淺析CO2與NaOH反應的拓展與應用

翟秀云

【內容摘要】CO2與NaOH是中學化學中兩種非常重要的物質，CO2代表酸性氧化物，NaOH代表強堿，這兩種物質的反應不僅能表示酸性氧化物和堿性物質之間反應的通性，而且它們反應過程中的計算也很有代表性。

【關鍵詞】CO2與NaOH反應? Na2CO3? NaHCO3? 應用

首先我們來看一下在NaOH中通入CO2時發生的反應。隨著CO2在NaOH溶液中的通入，發生的反應依次為：少量的CO2發生反應：（1）CO2+2NaOH= Na2CO3+H20，隨CO2的通入又發生反應：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，即通入過量的CO2時發生反應：（2）CO2+NaOH=NaHCO3由上面書寫的方程式可以看出：當n（CO2）/n（NaOH）=1/2時，CO2、NaOH恰好反應生成Na2CO3;當n（CO2）/n（NaOH）=1時，CO2、NaOH恰好反應生成NaHCO3。

由上述分析我們可以得出，CO2與NaOH由于兩者的比例不同，導致反應后所得溶液中的成分有四種可能。

據此，我們可以仿寫出其他二元弱酸（H2S）或二元弱酸的酸性氧化物（SO2）和強堿（NaOH、KOH、Ba（OH）2 等）反應的化學方程式，而且也可以得知反應后溶液中所得成分的可能。我們利用這種反應情況來分析下面的例題：

例1：向200ml1.0mol/L的NaOH溶液中持續通入CO2氣體，反應一段時間后將溶液低溫蒸干，得到一定量的固體。

則：（1）若固體質量為13.7g，求參加反應的CO2的質量;

（2）若固體質量為9.04g，求參加反應的CO2的質量。

分析：

假設不通入CO2，蒸干后固體為NaOH，質量是8g，如完全生成Na2CO3則質量是10.6g固體，如完全生成NaHCO3則質量是16.8g。

（1）固體為13.7g，而10.6g<13.7g< 16.8g，由極端假設法知：產物中既有Na2CO3又有NaHCO3。設生成xmol Na2CO3，ymolNaHCO3，利用反應方程式可以列出方程有：2x+y=0.2，106x+ 84y=13.7，解得x=0.05，y=0.1。根據碳原子個數守恒定律可得CO2物質的量為0.15mol，則通入CO2的質量為6.6g。

（2）固體為9.04g，而8g<9.04g< 10.6g，同理可知蒸干溶液所得固體為NaOH和Na2CO3。設剩余的NaOH為xmol，生成的Na2CO3為ymol。列方程x+2y= 0.2，40x+106y=9.04，解得x=0.12，y=0.04。根據碳原子個數守恒定律可得CO2物質的量為0.04mol，則通入CO2的質量為1.76g。

通過例1，比較了CO2與NaOH反應時不同投料比情況下的反應，逐一分析了所得溶液可能的成分，并用數軸法表示了溶液中可能得到的成分。用表格將其一一列舉，使結果一目了然，然后通過極端假設法進行分析判斷，進而得出結論。

上面我們了解了CO2與NaOH溶液反應后可能得到四種不同情況下的產物，那么在這些物質中滴加鹽酸時又有什么樣的性質呢？我們先看這些成分遇到鹽酸時發生的反應：

NaOH+HCl=NaCl+H2O，

Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl，

NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O，

由方程式可以看出，NaHCO3遇到鹽酸就有CO2放出，Na2CO3遇到鹽酸起初無氣體放出，過一會有氣體放出，兩步消耗HCl的量比為1：1。

例2：向100mLNaOH溶液中通入一定量的CO2氣體，充分反應后，再向所得溶液中逐滴加入0.2mol/L的鹽酸，產生CO2體積與所加鹽酸體積之間的關系如圖所示。下列判斷正確的是（? ）。

A.原NaOH溶液的濃度為0.1mol/L

B.通入CO2的體積為448mL（標準狀況下）

C.通入CO2后所得溶液的溶質成分的物質的量之比為n（NaOH）： n（Na2CO3）=1：3

D.通入CO2后所得溶液的溶質成分的物質的量之比為n（NaHCO3）： n（Na2CO3）=2：1

解答：

結合圖像和上面的分析可知反應所得溶液中溶質為Na2CO3、NaHCO3;

A.加入100mL鹽酸時二氧化碳的體積達最大，此時溶液為NaCl溶液，根據溶液中氯離子、鈉離子守恒，所以 n（NaOH）=n（NaCl）=n（HCl）=0.1L×0.2mol/L=0.02mol，所以c（NaOH）= 0.02mol/0.1L=0.2mol/L，故A正確;

B.由曲線可知從25mL到100mL為NaHCO3與鹽酸反應生成二氧化碳，反應方程式為NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O，所以n（CO2）=n（HCl）=（0.1L- 0.025L）×0.2mol/L=0.015mol，所以CO2氣體體積為0.015mol×22.4L/mol= 0.336L=336mL，故B錯誤;

C.Na2CO3轉化為NaHCO3消耗鹽酸為25mL，生成NaHCO3轉化為CO2又可以消耗鹽酸25mL，故所得溶液中NaHCO3消耗鹽酸的體積為75mL-25mL= 50mL，故Na2CO3、NaHCO3的物質的量之比為25mL：50mL=1：2，故C錯誤;