淺析CO2與NaOH反應(yīng)的拓展與應(yīng)用

翟秀云

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

【關(guān)鍵詞】CO2與NaOH反應(yīng)? Na2CO3? NaHCO3? 應(yīng)用

首先我們來看一下在NaOH中通入CO2時發(fā)生的反應(yīng)。隨著CO2在NaOH溶液中的通入，發(fā)生的反應(yīng)依次為：少量的CO2發(fā)生反應(yīng)：（1）CO2+2NaOH= Na2CO3+H20，隨CO2的通入又發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，即通入過量的CO2時發(fā)生反應(yīng)：（2）CO2+NaOH=NaHCO3由上面書寫的方程式可以看出：當(dāng)n（CO2）/n（NaOH）=1/2時，CO2、NaOH恰好反應(yīng)生成Na2CO3;當(dāng)n（CO2）/n（NaOH）=1時，CO2、NaOH恰好反應(yīng)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(dǎo)致反應(yīng)后所得溶液中的成分有四種可能。

據(jù)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(yīng)的化學(xué)方程式，而且也可以得知反應(yīng)后溶液中所得成分的可能。我們利用這種反應(yīng)情況來分析下面的例題：

例1：向200ml1.0mol/L的NaOH溶液中持續(xù)通入CO2氣體，反應(yīng)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(zhì)量為13.7g，求參加反應(yīng)的CO2的質(zhì)量;

（2）若固體質(zhì)量為9.04g，求參加反應(yīng)的CO2的質(zhì)量。

分析：

假設(shè)不通入CO2，蒸干后固體為NaOH，質(zhì)量是8g，如完全生成Na2CO3則質(zhì)量是10.6g固體，如完全生成NaHCO3則質(zhì)量是16.8g。

（1）固體為13.7g，而10.6g<13.7g< 16.8g，由極端假設(shè)法知：產(chǎn)物中既有Na2CO3又有NaHCO3。設(shè)生成xmol Na2CO3，ymolNaHCO3，利用反應(yīng)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(jù)碳原子個數(shù)守恒定律可得CO2物質(zhì)的量為0.15mol，則通入CO2的質(zhì)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(shè)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(jù)碳原子個數(shù)守恒定律可得CO2物質(zhì)的量為0.04mol，則通入CO2的質(zhì)量為1.76g。

通過例1，比較了CO2與NaOH反應(yīng)時不同投料比情況下的反應(yīng)，逐一分析了所得溶液可能的成分，并用數(shù)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(jié)果一目了然，然后通過極端假設(shè)法進行分析判斷，進而得出結(jié)論。

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

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(yīng)后，再向所得溶液中逐滴加入0.2mol/L的鹽酸，產(chǎn)生CO2體積與所加鹽酸體積之間的關(guān)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(biāo)準狀況下）

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

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

解答：

結(jié)合圖像和上面的分析可知反應(yīng)所得溶液中溶質(zhì)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(jù)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(yīng)生成二氧化碳，反應(yīng)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(zhuǎn)化為NaHCO3消耗鹽酸為25mL，生成NaHCO3轉(zhuǎn)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(zhì)的量之比為25mL：50mL=1：2，故C錯誤;