严宣申：把二氧化碳通入饱和石灰水溶液实验中的问题

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1、严宣申：把二氧化碳通入饱和石灰水溶液实验中的问题(1)问题的提出一般教科书上断言，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＋H2OCaCO3＋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：293KCa(OH)2溶解度为0.165g，则Ca(OH

2、)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0.022molCaCO3或0.022molCa(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101325PaCO2压力下CaCO3的溶解度见下表。这些数据均明显小于0.22g/100gH2O。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/LHCl和块状CaCO3

3、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+＋2H2OCaCO3＋2H+→Ca2+＋CO2↑＋H2O

4、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C

5、O2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％

6、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。

7、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)。此外，碱液还被用来脱除Cl2、Br2。各种杂质均有相应脱除的方法，这些方法不外乎是利用了酸碱性、

8、溶解性、氧化还原性、脱水、冷却，不赘述。(4)再讨论CO2和饱和Ca(OH)2的反应可能有人会提出：我们的实验，最终确实得