碳酸氢钠和氯化钙的化学反应分析

碳酸氢钠和氯化钙的化学反应分析

碳酸氢钠（NaHCO₃）和氯化钙（CaCl₂）是中学化学中常见的两种物质。当它们的溶液混合时，会发生怎样的化学反应？本文将从基础理论出发，通过计算和分析，揭示这一反应的本质和条件。

碳酸氢钠（NaHCO₃），又称为“小苏打”，是中学最常见的酸式盐，碳酸氢钠溶液略显碱性。酸式盐一般既可以与酸反应，又可以与碱反应。

氯化钙（CaCl₂），是一种常见的盐，是中学化学常用的干燥剂。溶液显中性，可以与碳酸盐反应生成白色沉淀。

那么，如果将碳酸氢钠溶液和氯化钙溶液混合，是否能发生化学反应呢？如果反应生成物又会是什么呢？如果二者反应，一定是离子反应，并且不是氧化还原反应。

根据离子反应条件，必须有气体、沉淀或水生成，三者至少有其一。但是，如果向碳酸钠中通入二氧化碳气体，能够生成碳酸氢钠。这一反应不符合离子反应的条件，但是还是能够发生。

这使得我们有必要探究一下离子反应的本质。首先离子反应是离子之间的结合，所以非氧化还原反应的本质是易分离物制难分离物。这里的“分离”不局限于电离。

下面以几个例子来分析。

（1）盐酸能够与氢氧化铜反应的原因是“盐酸中的氯离子与氢离子易分离，而水中氢氧根离子与氢离子难分离”。H⁺+OH⁻=H₂O

（2）碳酸钠与碳酸反应生成碳酸氢钠的原因是“碳酸中碳酸氢根与氢离子易分离，而碳酸氢根中碳酸根与氢离子难分离”。H₂CO₃+CO₃²⁻=2HCO₃⁻

（3）氯化银与溴离子反应生成溴化银的原因是“氯化银中氯离子与银离子易分离，而溴化银中溴离子与银离子难分离”。AgCl+Br⁻=AgBr+Cl⁻

当碳酸氢钠溶液和氯化钙混合时，溶液中同时存在碳酸氢根（HCO₃⁻），钠离子（Na⁺），氯离子（Cl⁻），钙离子（Ca²⁺），同时有少部分的（CO₃²⁻）。

以下是查阅的几个数据：25℃时，碳酸氢钙溶解度为16.1g，碳酸的电离常数K₁=4.4×10⁻⁷，K₂=4.7×10⁻¹¹。碳酸钙的溶度积常数2.8×10⁻⁹

我们进行一些简要的计算，结果不求很精确。

碳酸氢钙的分子量为162，当100mL水中加入16.1g碳酸氢钙形成饱和溶液，溶液体积大约为100mL，加入的溶质的物质的量约为0.1mol，那么饱和溶液的浓度约为1mol/L，其中Ca²⁺的浓度为1mol/L，HCO₃⁻的浓度为2mol/L。

根据碳酸的电离常数，K₂=4.7×10⁻¹¹。K₂=c(H⁺)·c(CO₃²⁻)/c(HCO₃⁻)，设c(H⁺)=x，则c(CO₃²⁻)=x，c(HCO₃⁻)=2-x，4.7×10⁻¹¹=x²/(2-x)，解得，x≈9.7×10⁻⁶mol/L

此时溶液中，碳酸根与钙离子的离子积Qc=c（Ca²⁺）×c(CO₃²⁻)=1×9.7×10⁻⁶=9.7×10⁻⁶，远远大于碳酸钙的溶度积2.8×10⁻⁹.则溶液中会生成碳酸钙沉淀。

所以碳酸氢钠和氯化钙反应时有以下3种情况：

（1）当氯化钙和碳酸氢钠浓度极大时，直接生成碳酸氢钙沉淀，同时有碳酸钙和二氧化碳生成。

（2）当混合后，溶液中的钙离子和碳酸根离子浓度积大于碳酸钙的溶度积时，CaCl₂+2NaHCO₃=CaCO₃↓+2NaCl+CO₂↑+H₂O

（3）当氯化钙和碳酸氢钠浓度极小时，二者不能反应。