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碳酸盐的溶解性、水解性和热稳定性规律

来源:未知作者:李浩 点击:所属专题: 稳定性 碳酸盐 溶解性
H 2 CO 3 为二元酸,必能生成两类盐:碳酸盐和碳酸氢盐。C原子在这两种离子中均采取sp 2 杂化轨道与外来的4个电子生成四个键,离子为平面三角形。 一、 溶解性 ①碳酸盐:铵和碱金属(Li除外)的碳酸盐易溶于水。其它金属的碳酸盐难溶于水。 ②碳酸氢盐:对于难溶的碳酸

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     H2CO3为二元酸,必能生成两类盐:碳酸盐和碳酸氢盐。C原子在这两种离子中均采取sp2碳酸盐的溶解性、水解性和热稳定性规律杂化轨道与外来的4个电子生成四个键,离子为平面三角形。
     一、溶解性
     ①碳酸盐:铵和碱金属(Li除外)的碳酸盐易溶于水。其它金属的碳酸盐难溶于水。
     ②碳酸氢盐:对于难溶的碳酸盐来说,其相应的碳酸氢盐却有较大的溶解度。
     例如难溶的碳酸钙矿石在CO2和水的长期侵蚀下,可部分地转变为Ca(HCO3)2而溶解:CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2
     对于易溶的碳酸盐来说,其相应的碳酸氢盐却有相对较低的溶解度。例如向浓的碳酸氨溶液通入CO2至饱和,便可沉淀出NH4HCO3,这是工业上生产碳铵肥料的基础。
     溶解度的反常是由于HCO3-离子通过氢键形成双聚或多聚链状有关。
     二、水解性
     碱金属和铵的碳酸盐和碳酸氢盐在水溶液中均因水解而分别显强碱性和弱减性。
     在金属盐类(碱金属和铵盐除外)溶液中加入CO32-离子时,产物可能是碳酸盐、碱式碳酸盐或氢氧化物,一般来说:
     (1)氢氧化物碱性较强的离子,即不水解的金属离子,可沉淀为碳酸盐。
      例如:CO32-+Ba2+→BaCO3
     (2)氢氧化物碱性较弱的离子,如Cu2+、Zn2+、Pb2+、Mg2+等,其氢氧化物和碳酸盐的溶解度相差不多,则可沉淀为碱式碳酸盐。
例如:2CO32-+2Cu2++H2O→Cu2(OH)2CO3↓+CO2
     (3)强水解性的金属离子,特别是两性的,其氢氧化物的碳酸盐的溶解性、水解性和热稳定性规律溶度积小的离子,如Al、Cr、Fe等,将沉淀为氢氧化物。
     例如:3CO32-+2Al3++3H2O→2Al(OH)3↓+3CO2
     因此碳酸钠、碳酸铵常用作金属离子的沉淀剂。

     到底何者生成,要看谁先达到溶度积,因此有以下几种情况:
     a、碳酸盐溶度积小于相应氢氧化物,先达到碳酸盐Ksp,生成碳酸盐沉淀。

     例如:BaCO3CaCO3KspCaCO3=2.5×10-9,KspCa(OH)2=5.6×10-6,此类型的金属离子有:Sr2+Ag+Mn+Fe2+Ni2+Ba2+Ca2+

     b、碳酸盐溶解度与氢氧化物相近,同时达到Ksp,一般生成碳酸盐的溶解性、水解性和热稳定性规律碱式盐沉淀

     例如:2Cu2++2CO32-+H2O→Cu2(OH)2CO3↓+CO2,此类型的金属离子有:Cu2+、Zn2+、Pb2+、Mg2+、Bi3+、Co2+
     c、氢氧化物溶解度小,金属离子强烈水解,生成氢氧化物沉淀。

     例如:2Al3++3CO32-+H2O→2Al(OH)3↓+3CO2,此类型的金属离子有:Cr3+、Fe2+、Sn2+、Sn4+

     以上规律不是一成不变的,随反应条件而改变,如Pb2+加入弱碱性NaHCO3得到PbCO3沉淀。
     三、热稳定性
     热不稳定性是碳酸盐的一个重要性质,一般来说,有下列热稳定性顺序:
     碱金属的碳酸盐>碱土金属碳酸盐>副族元素和过渡元素的碳酸盐
     在碱金属和碱土金属各族中,阳离子半径大的碳酸盐>阳离子半径小的碳酸盐。
     碳酸盐受热分解的难易程度还与阳离子的极化作用有关。阳离子的极化作用越大,碳酸盐就越不稳定。例如H+(质子)的极化作用超过一般金属离子,所以:热稳定性碳酸盐>碳酸氢盐>碳酸。
 

金属离子
离子的外层电子构型
离子半径/pm
分解温度/K
Li+
2
60
1513
Na+
8
95
2017
Be2+
2
31
373
Mg2+
8
65
813
Ca2+
8
99
1170
Sr2+
8
113
1462
Ba2+
8
135
1633
Zn2+
18
74
573
Cd2+
18
97
633
Pb2+

18+2

121
588
Fe2+

14

76
553 

    

 
Na2CO3
CaCO3
FeCO3
CdCO3
PbCO3
构型
8e
8e
不规则
18e
18+2e
分解温度
2017
1170
553
633
588

     可见18e、(18+2)e,不规则电子构型,由于碳酸盐的溶解性、水解性和热稳定性规律离子极化能力大,盐的稳定性差,热分解温度低。
     目前对此的解释:
     ①、热力学观点(宏观上),用分解△rGθ;

     ②、离子极化理论(微观上)。
     没外电场影响时:CO32-是一个等边三角形,三个氧被极化情况相同,形成一个稳定结构。
     当金属离子与CO32-中O2-离子接触时,金属离子Mn+对CO32-中氧产生极化(产生偶极与原偶极相反)—称反极化作用,致使被Mn+极化的O2-和C4+结合减弱,键被削弱,当化合物变热,正离子更加靠近,加强3M—O作用,结果Mn+夺取CO32-中部分O2-离子,形成MO,使CO32-完全破裂,分解为CO2。金属离子极化能力越大,反极化能力越强,碳酸盐热稳定性越差。

(责任编辑:化学自习室)
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