本文發(fā)表于《高中數(shù)理化》“篤年老師問與答”專欄，也是即將由山東科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界——中學(xué)化學(xué)重點(diǎn)知識解讀》的一篇。該書將于2021年底前出版。

1. 除去CO₂氣體中的HCl、SO₂等酸性雜質(zhì)時(shí)，為什么不能用Na₂CO₃溶液？

簡單說，是因?yàn)?/span>Na₂CO₃ 水溶液可以吸收 CO₂ 氣體：Na₂CO₃+ H₂O + CO₂ = 2NaHCO₃。固然，Na₂CO₃ 會(huì)優(yōu)先跟酸性更強(qiáng)的HCl、SO₂等雜質(zhì)氣體反應(yīng)，但是畢竟HCl、SO₂等屬于雜質(zhì)，含量很少，當(dāng)它們被吸收完全后，主體物質(zhì)CO₂ 就會(huì)被吸收，這不符合除雜的原則。

Na₂CO₃ 溶液吸收CO₂ 的反應(yīng)對應(yīng)著一條重要的反應(yīng)規(guī)律：

多元酸的正鹽可以跟該酸反應(yīng)，生成其酸式鹽。

讓我們再來列舉幾例：

CaCO₃ + H₂O + CO₂= Ca(HCO₃)₂

——自然界富含CO₂ 的地下暗河流經(jīng)石灰?guī)r時(shí)將CaCO₃ 溶解掉，形成溶洞，發(fā)生的就是此反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)室里向石灰水里通過量CO₂ 時(shí)渾濁（CaCO₃）消失，也是發(fā)生了這個(gè)反應(yīng)的緣故。

Ca₃(PO₄)₂ +4H₃PO₄ = 3Ca(HPO₄)₂ 

——磷肥廠利用該反應(yīng)把難溶、不易被作物直接吸收的磷礦石 [ Ca₃(PO₄)₂] 轉(zhuǎn)化為可溶、易被作物直接吸收的重過磷酸鈣 [ Ca(H2PO₄)₂ ]。

2. Na₂CO₃是一種鹽，從組成看它不可能電離出OH^-，其水溶液為何顯堿性？

由于純水中存在H₂O的微弱電離：H₂O ? OH^- + H⁺，所以任何水溶液里都存在H⁺和OH^-，不管該溶液是酸性還是堿性的。當(dāng)水溶液顯中性時(shí)，溶液里H⁺濃度等于OH^- 濃度；顯酸性時(shí)，溶液里H⁺ 濃度大于OH^- 濃度；顯堿性時(shí)，溶液里H⁺濃度小于OH^- 濃度。

我們知道，H₂CO₃是一種極弱的酸，它在水中的電離是可逆的，且分為程度不同的2步：

H₂CO₃? H⁺ + HCO₃^-（程度不大）  

HCO₃^- ? H⁺ + CO₃^2-（程度更?。?/span>

讓我們從逆向看這兩個(gè)過程：在水溶液里，HCO₃^-、CO₃^2- 是具有結(jié)合H⁺ 的傾向的。所以，當(dāng)Na₂CO₃ 溶解于水后，CO₃^2- 便會(huì)跟水電離出的H⁺ 結(jié)合形成HCO₃^-，導(dǎo)致水中H⁺濃度下降，促使水繼續(xù)電離，最終導(dǎo)致水中OH^-濃度上升，c(OH^-) > c(H⁺)，使其水溶液顯堿性。

上述CO₃^2-促進(jìn)水電離的反應(yīng)叫鹽類的水解反應(yīng)，在《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊中會(huì)學(xué)到。

同樣道理，我們也可以理解碳酸氫鈉水溶液的性質(zhì)：

雖然HCO₃^-能夠十分微弱地電離出H⁺，但它也具有結(jié)合H⁺、促使水電離出更多OH^- 的傾向。

從實(shí)驗(yàn)事實(shí)看，上述第一個(gè)反應(yīng)比第二個(gè)反應(yīng)程度略弱，所以碳酸氫鈉這個(gè)酸式鹽的水溶液反而呈弱堿性。

