本文發(fā)表于《高中數(shù)理化》“篤年老師問與答”專欄，也是即將由山東科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界——中學化學重點知識解讀》的一篇。該書將于2021年底前出版。

1. 除去CO₂氣體中的HCl、SO₂等酸性雜質時，為什么不能用Na₂CO₃溶液？

簡單說，是因為Na₂CO₃ 水溶液可以吸收 CO₂ 氣體：Na₂CO₃+ H₂O + CO₂ = 2NaHCO₃。固然，Na₂CO₃ 會優(yōu)先跟酸性更強的HCl、SO₂等雜質氣體反應，但是畢竟HCl、SO₂等屬于雜質，含量很少，當它們被吸收完全后，主體物質CO₂ 就會被吸收，這不符合除雜的原則。

Na₂CO₃ 溶液吸收CO₂ 的反應對應著一條重要的反應規(guī)律：

多元酸的正鹽可以跟該酸反應，生成其酸式鹽。

讓我們再來列舉幾例：

CaCO₃ + H₂O + CO₂= Ca(HCO₃)₂

——自然界富含CO₂ 的地下暗河流經石灰?guī)r時將CaCO₃ 溶解掉，形成溶洞，發(fā)生的就是此反應；實驗室里向石灰水里通過量CO₂ 時渾濁（CaCO₃）消失，也是發(fā)生了這個反應的緣故。

Ca₃(PO₄)₂ +4H₃PO₄ = 3Ca(HPO₄)₂ 

——磷肥廠利用該反應把難溶、不易被作物直接吸收的磷礦石 [ Ca₃(PO₄)₂] 轉化為可溶、易被作物直接吸收的重過磷酸鈣 [ Ca(H2PO₄)₂ ]。

2. Na₂CO₃是一種鹽，從組成看它不可能電離出OH^-，其水溶液為何顯堿性？

由于純水中存在H₂O的微弱電離：H₂O ? OH^- + H⁺，所以任何水溶液里都存在H⁺和OH^-，不管該溶液是酸性還是堿性的。當水溶液顯中性時，溶液里H⁺濃度等于OH^- 濃度；顯酸性時，溶液里H⁺ 濃度大于OH^- 濃度；顯堿性時，溶液里H⁺濃度小于OH^- 濃度。

我們知道，H₂CO₃是一種極弱的酸，它在水中的電離是可逆的，且分為程度不同的2步：

H₂CO₃? H⁺ + HCO₃^-（程度不大）  

HCO₃^- ? H⁺ + CO₃^2-（程度更?。?/span>

讓我們從逆向看這兩個過程：在水溶液里，HCO₃^-、CO₃^2- 是具有結合H⁺ 的傾向的。所以，當Na₂CO₃ 溶解于水后，CO₃^2- 便會跟水電離出的H⁺ 結合形成HCO₃^-，導致水中H⁺濃度下降，促使水繼續(xù)電離，最終導致水中OH^-濃度上升，c(OH^-) > c(H⁺)，使其水溶液顯堿性。

上述CO₃^2-促進水電離的反應叫鹽類的水解反應，在《化學反應原理》模塊中會學到。

同樣道理，我們也可以理解碳酸氫鈉水溶液的性質：

雖然HCO₃^-能夠十分微弱地電離出H⁺，但它也具有結合H⁺、促使水電離出更多OH^- 的傾向。

從實驗事實看，上述第一個反應比第二個反應程度略弱，所以碳酸氫鈉這個酸式鹽的水溶液反而呈弱堿性。

換一種酸性較強的酸式鹽則未必跟NaHCO₃ 一樣。

如NaHSO₃、NaH₂PO₄ 的水溶液，則是HSO₃^-、H₂PO₄^-電離程度大于其水解程度，故這兩種鹽的水溶液顯弱酸性。

對于特定的多元弱酸的酸式鹽來說，根據(jù)弱酸的電離常數(shù)可以推算其溶液的酸堿性，在《化學反應原理》模塊即將學到，高一階段只要記住幾個常見的即可。

3. 侯德榜制堿反應：NH₄HCO₃ + NaCl = NaHCO₃ + NH₄Cl中，反應物和生成物中的四種鹽都是可溶的，該反應為什么還能夠發(fā)生？

首先，初中化學所說“鹽溶液間發(fā)生復分解反應生成兩種新鹽的條件是反應物均可溶，而產物至少一種難溶”只是很粗的規(guī)律，該規(guī)律細化后應該是“溶解度大的鹽溶液間可以相互反應，生成溶解度更小的鹽類”。

工業(yè)生產中，該反應一般控制在30℃左右，讓我們比較一下上述反應體系內四種物質在該溫度下的溶解度。

顯然，NaHCO₃的溶解度遠小于另外三種物質，所以當溶液里NH₄⁺、Na⁺、Cl^-、HCO₃^-四種離子同時出現(xiàn)時，如果Na⁺、HCO₃^- 的濃度超過了NaHCO₃ 飽和溶液對應的濃度，它們就會相互結合形成NaHCO₃ 晶體析出（形成沉淀），也就發(fā)生了上述反應。

人們習慣上把“沉淀”跟“難溶物”等同看待，所以才有“鹽溶液間反應，反應物必須可溶，而產物至少一種難溶”之說。其實，這條規(guī)律應該修改為“鹽溶液之間的反應，一般規(guī)律是溶解性好的物質轉化為溶解性差的物質”。

這樣一來，我們還可以理解如下一些反應事實：向AgCl白色沉淀里加KI溶液后，可見白色沉淀逐漸變?yōu)辄S色沉淀：AgCl(s) + I^-= AgI(s) + Cl^-。

這類反應叫做沉淀的轉化反應。

其原理在于AgCl雖然難溶，但其溶解度相對于AgI要大得多，當遇到濃度較大的I^-時，AgCl溶解產生的Ag⁺ 就會跟I^- 結合形成溶解性更差的AgI，從而導致AgCl的溶解平衡破壞，AgCl不斷溶解而AgI不斷生成，上述沉淀轉化反應就發(fā)生了。

4. 一般的都是酸式鹽比正鹽溶解度大，為什么NaHCO₃的溶解度反而比Na₂CO₃小？

物質在水中的溶解度跟很多因素有關，除原物質內部粒子間的結合作用強弱外，還跟物質分散成微粒后，這些微粒與水分子的結合作用（即水合，從微觀的角度看，任何物質溶解于水的過程都一定包含微粒的擴散、水合兩個過程）有關。

碳酸鈉、碳酸氫鈉都是鈉鹽，溶解的同時都完全電離。

碳酸鈉溶解于水后，CO₃^2- 很容易跟水分子間通過氫鍵作用而發(fā)生水合，這對于Na₂CO₃ 的溶解是一種非常有力的“拉動”作用。

而HCO₃^- 則不同，由于HCO₃^- 本身含有一個氫原子，彼此之間可以通過氫鍵相互結合，形成二聚體：

氫鍵是有飽和性的，HCO₃^-離子間的結合導致它跟水分子間形成氫鍵程度的減弱。所以HCO₃^- 的水合作用就比CO₃^2- 弱一些，這樣對于NaHCO₃ 溶解過程的“拉動”作用就小了。