碳酸氢钙溶解性为何大于碳酸钙

甘肃省兰州市教育科学研究所(730046)吴正帅

甘肃省兰州市市第四十六中学(730010)李春晓

碳酸氢钙溶解性为何大于碳酸钙

甘肃省兰州市教育科学研究所(730046)
吴正帅

甘肃省兰州市市第四十六中学(730010)
李春晓

1 问题的提出

现行化学教材涉及碳酸氢钙的内容，在化学教材“实验二氧化碳的性质”中有这样的叙述，在试管中注入少量的澄清石灰水，通入二氧化碳气体，产生什么现象？继续通入二氧化碳，又出现什么现象？实验现象：澄清石灰水首先变浑浊，继续通入二氧化碳气体，浑浊的石灰水又变得澄清。通过这样一个实验，可以得出：碳酸氢钙的溶解度大于碳酸钙。查阅资料可知：20 ℃(溶剂为100 g水)时，碳酸氢钙和碳酸钙的溶解度分别为16.60 g和0.006 5 g，为什么碳酸氢钙的溶解度大于碳酸钙呢？

2 实验分析

一般来说，无机盐的溶解度是酸式盐大于正盐，影响物质溶解度的因素有很多，主要因素是物质本身的结构。物质溶解度的大小与以下因素有关。

(1)化合物本身的极性和溶剂分子的极性有关。

(2)与溶质晶格能的大小有关。

(3)与溶质的溶剂化作用有关(或水合作用)有关。

(4)与是否能生成氢键有关。碳酸氢钙属于离子化合物，易溶于水。

笔者认为，同温同压下，离子晶体的溶解度主要是由晶格能与阴阳离子形成水合离子的能力大小共同决定的。

2.1 晶格能

晶格能是指在标准状态下(298 K)将1 mol离子晶体转化为气态离子所吸收的能量，以符号U表示。晶格能与正负离子电荷成正比，电荷越高晶格能越大；与正负离子的距离成反比，离子半径越大，晶格能越小。

碳酸氢根离子的离子电荷少于碳酸根离子，使得碳酸氢钙的晶格能小于碳酸钙，从而碳酸氢钙的溶解度大于碳酸钙。

酸式盐酸根离子半径的一般小于正盐酸根离子的半径，数据如下：碳酸氢根离子半径16.3 pm，碳酸根离子半径为18.5 pm，钙离子半径为10.6 pm。当碳酸氢根离子和碳酸根离子与相同的阳离子形成化合物时，由于碳酸氢根离子的半径比碳酸根离子小，会使碳酸氢钙晶格能大于碳酸钙，从而碳酸氢钙的溶解度小于碳酸钙。但离子半径大小的影响被电荷抵消，最终共同作用的结果是碳酸氢钙晶格能小于碳酸钙。

2.2 水合热

水合热是指金属阳离子水合作用时所放出的能量。如果一种盐溶于水中所产生的水合热等于晶格能或大于晶格能，则该盐是水溶性的。从水合热方面考虑，虽然碳酸氢根离子半径较小，但是电荷较碳酸根离子少，水合热的总效应降低得更多，碳酸氢根离子和碳酸根离子的水合热分别为-359.48 KJ/mol和-1325.06 KJ/mol。虽然碳酸氢根离子的水合热比碳酸根离子小，水合能力比碳酸根离子弱，溶解能力比碳酸钙小，但是碳酸氢根离子和钙离子的晶格能比碳酸根离子和钙离子的晶格能小。

2.3 晶格能与水合热的比较

再比较两者水合热与晶格能的大小，碳酸氢钙的水合热大于其晶格能，而碳酸钙的水合热小于其晶格能，所以碳酸氢钙易溶于水，而碳酸钙难溶于水。

3 结论

通过晶格能与阴阳离子形成水合离子的能力大小分析，得出碳酸氢钙的溶解度大于碳酸钙的溶解度。

实验教学

2017-07-21