不同階段的“我”如何看CaCl2與CO2不反應

李 茜 趙虹華

(北京大學附屬中學)

1 初三的“我”

實驗室制CO2原理:

反應產物有CaCl2和CO2,它們能大量共存(即不反應),且生成H2O 和氣體的復分解反應易發生.

2 高一的“我”

實驗室制CO2原理:

屬于生成水和氣體的復分解型離子反應,離子濃度大大降低,易發生反應.觀察這個反應,可以得出規律:符合強酸制弱酸的復分解型離子反應易發生.上升認識可以理解為,符合強電解質制弱電解質的復分解型離子反應,易發生.而CaCl2和CO2(實際參與反應的是H2CO3)反應屬于弱酸制強酸,不符合反應規律,所以不易發生.當時,老師還帶著“我”做了總結:可溶的強酸鈣鹽[如Ca(NO3)2、CaBr2]和微溶的強酸鈣鹽(如CaSO4)均不與CO2反應.那時候一直不明白老師為什么用那么多定語.但“我”依然遵循這些限定做了拓展歸納:除以上鈣鹽外,可溶和微溶的強酸鋇鹽、亞鐵鹽、鐵鹽、鎂鹽等都符合這個規律,CO2也可以被同屬于酸性氧化物的SO2替代.

3 高二的“我”

從反應限度的角度,理解可溶性強酸鈣鹽不與CO2反應的原因.假設它們能反應,可以寫出總反應:Ca2＋＋CO2＋H2O ?CaCO3＋2H＋,由蓋斯定律分析,該總反應可視為反應1至反應3的加和.

總反應的平衡常數為

用文字解釋Ca2＋與CO2不反應的原因是:H2CO3的電離能力[Ka1(H2CO3)?Ka2(H2CO3)]遠小于CaCO3的溶解能力[Ksp(CaCO3)].

4 高三的“我”

應用證據推理構建“宏觀現象(含數據)與微觀粒子種類和數量的聯系”是現在的“我”需要不斷提升的能力.向CaCl2溶液中通入足量CO2未見白色CaCO3沉淀生成,說明溶液中極小,即

常用CuSO4溶液與某種混合氣體反應,通過觀察有黑色沉淀CuS生成確定混合氣體中含H2S,說明該過程中發生了反應:Cu2＋＋H2S＝CuS↓＋2H＋,原因是溶液中c(S2－)滿足

再如,向AgNO3溶液中通入SO2氣體,生成白色沉淀,并確定白色沉淀不是微溶的Ag2SO4,說明該過程中發生了反應:

現在的“我”不僅能在高二的基礎上應用理論分析,還能根據千變萬化的現象,基于物質的組成,剖析微粒的種類和數量變化,從而了解陌生物質的性質.

化學反應的千變萬化起源于主要因素和次要因素,同一個化學反應,在不同情境中并不相同,所以研究問題(尤其是陌生問題)時,一定要抓住宏觀現象(含數據),在眾多影響因素中找到支持宏觀現象的微觀本質,即主要影響因素.但了解主要影響因素并不是努力的終點,既然了解了Ca2＋與CO2不反應的原因是:碳酸的電離能力[Ka1(H2CO3)?Ka2(H2CO3)]遠小于碳酸鈣的溶解能力[Ksp(CaCO3)],那么就會知道如果在反應中加入某種物質,能夠極大程度地促進H2CO3的一步電離或兩步電離,從而就能使溶液中或的濃度顯著增加,因此Ca2＋和CO2之間生成CaCO3的反應就可以發生了.所以向CaCl2溶液中通入CO2,并滴入NaOH 溶液,一定可以得到CaCO3沉淀.這也正是Ca(OH)2與CO2反應限度極大的本質原因.

同理,向飽和食鹽水中通入CO2,從物質組成看,有可能發生反應:NaCl＋H2CO3?NaHCO3＋HCl.但從微粒間相互作用來看,這是弱酸制強酸,不符合反應原理.依然同理,可以加入NH3?H2O 促進H2CO3電離,直至戰勝NaHCO3的溶解度[Na2CO3的溶解度太難戰勝了,放棄],索爾維制堿法就是這樣誕生的,侯氏制堿法也就是這樣改進的,它們的主流程及不同時段的現象如圖1所示,感興趣的同學可以再分析一下,期待這是更為透徹的一次認識.

再回到標題中的問題,學到現在,是不是每次回答CaCl2與CO2能不能反應時,“我”都要想一遍本文所述內容? 當然不是! 解決選擇題時,“我”肯定只用初三知識,1 秒得分;分析工業流程題和實驗探究題時,遇到陌生的物質或熟悉物質的陌生用法,才需要調用復雜的經驗,而且能定性理解的,絕不定量計算.因為學習的“深入”是為了“淺出”.

再說回“我”,剛上初三的“我”與化學就像CaCl2和CO2一樣,不反應.隨著學習的深入,學到的知識,遇到的老師、同學都可能成為OH－,所以,現在“我”(CaCl2)和化學(CO2)生成了不少CaCO3,可能有的“我”已經悄悄地變成了Ca(OH)2.

注:本文所用相關數據如表1所示.

表1

(完)