CO32－和NH4＋可以大量共存嗎？——對(duì)2010 年江蘇小高考試題第23 題的商榷

戴建良 王海富

（南京市金陵中學(xué) 江蘇 南京 210005）

一、問(wèn)題的提出

2010年江蘇小高考試題第23題如下：

某溶液中可能含有下列6種離子中的某幾種：Cl-、SO42-、CO32-、NH4＋、Na＋、K＋。 為確認(rèn)溶液組成進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：（1）200mL上述溶液，加入足量BaCl2溶液，反應(yīng)后將沉淀過(guò)濾、洗滌、干燥，得沉淀4.30g，向沉淀中加入過(guò)量的鹽酸，有2.33g沉淀不溶。 （2）向（1）的濾液中加入足量的NaOH溶液，加熱，產(chǎn)生能促使?jié)駶?rùn)紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體1.12L（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況，假定產(chǎn)生的氣體全部逸出）。 由此可以得出關(guān)于原溶液組成的正確結(jié)論是

A．一定存在SO42-、CO32-、NH4＋，可能存在Cl-、Na＋、K＋

B．一定存在SO42-、CO32-、NH4＋、Cl-，一定不存在Na＋、K＋

C．c（CO32-）＝0.01mol·L-1，c（NH4＋）＞c（SO42-）

D．如果上述6種離子都存在，則c（Cl-）＞c（SO42-）

該題是一道關(guān)于離子檢驗(yàn)的定量計(jì)算題，給出的答案是D。 判斷過(guò)程如下：

4.30g沉淀中有2.33g是BaSO4，還有1.97g是BaCO3，所以200mL溶液中一定存在0.01mol SO42-和0.01mol CO32-。根據(jù)1.12L氣體 （證明是NH3）可知溶液中一定存在0.05mol NH4＋。 根據(jù)電荷守恒，0.05mol NH4＋帶0.05mol正電荷， 而0.01mol SO42-和0.01mol CO32-共帶0.04mol負(fù)電荷，所以必定存在Cl-，且Cl-至少為0.01mol，Na＋、K＋可能存在，若存在，則Cl-大于0.01mol。

從考查學(xué)生的離子檢驗(yàn)知識(shí)、電荷守恒原理、化學(xué)計(jì)算能力等方面來(lái)看，本題是一道好題。 但是命題者忽略了一個(gè)問(wèn)題，那就是CO32-和NH4＋能否大量共存。

二、實(shí)驗(yàn)及理論分析

1．實(shí)驗(yàn)

在試管中加入2mL 0.1mol/L NH4Cl溶液，再加入2mL 0.1mol/L Na2CO3溶液，微熱，將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙放在試管口，試紙變紅，可見(jiàn)CO32-和NH4＋能反應(yīng)。

2．理論分析

CO32-和NH4＋發(fā)生反應(yīng)的離子方程式如下：

NH4＋＋CO32-＋H2O?NH3·H2O＋HCO3-

首先根據(jù)電離常數(shù)計(jì)算此反應(yīng)的平衡常數(shù)K

計(jì)算初始濃度為c（NH4＋）＝c（CO32-）＝c0，平衡時(shí)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率x。

三、結(jié)論與討論

1．結(jié)論

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出等濃度的CO32-和NH4＋會(huì)發(fā)生顯著的反應(yīng)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)76%，所以CO32-和NH4＋在溶液中不能大量共存， 會(huì)反應(yīng)生成較多的NH3·H2O和HCO3-。

實(shí)際上CO32-和NH4＋的反應(yīng)在化學(xué)教材中早就出現(xiàn)過(guò)， 在老教材必修第一冊(cè)的p21頁(yè)有這樣一個(gè)家庭小實(shí)驗(yàn)：

將30g研細(xì)的碳酸鈉晶體裝入小塑料袋底部， 壓緊后，用細(xì)繩將塑料袋綁住，使碳酸鈉晶體被封在塑料袋的下半部。 再將約20g研細(xì)的硝酸銨晶體裝入塑料袋的上半部，用燒紅的鐵絲或鋸條將塑料袋封口，即做成“冰袋”。 使用時(shí)，只要將細(xì)繩解下，用手使袋內(nèi)兩種粉末充分混合，便立即產(chǎn)生低溫。在這個(gè)家庭小實(shí)驗(yàn)中，發(fā)生的反應(yīng)即為：

2．工業(yè)碳酸銨分析

既然CO32-和NH4＋在溶液中不能大量共存，那么為什么工業(yè)上有碳酸銨產(chǎn)品呢？ 工業(yè)碳酸銨是如何制備的？其穩(wěn)定性如何？ 筆者在《化工產(chǎn)品》和《無(wú)機(jī)化合物制備手冊(cè)》中查到了碳酸銨制備和性質(zhì)的相關(guān)信息。

工業(yè)碳酸銨：化學(xué)式為（NH4）2CO3·H2O，具有強(qiáng)烈的氨氣味，一般得不到無(wú)水鹽，工業(yè)品實(shí)際上是碳酸氫銨和氨基甲酸銨的復(fù)鹽，在空氣中不穩(wěn)定，會(huì)逐漸變成碳酸氫銨（NH4HCO3）和氨基甲酸銨（H2NCOONH4）。

碳酸銨的工業(yè)制法如下：將CO2、氨及水蒸氣直接合成碳酸銨，通入冷卻室，用水直接冷卻，再經(jīng)精制即得。

碳酸銨精制法：將市售品研細(xì)放入密閉容器中，慢慢加氨水并振蕩至完全溶解，在20～25℃下靜置2天，再將其放在10～12℃的陰涼處，長(zhǎng)時(shí)間靜置后，即可析出結(jié)晶。迅速吸濾，干燥后移入完全密閉的容器中，往濾液中繼續(xù)加入1/3的乙醇，結(jié)晶會(huì)進(jìn)一步析出，這樣得到的產(chǎn)品為一水合物。

由上可見(jiàn)，制備工業(yè)碳酸銨時(shí)，不是在水溶液中進(jìn)行，而是用氣體直接合成，目的就是為了防止在水溶液中碳酸銨發(fā)生雙水解。 而在精制碳酸銨時(shí)，在氨水介質(zhì)中進(jìn)行的，抑制了碳酸銨的雙水解。

［1］ 北京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室等編．無(wú)機(jī)化學(xué)（上冊(cè)，第4版）［M］．北京：高等教育出版社，2002．8：318

［2］ 人民教育出版社化學(xué)室．全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)（必修）化學(xué)1［M］．2003．6：21

［3］ 司徒杰生主編．化工產(chǎn)品手冊(cè)：無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999：117

［4］ 朱文祥主編．無(wú)機(jī)化合物制備手冊(cè)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006．4：479