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纪中化学人

广东省中山纪念中学 | 化学让世界辉煌

 
 
 

日志

 
 

对Na2CO3和NaHCO3溶液鉴别的初步探究  

2012-05-03 17:16:52|  分类: 化学教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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摘要:通过BaCl2(或CaCl2)对Na2CO3和NaHCO3溶液的鉴别情况进行分析后,再通过实验探索两溶液的鉴别方法。

关键词:沉淀积常数、物质的量浓度、鉴别、浑浊

对于Na2CO3和NaHCO3溶液的鉴别,一直以来大家都认为可以用CaCl2溶液或BaCl2溶液来鉴别,原因是CaCO3或BaCO3难溶于水,Ca(HCO3)2 或Ba(HCO3)2易溶于水,当CaCl2溶液(或BaCl2溶液)滴入Na2CO3溶液中会生成CaCO3(或BaCO3),从而会观察到溶液变浑浊或者有白色沉淀生成;当滴入NaHCO3溶液中则无明显现象产生,即溶液不会出现浑浊,更不会有白色沉淀生成。但当无意中看到金建忠老师对“用CaCl2溶液或BaCl2溶液鉴别NaHCO3和Na2CO3溶液问题”的分析后,引起了我的注意。

在NaHCO3溶液中有HCO3- H+ + CO32- 和HCO3- + H2O H2CO3 + OH-两个电离平衡的存在,又知弱酸H2CO3的两级电离常数Ka1 = 4.30×10-7、Ka2 = 5.61×10-11,当NaHCO3溶液的物质的量浓度不太低时,通过科学近似可计算出NaHCO3溶液中c(H+) = (Ka1Ka2)1/2 = (4.30×10-7×5.61×10-11)1/2 = 4.9×10-9 mol/L,再根据电离平衡式HCO3- H+ + CO32-即可算出溶液中c(CO32-) = Ka2×c(HCO3-)÷c(H+) = 1.3×10-2c(HCO3-),再由溶液中的阳离子与碳酸根离子的积与难溶电解质的溶度积常数之间的关系即可知道是否出现浑浊现象。因为KSP(CaCO3) = 8.7×10-9(或KSP(BaCO3) = 8.1×10-9)数值很小,如要用CaCl2溶液(或BaCl2溶液)对Na2CO3和NaHCO3溶液进行鉴别,就得c(Ca2+)(或Ba2+)与NaHCO3溶液中的c(CO32-)的乘积c(Ca2+)c(CO32-)<8.1×10-9,即c(HCO3-)c(Ca2+)<6.23×10-7才可行。可见只有c(HCO3-)或c(Ca2+)较小时才有可能,而一般情况NaHCO3溶液和BaCl2溶液(或CaCl2溶液)都不可能被稀释到如此低的程度,所以NaHCO3溶液中的c(CO32-)与c(M2+)的乘积会远远大于物质的沉淀积常数,就是说通常情况下往NaHCO3溶液中滴入BaCl2溶液(或CaCl2溶液)也会出现浑浊现象,也可能出现白色沉淀,所以通常情况下不能用BaCl2溶液(或CaCl2溶液)来鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液。从后面表1实验中也可得到证实:当NaHCO3溶液和CaCl2两者的物质的量浓度较小(小于0.05 mol/L),两溶液相互滴入才不会出现浑浊现象。即在CaCl2和NaHCO3两溶液的物质的量浓度都很小(小于0.05 mol/L)时,CaCl2才能用于Na2CO3和NaHCO3溶液的鉴别。

为了寻找解决此问题,通过资料查到Ksp(MgCO3) = 2.6×10-5远远大于Ksp(CaCO3)和Ksp(BaCO3),想到能否改用MgCl2溶液来鉴别Na2CO3溶液和NaHCO3溶液呢,于是接着分别做了MgCl2溶液分别与Na2CO3和NaHCO3溶液相互反应的实验,并做好记录。

