由果探因——与碳酸氢根相关的两个反应分析

张昌恒

（江苏省靖江高级中学 江苏 靖江 214500）

在高考试卷和高三模拟试卷中，经常会碰到或涉及到与碳酸氢根相关反应的题目， 教师在讲解此类问题时，多数情况下是定性地阐述或简单解释，学生对此类问题的理解往往只限于表面认识或者死记硬背，不能真正地把握和理解，因而在碰到其他与之相关的情景中涉及到此类问题时就不能触类旁通、灵活驾驭。 本文试图从定量分析的角度对与碳酸氢根相关的两个反应进行分析， 以期使学生对此类问题有一个更深入具体的认识，真正把握其内涵，以便“居高临下”的解决相关问题。

一、碳酸氢铵溶液与氢氧化钠溶液的反应分析

在碳酸氢铵溶液中逐渐滴加氢氧化钠溶液时，若从定性的角度进行分析，应该有三种情况：一是氢氧根离子与碳酸氢铵溶液的碳酸氢根离子先反应；二是氢氧根离子与碳酸氢铵溶液的铵根离子先反应；三是氢氧根离子与碳酸氢铵溶液中的两种离子同时反应，究竟反应的机理是什么，难以从实验现象上加以判断。 因此，在考查学生的这一类问题时，通常设计成探究性的问题，如上海市2012 年的高考题就呈现了这样一条探究题：

（2012 上海高考46）为探究NH4HCO3和NaOH 的反应， 设计实验方案如下： 含0.1 mol NH4HCO3的溶液中加入0.1 mol NaOH，反应完全后，滴加氯化钙稀溶液。

若有沉淀， 则NH4HCO3与NaOH 的反应可能为______（写离子方程式）；

若无沉淀， 则NH4HCO3与NaOH 的反应可能为______（写离子方程式）。

现从加入的氢氧化钠溶液少量和过量两个方面进行理论分析。

（1）当加入的氢氧化钠溶液过量时，反应比较简单，离子方程式表示为：

（2）当加入的氢氧化钠溶液少量时，反应比较复杂，涉及到OH-与NH4+和HCO3-两种离子中谁先反应的问题。

现假设常温时碳酸氢铵溶液与氢氧化钠溶液的浓度均为0.1mol/L，在碳酸氢铵溶液中有如下水解平衡：

上式的平衡常数可表示为：

由计算的K 值不难发现， 反应①进行的程度较小，碳酸氢铵溶液中的c（NH4+）≈c（HCO3-）≈0.1mol/L，当加入氢氧化钠溶液时，则有：

由以上两个反应的常数可明显看出反应②更容易进行， 故当在碳酸氢铵溶液中滴入少量氢氧化钠溶液时， 首先发生反应②， 即反应的离子方程式应为：NH4++

二、碳酸氢钠溶液与偏铝酸钠溶液的反应分析

由实验可看出，一定量浓度的碳酸氢钠溶液与偏铝酸钠溶液混合会产生白色絮状沉淀，因此，在离子共存题中，经常会出现HCO3-、AlO2-能否共存的问题，如：

（2010 上海卷9）下列离子组一定能大量共存的是

A.甲基橙呈黄色的溶液中：I-、Cl-、NO3-、Na+

B.石蕊呈蓝色的溶液中：Na+、AlO2-、NO3-、HCO3-

C.含大量Al3＋的溶液中：K＋、Na＋、NO3-、ClO

D.含大量OH-的溶液中：CO32-、Cl-、F-、K＋

本题的答案是D， 但B 选项如何排除， 就涉及到AlO2-与HCO3-的反应。

究其原因，可作如下定量分析（假设常温时两溶液的物质的量浓度均为0.1mol/L）。

1.对于碳酸氢钠溶液来说，溶液中有下列平衡及平衡常数：

由④式的K2（H2CO3）和⑤式的K（HCO3-）水解的数值可明显看出，由于K（HCO3-）水解远大于K2（H2CO3），所以，溶液中主要以⑤式反应为主，又由于K（HCO3-）水解和K2（H2CO3）均较小，所以溶液中有c（H2CO3）≈c（OH-）、c（HCO3-）≈0.1-c（H2CO3），代入上述K（HCO3-）水解关系式有：

解得c（OH-）≈4.9×10-5mol/L

根据Kw＝c（OH-）c（H＋）＝10-14，有c（H＋）≈2.0×10-10mol/L

2.对于偏铝酸钠溶液来说，溶液中有下列平衡及平衡常数：

（上式中的Ka［Al（OH）3］为Al（OH）3的酸式溶度积常数）

则当偏铝酸钠溶液为0.1 mol/L 时，溶液中c（OH-）≈6.3×10-3mol/L

根据上述1 中算出的0.1mol/L 碳酸氢钠溶液中c（H＋）≈2.0×10-10mol/L 和2 中算出的0.1mol/L 偏铝酸钠溶液中c（OH-）≈6.3×10-3mol/L，可知，当碳酸氢钠溶液与偏铝酸钠溶液混合时（假定混合溶液中两物质的浓度均为0.1mol/L），溶液中有：c（H＋）c（OH-）＝2.0×10-10×6.3×10-3＝1.26×10-12＞10-14所以， 当两溶液混合时发生H＋与OH-的中和， 即促进HCO3-电离产生H＋和促进AlO2-水解产生OH-，从而使溶液中产生大量Al（OH）3而沉淀，故一定浓度的HCO3-、AlO2-溶液混合不能共存，会发生碳酸氢根的电离与偏铝酸根的水解反应。

［1］ 合家忠.研究性学习巧夺千峰秀色——用数学方法突破化学疑点［J］.化学教育，2005，（4）：27

［2］ 中南矿冶学院分析教研室等编著.化学分析手册［M］.北京：科学出版社，1982：573