依据酸碱性顺序 探寻反应之规律
2022-06-08
摘要：根据弱酸电离常数的大小分析并总结出若干化学反应规律，通过具体案例阐明了这些反应规律在解决实际问题时的运用，从而达到教会学生学习方法，提高解决问题的能力。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词： 酸碱性强弱顺序；反应规律；反应产物
文章编号：1005–6629（2014）1–0071–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 提出问题
在中学化学学习过程中，有不少学生感觉化学难学，理不清头绪，其主要是因为他们没有找到适当的学习方法。例如在初学“钠的主要化合物”知识[1]时，有些学生书写“NaHCO3既能与强酸反应，又能与强碱反应”的化学方程式时，经常会写错，有的甚至写成“NaHCO3+NaOH=CO2+Na2O+H2O”等，让人啼笑皆非；同时对于“CO2通入Na2CO3溶液中生成NaHCO3”等知识，很多学生不容易理解，化学方程式的记忆也是靠死记硬背，不得要领。如果我们在平时的练习中，善于探寻规律和技巧，教会学生学习化学的方法，会起到事半功倍的效果。
2.1 规律1：“相隔要反应，生成中间物”
根据图1所示，写出相应的反应如下：
（框图中CO2也可以写成H2CO3形式）
①HCl+NaHCO3=NaCl+CO2↑+H2O
②NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
③2HCl+Na2CO3=CO2↑+NaCl+H2O
④HCl+Na2CO3=NaCl+NaHCO3
⑤CO2+NaOH=NaHCO3
⑥CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
⑦CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3
其中反应①和②两个方程式，是关于NaHCO3的两性问题。根据图1很明显地看出CO2不在NaHCO3和NaOH之间，而且很快就能找出它们两者之间的Na2CO3，才是它们之间反应的产物。
2.2 规律2：“反应谁过量，产物靠近谁”
我们还能发现关于“过量问题”的难点突破，如反应③的产物是CO2，距反应物HCl较近，则是HCl过量；反应④的产物是NaHCO3，距反应物HCl较远，则是HCl少量，所以，当两个反应物之间有多种产物时，谁过量，产物就靠近它，即③2HCl（过量）+Na2CO3= CO2↑+NaCl+H2O，④HCl（少量）+Na2CO3=NaCl+ NaHCO3。反应⑤和⑥也同理可得：⑤CO2（过量）+ NaOH=NaHCO3，⑥CO2（少量）+2NaOH=Na2CO3+ H2O[3]。
2.3 规律3：“相邻不反应，两两可共存”
按图1所示的顺序，两两相邻的物质之间不反应，可共存。
HCl与CO2之间可以共存。实验室用碳酸钙与盐酸反应制备CO2时，CO2中常混有HCl气体杂质。
CO2与NaHCO3也不反应。可以用饱和的NaHCO3溶液除去CO2中的HCl杂质，就是因为CO2不会被饱和NaHCO3溶液吸收。
NaHCO3与Na2CO3，以及Na2CO3与NaOH之间，都不反应，例如NaHCO3与Na2CO3溶液中可以形成缓冲溶液。
3 巩固规律
例1 向400 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO2，充分反应后，将所得溶液小心减压蒸发，所得不含结晶水的白色固体成分可能有几种情况？
分析：此题只提及NaOH的量，但CO2的量有多少？这就涉及过量问题，逐一进行讨论，在图1中处CO2和NaOH之间的产物有Na2CO3和NaHCO3。当CO2也为0.4 mol时，恰好反应生成NaHCO3；当CO2为0.2 mol时，恰好反应生成Na2CO3；如果少于0.2 mol，则NaOH过量，固体应该是NaOH和NaHCO3都有；如果在0.2～0.4 mol之间，则NaHCO3和Na2CO3共存；如果大于0.4 mol，则CO2因过量而逸出。因此就可以充分利用图1所示的酸碱性顺序来解决问题，如图2所示。
第1种情况是NaOH和Na2CO3并存；
第2种情况是只有Na2CO3；
第3种情况是Na2CO3和NaHCO3并存；
第4种情况是只有NaHCO3。
此题只可能有这四种情况，不可能出现NaOH和NaHCO3共存，更不可能这三种固体同时存在，因为NaOH和NaHCO3是不可能同时在同一种溶液中共存的，两者要反应生成Na2CO3。
4 拓展应用
孔子云：“举一隅，不以三隅反，则不复也。”由此及彼，我们还可以找出其他顺序框图。经查阅相关资料，常见物质的电离常数（常温）如下：
H3PO4：Ka1=7.5×10-3；Ka2=6.23×10-8；Ka3=2.2×10-13；
Al（OH）3：Ka=6.3×10-13；Kb=1.38×10-9；
NH3·H2O：Kb=1.76×10-5；
H2S：Ka1=5.7×10-8；Ka2=1.2×10-15；
HClO：Ka=3.0×10-8；
C6H5OH：Ka=1.02×10-10 [4]。
据此，我们还可以列出下表框图：
参考文献：
[1]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书·化学1（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2012：52～53.
[2]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2012：40～58.
[3]巴君正.多元弱酸电离平衡的讨论[J].河南城建学院学报，1998，（2）：34.