換一種酸性較強(qiáng)的酸式鹽則未必跟NaHCO₃ 一樣。

如NaHSO₃、NaH₂PO₄ 的水溶液，則是HSO₃^-、H₂PO₄^-電離程度大于其水解程度，故這兩種鹽的水溶液顯弱酸性。

對于特定的多元弱酸的酸式鹽來說，根據(jù)弱酸的電離常數(shù)可以推算其溶液的酸堿性，在《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊即將學(xué)到，高一階段只要記住幾個(gè)常見的即可。

3. 侯德榜制堿反應(yīng)：NH₄HCO₃ + NaCl = NaHCO₃ + NH₄Cl中，反應(yīng)物和生成物中的四種鹽都是可溶的，該反應(yīng)為什么還能夠發(fā)生？

首先，初中化學(xué)所說“鹽溶液間發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成兩種新鹽的條件是反應(yīng)物均可溶，而產(chǎn)物至少一種難溶”只是很粗的規(guī)律，該規(guī)律細(xì)化后應(yīng)該是“溶解度大的鹽溶液間可以相互反應(yīng)，生成溶解度更小的鹽類”。

工業(yè)生產(chǎn)中，該反應(yīng)一般控制在30℃左右，讓我們比較一下上述反應(yīng)體系內(nèi)四種物質(zhì)在該溫度下的溶解度。

顯然，NaHCO₃的溶解度遠(yuǎn)小于另外三種物質(zhì)，所以當(dāng)溶液里NH₄⁺、Na⁺、Cl^-、HCO₃^-四種離子同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，如果Na⁺、HCO₃^- 的濃度超過了NaHCO₃ 飽和溶液對應(yīng)的濃度，它們就會(huì)相互結(jié)合形成NaHCO₃ 晶體析出（形成沉淀），也就發(fā)生了上述反應(yīng)。

人們習(xí)慣上把“沉淀”跟“難溶物”等同看待，所以才有“鹽溶液間反應(yīng)，反應(yīng)物必須可溶，而產(chǎn)物至少一種難溶”之說。其實(shí)，這條規(guī)律應(yīng)該修改為“鹽溶液之間的反應(yīng)，一般規(guī)律是溶解性好的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性差的物質(zhì)”。

這樣一來，我們還可以理解如下一些反應(yīng)事實(shí)：向AgCl白色沉淀里加KI溶液后，可見白色沉淀逐漸變?yōu)辄S色沉淀：AgCl(s) + I^-= AgI(s) + Cl^-。

這類反應(yīng)叫做沉淀的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。

其原理在于AgCl雖然難溶，但其溶解度相對于AgI要大得多，當(dāng)遇到濃度較大的I^-時(shí)，AgCl溶解產(chǎn)生的Ag⁺ 就會(huì)跟I^- 結(jié)合形成溶解性更差的AgI，從而導(dǎo)致AgCl的溶解平衡破壞，AgCl不斷溶解而AgI不斷生成，上述沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)就發(fā)生了。

4. 一般的都是酸式鹽比正鹽溶解度大，為什么NaHCO₃的溶解度反而比Na₂CO₃?。?/span>

物質(zhì)在水中的溶解度跟很多因素有關(guān)，除原物質(zhì)內(nèi)部粒子間的結(jié)合作用強(qiáng)弱外，還跟物質(zhì)分散成微粒后，這些微粒與水分子的結(jié)合作用（即水合，從微觀的角度看，任何物質(zhì)溶解于水的過程都一定包含微粒的擴(kuò)散、水合兩個(gè)過程）有關(guān)。

碳酸鈉、碳酸氫鈉都是鈉鹽，溶解的同時(shí)都完全電離。

碳酸鈉溶解于水后，CO₃^2- 很容易跟水分子間通過氫鍵作用而發(fā)生水合，這對于Na₂CO₃ 的溶解是一種非常有力的“拉動(dòng)”作用。

而HCO₃^- 則不同，由于HCO₃^- 本身含有一個(gè)氫原子，彼此之間可以通過氫鍵相互結(jié)合，形成二聚體：

氫鍵是有飽和性的，HCO₃^-離子間的結(jié)合導(dǎo)致它跟水分子間形成氫鍵程度的減弱。所以HCO₃^- 的水合作用就比CO₃^2- 弱一些，這樣對于NaHCO₃ 溶解過程的“拉動(dòng)”作用就小了。