严宣申把二氧化碳通入饱和石灰水溶液实验中的问题.docVIP

严宣申：把二氧化碳通入饱和石灰水溶液实验中的问题 (1) 一般教科书上断言，把CO2 持续通入饱和石灰水溶液的现象是：开始通入CO2，即有CaCO3 沉淀生成使溶液变浑浊，兹后浑浊度加重，而后又逐渐变成澄清液。其反应式为 CO2＋Ca(OH)2→CaCO3＋H2O CaCO3＋CO2＋H2O→Ca(HCO3)2 如果上述实验现象属实，则可由饱和石灰水所含Ca(OH)2 量知生成CaCO3量及Ca(HCO3)2 的量。由反应式知Ca(OH)2、CaCO3 和Ca(HCO3)2 的摩尔是相同的。由手册中查得：293K Ca(OH)2 溶解度为0.165g，则Ca(OH)2 浓度(mol/L)(因饱和石灰水是稀溶液，可设其密度为1.00g/mL)为 1 升饱和Ca(OH)2 将与CO2 生成0.022mol CaCO3 或0.022mol Ca(HCO3)2。 CaCO3 的摩尔质量为100g/mol，则CaCO3的再次溶解量为2.2g/L 或0.22g/0.1升～0.22g/100g 水。 由手册上查得在101325Pa CO2 压力下CaCO3 的溶解度见下表。这些数据均明显小于0.22g/100g H2O。 如果深信手册上据(虽各种手册上的数据略有不同)，就只能对上面叙述提出疑问。为此再进行下列实验。 实验1 把6mol/L HCl 和块状CaCO3 分别置于气体发生器中，使生成的CO2 经过水洗(用一个洗气瓶就够了)后导入饱和Ca(OH)2 溶液。实验现象是：溶液出现混浊，混浊度加浓，而后混浊度减轻，但(无论如何)得不到澄清液。 实际现象和书上记载的并不相同，而实际现象与估算结果相符。在实验时，用水洗CO2 是为了除去其中的HCl，这样CaCO3 与CO2 作用不会受HCl 影响。如果是生成的CO2 未经水洗即导入饱和Ca(OH)2，即有明显量HCl 参与Ca(OH)2 和CO2 的反应，部分CaCO3 的溶解是和HCl 作用之故。 Ca(OH)2＋2H+→Ca2+＋2H2O CaCO3＋2H+→Ca2+＋CO2↑＋H2O 顺便提及，有人根据CO2 和Ca(OH)2 的反应，自然而然认为在把SO2 气体导入饱和Ca(OH)2 溶液时，也将出现：(首先是)清液转为浊液，浊液又变清液。然而实验事实是：不容易看到形成浊液的过程。这是因为：CaSO3 仅是微溶物(Ksp＝1.0×10-4，而CaCO3 的Ksp 为2.5×10-9)，H2SO3 的酸性比H2CO3强，以及SO2 的水溶度(可达～1mol/L)明显大于H2CO3(约0.03—0.04mol/L)之故。 (2)用化学方法制备的气体中可能含有杂质 不经水洗CO2 中所含明显量的HCl，可用湿pH 试纸检试其pH 值，然后用同法检试经水洗过的CO2 的pH 值。其结果是：前者的pH 值明显小于后者。 这个事实表明，必须注意用化学方法制备的气体中可能含有杂质及除去杂质的措施。如Zn 和H2SO4 生成的H2 中含有H2S 和AsH3(是Zn 中含有As 所致)，可使之经过KMnO4 溶液而被洗去；Cu 和中等浓度HNO3作用制得NO 中的NO2(沸点：294.4K)可通过冷却而被除去。总之，为了制取纯净的气体必须经过除杂过程。现以制取纯NO 为例。 实验2 把50％H2SO4 慢加入KNO2 (4mol/L)和KI (1mol/L)溶液式中，反应式为 2HNO2＋2H+＋2I-→2NO↑＋I2＋2H2O 使逸出的气体依次通过90％H2SO4(除H2O)，50％KOH(除NO2)，冷却(－75℃)及通过P2O3。若操作正常，所得NO 中只含≤0.0008％(mol)杂质。 (3)除去气体中杂质的方法 用水洗去水溶性杂质 H2S、CO2 中的水溶性杂质如HCl、NH3 可用水洗去，只造成H2S、CO2 在水中部分溶解。 用浓H2SO4 脱除酸性气体中的H2O 如果气体中含水量较多，则用～90％H2SO4 作脱水剂，一般不用浓H2SO4，因后者遇水发热量较大。若制取气体时的一种反应物是浓H2SO4(如浓H2SO4 和HCOOH 反应生成CO)，则产物中只含极少量的H2O；有时浓H2SO4 还被用来除NH3。 用NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2 脱除酸性杂质 用固态NaOH 脱除CO2，反应需少量H2O 为“催化剂”(虽然反应也生成H2O，2NaOH＋CO2＝Na2CO3＋H2O)，所以要把脱CO2 装置放在脱H2O 装置之前。Ca(OH)2、Ba(OH)2 溶液常被用来脱除气体中的CO2、SO2，因Ba(OH)2 的溶解度较大及碱性较强［相对于Ca(OH)2而言］，所以用饱和Ba(OH)2 溶液吸收CO2、SO2 的效率更高(当然，钡化合物的价格明显高于相应钙化合物)。此