为什么将二氧化碳通入澄清石灰水？

• 发布时间：2024-05-23 22:20:04 作者：Anita

因为碳酸氢钙在水溶液中是不能高浓度存在的，浓度稍高就会分解为碳酸钙、二氧化碳和水。如果是次氯酸钠溶液与二氧化碳的反应，主要反应确实是：NaClO + H2O + CO2 = NaHCO3 + HClO反应生成物之一是碳酸氢钠的原因，确实是因为次氯酸的酸性强于碳酸氢根离子，这与在苯酚钠的水溶液中通入CO2，得到苯酚和NaHCO3，道理是一样的。...

因为碳酸氢钙在水溶液中是不能高浓度存在的，浓度稍高就会分解为碳酸钙、二氧化碳和水。

如果是次氯酸钠溶液与二氧化碳的反应，主要反应确实是：

NaClO + H2O + CO2 = NaHCO3 + HClO

反应生成物之一是碳酸氢钠的原因，确实是因为次氯酸的酸性强于碳酸氢根离子，这与在苯酚钠的水溶液中通入CO2，得到苯酚和NaHCO3，道理是一样的。

但如果将次氯酸钠换成次氯酸钙，则教材上给出的主要反应并没有错误，主要反应是：

Ca(ClO)2 + H2O + CO2 = CaCO3↓ + 2HClO

而不是：

Ca(ClO)2 + 2H2O + 2CO2 = Ca(HCO3)2 + 2HClO

原因就在于：水溶液中碳酸氢钙很不稳定，根本不能高浓度存在，浓度稍高，碳酸氢钙就会发生分解反应：

Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + H2O + CO2↑

不存在高浓度的碳酸氢钙水溶液，更不存在固体的碳酸氢钙，碳酸氢镁也与之类似，Ca2+、Mg2+和HCO3-都只能低浓度在水溶液中共存。可以以碳酸氢钙为例简单估算一下，碳酸氢钙分解反应的本质可看作，HCO3-在水溶液中发生下列反应：

2HCO3- ⇌ CO3 2- + H2CO3

这个反应还可以拆成以下两步反应：

HCO3- ⇌ H+ + CO3 2-（碳酸的第二步电离，平衡常数是碳酸的Ka2）

HCO3- + H+ ⇌ H2CO3（碳酸第一步电离的逆反应，平衡常数是碳酸Ka1的倒数）

因此上述反应的平衡常数K1就是碳酸的Ka2/Ka1，估算K1≈1.30*10^(-4)。

然后CO3 2-再与Ca2+结合生成CaCO3沉淀：

Ca2+ + CO3 2- ⇌ CaCO3↓

这一反应的平衡常数K2显然是碳酸钙溶度积Ksp的倒数，估算K2≈3.00*10^8。

将两个反应合写起来，就是水溶液中碳酸氢钙分解的反应：

Ca2+ + 2HCO3- ⇌ CaCO3↓ + H2CO3

平衡常数K=K1*K2，已经在10^4数量级了，这还是暂时不考虑H2CO3分解变成CO2逸出的情况下进行的简单估算，因此就算不考虑H2CO3在高浓度下会分解，反应向右进行的趋势已经相当大，只要溶液中Ca2+和HCO3-浓度稍大，反应向右进行就会析出CaCO3沉淀，也就是水溶液中碳酸氢钙浓度稍高就会分解，如果考虑H2CO3在高浓度下会分解放出CO2气体，碳酸氢钙浓度较高时，反应向右进行会更加完全。

一些质量不好的中学化学练习题中，有时会出现碳酸氢钙或者碳酸氢镁固体（或者较浓溶液）之类的题设，实际上这种题设是脱离实际的。较浓的氯化钙溶液和较浓的碳酸氢钠溶液混合时会发生反应，析出白色CaCO3沉淀，以及冒出CO2气泡，同样与碳酸氢钙在水溶液中不能高浓度存在相关。

常温常压下，将水洗过的CO2（除去可能夹杂的HCl等杂质）通入饱和澄清石灰水（一定要饱和）中，可见澄清石灰水变浑浊，达到最大浑浊度后继续通入水洗过的CO2，浑浊度会下降，也就是说液体变清，但无法得到完全澄清的溶液，原因也与高浓度碳酸氢钙不能在水溶液中存在有关。