[4]北京师范大学等编著.无机化学（上册第四版）[M].北京：高等教育出版社，2002：409～413.
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关键词： 酸碱性强弱顺序；反应规律；反应产物
文章编号：1005–6629（2014）1–0071–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 提出问题
在中学化学学习过程中，有不少学生感觉化学难学，理不清头绪，其主要是因为他们没有找到适当的学习方法。例如在初学“钠的主要化合物”知识[1]时，有些学生书写“NaHCO3既能与强酸反应，又能与强碱反应”的化学方程式时，经常会写错，有的甚至写成“NaHCO3+NaOH=CO2+Na2O+H2O”等，让人啼笑皆非；同时对于“CO2通入Na2CO3溶液中生成NaHCO3”等知识，很多学生不容易理解，化学方程式的记忆也是靠死记硬背，不得要领。如果我们在平时的练习中，善于探寻规律和技巧，教会学生学习化学的方法，会起到事半功倍的效果。
2.1 规律1：“相隔要反应，生成中间物”
根据图1所示，写出相应的反应如下：
（框图中CO2也可以写成H2CO3形式）
①HCl+NaHCO3=NaCl+CO2↑+H2O
②NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
③2HCl+Na2CO3=CO2↑+NaCl+H2O
④HCl+Na2CO3=NaCl+NaHCO3
⑤CO2+NaOH=NaHCO3
⑥CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
⑦CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3
其中反应①和②两个方程式，是关于NaHCO3的两性问题。根据图1很明显地看出CO2不在NaHCO3和NaOH之间，而且很快就能找出它们两者之间的Na2CO3，才是它们之间反应的产物。
2.2 规律2：“反应谁过量，产物靠近谁”
我们还能发现关于“过量问题”的难点突破，如反应③的产物是CO2，距反应物HCl较近，则是HCl过量；反应④的产物是NaHCO3，距反应物HCl较远，则是HCl少量，所以，当两个反应物之间有多种产物时，谁过量，产物就靠近它，即③2HCl（过量）+Na2CO3= CO2↑+NaCl+H2O，④HCl（少量）+Na2CO3=NaCl+ NaHCO3。反应⑤和⑥也同理可得：⑤CO2（过量）+ NaOH=NaHCO3，⑥CO2（少量）+2NaOH=Na2CO3+ H2O[3]。
2.3 规律3：“相邻不反应，两两可共存”
按图1所示的顺序，两两相邻的物质之间不反应，可共存。
HCl与CO2之间可以共存。实验室用碳酸钙与盐酸反应制备CO2时，CO2中常混有HCl气体杂质。
CO2与NaHCO3也不反应。可以用饱和的NaHCO3溶液除去CO2中的HCl杂质，就是因为CO2不会被饱和NaHCO3溶液吸收。
NaHCO3与Na2CO3，以及Na2CO3与NaOH之间，都不反应，例如NaHCO3与Na2CO3溶液中可以形成缓冲溶液。
3 巩固规律
例1 向400 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO2，充分反应后，将所得溶液小心减压蒸发，所得不含结晶水的白色固体成分可能有几种情况？
分析：此题只提及NaOH的量，但CO2的量有多少？这就涉及过量问题，逐一进行讨论，在图1中处CO2和NaOH之间的产物有Na2CO3和NaHCO3。当CO2也为0.4 mol时，恰好反应生成NaHCO3；当CO2为0.2 mol时，恰好反应生成Na2CO3；如果少于0.2 mol，则NaOH过量，固体应该是NaOH和NaHCO3都有；如果在0.2～0.4 mol之间，则NaHCO3和Na2CO3共存；如果大于0.4 mol，则CO2因过量而逸出。因此就可以充分利用图1所示的酸碱性顺序来解决问题，如图2所示。
第1种情况是NaOH和Na2CO3并存；
第2种情况是只有Na2CO3；
第3种情况是Na2CO3和NaHCO3并存；
第4种情况是只有NaHCO3。
此题只可能有这四种情况，不可能出现NaOH和NaHCO3共存，更不可能这三种固体同时存在，因为NaOH和NaHCO3是不可能同时在同一种溶液中共存的，两者要反应生成Na2CO3。
4 拓展应用
孔子云：“举一隅，不以三隅反，则不复也。”由此及彼，我们还可以找出其他顺序框图。经查阅相关资料，常见物质的电离常数（常温）如下：
H3PO4：Ka1=7.5×10-3；Ka2=6.23×10-8；Ka3=2.2×10-13；
Al（OH）3：Ka=6.3×10-13；Kb=1.38×10-9；
NH3·H2O：Kb=1.76×10-5；
H2S：Ka1=5.7×10-8；Ka2=1.2×10-15；
HClO：Ka=3.0×10-8；
C6H5OH：Ka=1.02×10-10 [4]。
据此，我们还可以列出下表框图：
参考文献：
[1]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书·化学1（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2012：52～53.
[2]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2012：40～58.
[3]巴君正.多元弱酸电离平衡的讨论[J].河南城建学院学报，1998，（2）：34.
[4]北京师范大学等编著.无机化学（上册第四版）[M].北京：高等教育出版社，2002：409～413.