出的CO2，经过洗气瓶充分水洗后导入饱和石灰水。实验现象是：溶液出现浑浊，浑浊度增大，而后浑浊度降低，但（无论如何）得不到澄清溶液，何故？
众所周知，CO2与石灰水有如下反应
Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O①
CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2②
浑浊，浑浊度增至最大，表明反应①的速度快，而且很彻底；浑浊度降低，表明反应②在进行，无论如何得不到澄清溶液，表明CaCO3没有完全溶解，反应②进行得不彻底，或者是Ca(HCO3)2在有CO2（H2CO3）环境溶液中的溶解度不大。
CO2不能使浑浊的石灰水彻底澄清的现象，理论上可以作如下的解释：
CaCO3之所以溶于CO2水溶液（H2CO3），实则是由于
H2O+CO2→H++HCO-3③
③式向溶液提供可以溶解CaCO3的HCO-3，生成可溶性Ca(HCO3)2。也正是因为可溶性Ca(HCO3)2的生成，Ca(HCO3)2 有比CO2和H2O的溶液提供更大浓度的HCO-3的能力。当它作用于③式时，使③式的平衡向逆过程移动。所以当有一定量的Ca(HCO3)2生成之后，以后无论如何再通CO2，也是再通也白通了。这可以用一句通俗的话来形容： Ca(HCO3)2需要在有CO2的环境中发育，但不能在有更多CO2的环境中成长壮大。
4 对Ca(HCO3)2溶解性的理性探索
4.1 向饱和石灰水中通入过量CO2不能制得高浓度 Ca(HCO3)2 的另一个重要原因，是因为石灰的溶解度不大。
即使是按①②两式完全反应（何况②式反应不完全），则可由饱和石灰水所含 Ca(OH)2 的量知生成CaCO3， 及Ca(HCO3)2的量。由反应式知Ca(OH)2、 CaCO3和Ca(HCO3)2的物质的量（mol）是相同的。由手册查得： 293K Ca(OH)2溶解度为0.165g，则Ca(OH)2的浓度（mol・L-1）（因饱和石灰水是稀溶液，可设其密度为1.00g・mL-1）为
0.165×1000/100÷74=0.022mol・L-1
1L饱和 Ca(OH)2 将与CO2生成0.022mol CaCO3、0.022mol Ca(HCO3)2。CaCO3的摩尔质量为100g/mol，则CaCO3再次溶解的量为2.2g/L，或0.22g/100mL~0.22g/100g水[2]（更何况②式反应不完全）。很明显，溶解的质量为“0.22g/100g水”这已是微溶，接近难溶（0.01g/100g水）的标准了。如此说来，在这样的条件下， Ca(HCO3)2的溶解的量比石灰（Ca(OH)2）的溶解度还小，也当属“微溶”物之列。
4.2早就有众多的实验者试图将饱和CaCl2与饱和NaHCO3溶液混合制得高浓度的Ca(HCO3)2。
但是这种尝试都行不通。实际生成大量的CaCO3沉淀，仅在沉淀后的上层清液中可以检验出有Ca(HCO3)2的存在。
4.3 对Ca(HCO3)2存在的真实性的释疑与解惑
第一， 初中化学教科书历来有如下的文字叙述：
“溶有碳酸氢钙的水如果受热或遇压强突然变小时，溶解在水里的碳酸氢钙就会分解……
Ca(HCO3)2=CaCO3↓+H2O+CO2↑”
第二，Ca(HCO3)2 出现在一些文献和高考试题中：
傅献彩著《实用化学纵览》（南京大学出版社1989年版）， 对Ca(HCO3)2的溶解度有如下的数据：
1995年上海高考题I卷15题：纯净的Ca(HCO3)2试样在高温下分解，当剩余的固体质量为原试样的一半时，Ca(HCO3)2的分解率是（ ）。
A.50%B.75%C.92.7%D.100%
第三，笔者尽可能多地查阅的化学文献和大型化学化工词典，化学试剂手册，都没有碳酸氢钙的词条，更不用说有这种试剂出售。
第四，笔者注意到《化学教育》1990年3期43页，有人撰文的标题竟是“Ca2+和HCO-3能在溶液中大量共存吗？”文章论述的结果的基本结论是：“20℃时，Ca2+和HCO-3不能在水溶液中大量共存。”
综上， 对于Ca(HCO3)2存在的真实性，根据第一，第二，似乎应该宁可信其有 （安全，有书为证，没风险）不可信其无； 根据第三、第四，似乎又应该宁可信其无（不安全，有离经叛道的风险）不可信其有。
尽管，第一和第二的材料把 Ca(HCO3)2 说得如此逼真，但是4.1和4.2的事实表明：CaCO3+H2O+CO2＝Ca(HCO3)2是一个可逆反应，正反应是有限的。即使用CaCl2提供高浓度的Ca2+，用NaHCO3（或NH4HCO3）提供高浓度的HCO-3，它们主要生成CaCO3的事实证明，Ca2+与HCO-3 不能大量共存。 溶有 Ca(HCO3)2 的水溶液在加热， 减压，甚至在室温下都会分解殆尽，事实上也不存在粉末形态的固体 Ca(HCO3)2试剂。 因此要想制得比 0.022mol・L-1 Ca(HCO3)2 浓度还要大得多的Ca(HCO3)2溶液，是根本不可能的。读者注意，如果根据上表所列的数据：20℃时 Ca(HCO3)2 的溶解度是16.6g计算，20℃时Ca(HCO3)2溶液的浓度约是1mol・L-1!比0.022mol・L-1大了近50倍，这是很难想象的。
从逻辑上可以这样认识： Ca(HCO3)2就和H2CO3、H2SO3一样， 它们只存在于溶液中，但不能从溶液中分离出纯品―不能分离出固体的 Ca(HCO3)2。
参考文献:
[1]王夔.和中学生谈学习化学[M].北京出版社，1980.7.
[2]严宣申编著.化学实验的启示与科学思维的训练[M].北京大学出版社，1993.14~15.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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