通过表3和表4的数据和实验现象可知:①MgCl2与NaHCO3溶液反应过程中生成的沉淀可能不是MgCO3,而是其他物质。②从表3、4中还可看出,当MgCl2和Na2CO3两者的浓度都大于0.1 mol/L时,用MgCl2溶液能很好的对Na2CO3和NaHCO3溶液进行鉴别,但当两者浓度都小于0.1 mol/L时反应现象就不明显了,再用此方法鉴别就有所困难。③从实验中可看出,当MgCl2和NaHCO3溶液的浓度都较大时,有气体放出。把放出的气体通入澄清的石灰水中会使石灰水变浑浊,可知是CO2气体。这是由于MgCl2和NaHCO3在水溶液中存在弱酸根和弱碱阳离子发生双水解的结果。从表4中的现象来看,无论NaHCO3溶液的物质的量浓度怎样变化,MgCl2与其都不会产生浑浊现象。所以Na2CO3和CaCl2溶液的物质的量浓度都不小于0.1 mol/L,应选用MgCl2溶液对Na2CO3和NaHCO3溶液进行鉴别。

综上所述,我认为对Na2CO3和NaHCO3溶液的鉴别应该分情况进行。在NaHCO3的物质的量浓度较小(小于0.05 mol/L)时,应选用CaCl2(或BaCl2)溶液对Na2CO3和NaHCO3溶液的进行鉴别;而物质的量浓度都不小于0.1 mol/L,应选用MgCl2溶液对Na2CO3和NaHCO3溶液进行鉴别。

附:不同物质的量浓度的CaCl2或MgCl2溶液与不同物质的量浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液的试管实验典型现象和典型数据记录。(溶液配制说明:其中浓度为1.0 mol/L、0.5 mol/L、0.05 mol/L的溶液都是用容量瓶来配制的,固体药品的质量用托盘天平称取;其他浓度均通过C1V1 = C2V2计算后用量筒量取各自溶液体积后混合配制得到)

 1   浓度对CaCl2溶液与NaHCO3溶液的反应的影响(溶液都取2 mL

实验编号

CaCl2溶液mol/L

NaHCO3溶液(mol/L)

溶液是否浑浊

1

0.04

0.04

无浑浊

2

0.04

0.1

微弱

3

0.05

0.05

开始没有,放置一会出现浑浊

4

0.05

0.1

明显浑浊

 

 2   浓度对CaCl2溶液与Na2CO3溶液的反应的影响(溶液都取2 mL

实验编号

CaCl2溶液mol/L

Na2CO3溶液(mol/L)

溶液是否浑浊

1

0.04

0.05

明显浑浊

2

0.04

0.04

明显浑浊

3

0.03

0.01

明显浑浊

 

 3   浓度对MgCl2溶液与Na2CO3溶液的反应的影响(溶液都取2 mL

实验编号

MgCl2溶液(mol/L

Na2CO3溶液(mol/L)

溶液是否浑浊

1

0.5

0.05

无浑浊

2

0.5

0.1

微弱浑浊

3

0.5

0.2

明显浑浊

4

0.4

0.05

微弱浑浊

5

0.4

0.1

明显浑浊

6

0.3

0.05

无浑浊

7

0.3

0.1

明显浑浊

8

0.2

0.05

无浑浊

9

0.2

0.1

明显浑浊

10

0.1

0.1

明显浑浊

11

0.05

0.1

无浑浊

12

0.05

0.2

微弱浑浊

13

0.05

0.3

明显浑浊

 

 4   浓度对MgCl2溶液与NaHCO3溶液的反应的影响(溶液都取2 mL

实验编号

MgCl2溶液(mol/L

NaHCO3溶液(mol/L

实验现象

1

0.5

0.5

无现象

2

0.5

1.0

无现象

3

0.5

饱和溶液(常温)

无现象

4

1.0

0.5

无现象

5

1.0

1.0

无现象

6

饱和溶液(常温)

1.0

少量气泡

7

饱和溶液(常温

饱和溶液(常温)

大量气泡

 

参考文献:

1. 文献:北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室编·无机化学(第二版)上册·高等教育出版社·1989(73,471~476)。

2. 金建忠·弱酸酸式盐溶液中的若干问题·中学化学教学参考,2010,(1~2):44 – 45。

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