对ⅡA族金属碳酸盐热稳定性顺序的认识
2022-06-08
摘要：对ⅡA族金属碳酸盐热稳定性顺序与晶格能大小顺序不一致的缘由，从结构和能量两个方面对ⅡA族金属碳酸盐的热稳定性进行了对比分析，诠释了MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3热稳定性递增的原因，以期有助于中学化学教学。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：ⅡA族金属碳酸盐；热稳定性；晶格能；离子极化
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0091?C02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
人教版普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》对离子晶体的热稳定性有“晶格能越大，形成的离子晶体越稳定”的结论，并以ⅡA族金属氧化物的晶格能和热稳定性数据进一步证实了上述结论。MgO、CaO、SrO、BaO的晶格能[1]（kJ?mol-1）分别为3791、3401、3223、3054，与ⅡA族金属氧化物同为离子晶体的MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的晶格能[2]（kJ?mol-1）分别为3122、2810、2688、2554。根据教材结论，ⅡA族金属碳酸盐自上而下的热稳定性应该越来越差，但紧邻晶格能的[科学视野]却有如下描述：101 kPa下，MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的热分解温度（℃）分别为402、900、1172、1360。
为什么ⅡA族金属碳酸盐的热稳定性顺序与晶格能大小顺序会不一致呢？为了弄清楚其中的缘由，笔者从两个方面对该问题展开讨论和分析：
1 结构角度
ⅡA族金属碳酸盐（MCO3）热分解的实质是金属阳离子结合碳酸根中的氧离子使碳酸根分解为二氧化碳。判断碳酸盐的热稳定性，首先得从碳酸根的结构出发分析其特点以及与碱土金属离子间的作用。
1.1 离子极化作用的影响
由于求算热力学分解温度时作了近似处理，所以计算结果与实际有差别。但计算结果符合MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3热分解所需温度越来越高的顺序。
2.2 分解反应的ΔrHmθ
MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的分解反应可设计成如下热力学循环：
参考文献：
[1][2][9] Robert C. Weast. CRC Handbook of Chemsstry and Physics. 66th Edition， CRC Press， Inc， 1985：D-100.
[3]南京大学.无机及分析化学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：146.
[4]张衡中.碳酸盐分解温度的变化规律[J].有色金属，1994，（8）：60.
[5]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.无机化学（上册）（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2011：233.
[6]南京大学.无机及分析化学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：442～445.
[7]麦松威，周公度，李伟基.高等无机结构化学[M].北京：北京大学出版社，香港中文大学出版社，2001：88～89.
[8]张灿九.晶格能效应及其应用[J].湖南师范大学自然科学学报，1994，（1）：50.
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关键词：ⅡA族金属碳酸盐；热稳定性；晶格能；离子极化
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0091?C02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
人教版普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理》对离子晶体的热稳定性有“晶格能越大，形成的离子晶体越稳定”的结论，并以ⅡA族金属氧化物的晶格能和热稳定性数据进一步证实了上述结论。MgO、CaO、SrO、BaO的晶格能[1]（kJ?mol-1）分别为3791、3401、3223、3054，与ⅡA族金属氧化物同为离子晶体的MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的晶格能[2]（kJ?mol-1）分别为3122、2810、2688、2554。根据教材结论，ⅡA族金属碳酸盐自上而下的热稳定性应该越来越差，但紧邻晶格能的[科学视野]却有如下描述：101 kPa下，MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的热分解温度（℃）分别为402、900、1172、1360。
为什么ⅡA族金属碳酸盐的热稳定性顺序与晶格能大小顺序会不一致呢？为了弄清楚其中的缘由，笔者从两个方面对该问题展开讨论和分析：
1 结构角度
ⅡA族金属碳酸盐（MCO3）热分解的实质是金属阳离子结合碳酸根中的氧离子使碳酸根分解为二氧化碳。判断碳酸盐的热稳定性，首先得从碳酸根的结构出发分析其特点以及与碱土金属离子间的作用。
1.1 离子极化作用的影响
由于求算热力学分解温度时作了近似处理，所以计算结果与实际有差别。但计算结果符合MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3热分解所需温度越来越高的顺序。
2.2 分解反应的ΔrHmθ
MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的分解反应可设计成如下热力学循环：
参考文献：
[1][2][9] Robert C. Weast. CRC Handbook of Chemsstry and Physics. 66th Edition， CRC Press， Inc， 1985：D-100.
[3]南京大学.无机及分析化学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：146.
[4]张衡中.碳酸盐分解温度的变化规律[J].有色金属，1994，（8）：60.
[5]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.无机化学（上册）（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2011：233.
[6]南京大学.无机及分析化学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：442～445.
[7]麦松威，周公度，李伟基.高等无机结构化学[M].北京：北京大学出版社，香港中文大学出版社，2001：88～89.
[8]张灿九.晶格能效应及其应用[J].湖南师范大学自然科学学报，1994，（1）：50.