关于NaHCO3Na2CO3与CuSO4反应的探究

关于NaHCO3、Na2CO3与CuSO4反应的探究从初三开设化学这门学课，我便不知不觉喜欢上了它，我尤其对化学实验有着浓厚的兴趣。近两年来，我通过自己动手做实验，并在实验后积极思考，有了不少发现，也学到了很多课本上没有的知识。下面我就一个课外实验引出的问题谈谈自己的认识与收获。一．问题的提出还记得初三讲酸碱盐氧化物时，我便对复分解反应产生了兴趣，我总有一种渴望——看看各种盐都什么样，一次我想制一些CuCO3，来看看一看它的颜色，恰好我家里有CuSO4溶液，根据刚学的复分解反应原理，我只要再弄点可溶性碳酸盐就可以了，由于我家没有Na2CO3，我就去厨房取了一些小苏打——NaHCO3，我取一支试管，将NaHCO3溶解，用胶头滴管向其中加了几滴CuSO4溶液。反应现象与我预期的大不一样：滴入CuSO4溶液后，立刻出现了大量气泡，然后在试管中形成大量蓝绿色的泡沫，快速地向试管口溢出，我急忙把反应溶液倒入废液缸，以防泡沫流到桌子上。这是怎么回事？如果按照初中老师讲的复分解反应原理来看，反应中根本不会出现大量气体和泡沫，只会出现沉淀，而这个反应却既生成了气体又生成了沉淀，这是为什么？二．问题的探究为了寻求上述问题的答案，我去问老师，才知道这是一种水解互促现象。为了搞清什么是水解互促，我自学了高二化学课本的水解一节，得知CuSO4和NaHCO3溶于水的同时会与水发生微弱的水解反应，它们的水解反应的离子方程式分别为：Cu2++2H2O2H++Cu(OH)2HCO3-+H2OOH-+H2CO3当两种溶液单独存在时，它们的水解反应很微弱，但当两者混合时，发生反应：H++OH-==H2O，使得双方水解产生的H+和OH-发生酸碱中和生成极难电离的水，双方水解产物H+和OH-浓度急剧减小，从而使双方水解平衡向右移动，生成CO2气体和相应的沉淀。旧问题解决了，新问题又出现了：生成的沉淀是什么？按照互促水解的反应规律分析，应当是Cu(OH)2。为了搞清沉淀的成分，我取了一个稍大的试管重新进行了实验。反应完毕后，我静置一段时间，观察沉淀的颜色与状态：不是我以前做过的Cu(OH)2的蓝色絮状沉淀，而是蓝绿色颗粒状。这说明沉淀似乎不是Cu(OH)2，为了进一步验证结论，我取出了一部分沉淀，滴加稀盐酸，发现有气体放出，这说明沉淀不是Cu(OH)2，而是铜的其他难溶盐，根据元素守恒，我推测该沉淀只可能是CuCO3或Cu2(OH)2CO3或Cu(HCO3)2，为了搞清沉淀到底是什么，我分别在《化工辞典》中查了这几种化合物，在词典中并无Cu(HCO3)2这种物质，我又查了其他化学词典，并未找到Cu(HCO3)2，而在《化工辞典》中CuCO3一栏中明确写着：“即Cu2(OH)2CO3”。而在Cu2(OH)2CO3一栏中写着：“又称CuCO3，可由CuSO4和NaHCO3研细加入水中而制得”。生成的沉淀终于搞清楚了，可是CuSO4和NaHCO3的互促水解为什么不按照互促水解的一般反应规律发生呢？我又查阅了其他一些化学资料，上面写着互促水解发生条件之一是互促水解生成的氢氧化物溶度积要小于两盐按复分解方式进行所生成的难溶盐的溶度积，但是，若氢氧化物与难溶盐的溶度积相差不大，则复分解与互促水解可以同时发生，如CuSO4和NaHCO3的反应，由于Cu(OH)2和CuCO3溶度积相近，结果生成了CuCO3·Cu(OH)2〔即Cu2(OH)2CO3〕（沉淀可能还混有其他铜的难溶盐，这里只是主要成分）。接着，我试着写出了反应的总反应方程式：2CuSO4+4NaHCO3==3CO2↑+2Na2SO4+CuCO3·Cu(OH)2↓+H2O离子方程式：2Cu2++4HCO3-==3CO2↑+CuCO3·Cu(OH)2↓+H2O可以说这是一个互促水解与复分解并进的反应。事情至此，我基本搞明白了这个反应的原理，可更复杂的事情又随之出现，我后来找到了Na2CO3，又用Na2CO3与CuSO4进行反应，与NaHCO3与CuSO4的反应作了对比后，发现Na2CO3与CuSO4反应放出的气体不如NaHCO3与CuSO4反应放出的多，且沉淀颜色比NaHCO3与CuSO4更偏蓝一些，如图是我做的实验对比。为了探究上述现象的原因，我首先写出了Na2CO3的水解反应方程式：CO32-+H2OOH-+HCO3-HCO3-+H2OOH-+H2CO3由于Na2CO3是两步水解，CuSO4水解产生的H+先结合OH-使平衡向右移动生成HCO3-，再结合OH-才能使平衡向右移动生成CO2，理所当然放出的气体要少于NaHCO3与CuSO4的反应。而后，我试着写出了总反应方程式：5CuSO4+5Na2CO3+3H2O==3CO2+2CuCO3·3Cu(OH)2↓+5Na2SO4由于Na2CO3与CuSO4反应生成的沉淀比NaHCO3与CuSO4生成的沉淀中Cu(OH)2含量更高一些，所以Na2CO3与CuSO4反应生成的沉淀颜色偏蓝一些。三．还有待解决的问题我还有几个问题未搞清：1.《中学化学教师手册》中说Cu(OH)2与CuCO3溶度积相差不大，但我经过查表后发现两者相差很大：Cu(OH)2为5.6×10-20；CuCO3为1.4×10-10(数据查自《化学教学手册》)。2.《化工辞典》中说CuCO3·Cu(OH)2会与Na2CO3形成络合物而溶解，但我经过实验，发现事实并非如此，这些疑点令我百思不得其解。以上是我关于NaHCO3、Na2CO3和CuSO4反应作的相关论述。搞以上研究并得出上述结论花费了我大量时间，为了验证我的猜想作了数十次实验，并最终得出了结论，同时我自己的自学能力也有所提高。也许我的论文还有许多错误，望观此文者多多指教。参考资料：《化工辞典》《中学化学教学手册》《中学教师化学手册》大学《无机化学》