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弱酸制强酸经典赏析

来源:未知作者:邵磊 点击:所属专题: 强酸制弱酸
1、氢硫酸制硫酸 1.方程式:CuSO 4 +H 2 S== CuS + H 2 SO 4 2.平衡常数K=7.143×10 14 3.显然能发生反应,原因也很简单,Cu离子的存在,促进了氢硫酸的电离,得到强酸(硫酸) 2、醋酸制亚硝酸 1.已知电离常数K(CHCOOH)=1.76×10 -5 ,K(HNO 2 )=4.6×10 -4 2.方程式

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1、氢硫酸制硫酸

1.方程式:CuSO4+H2S== CuS + H2SO4

2.平衡常数K=7.143×1014

3.显然能发生反应,原因也很简单,Cu离子的存在,促进了氢硫酸的电离,得到强酸(硫酸)


2、醋酸制亚硝酸

1.已知弱酸制强酸经典赏析电离常数K(CHCOOH)=1.76×10-5,K(HNO2)=4.6×10-4

2.方程式:CHCOOH+NO2 == HNO2+CH3COO

3.平衡常数K=0.0382,依据该常数的大小,可以发现,以上过程似乎发生的程度不大,但由于存在HNO2= H2O+NO↑+NO2,使得以上反应可以往正反应方向移动;或者说,醋酸比较稳定,而亚硝酸不稳定,该过程的原理就不主要是强弱问题,而是熵增问题。事实上,固体食盐和工业盐完全可以用醋酸来鉴别,后者加醋酸以后,可以看到有红棕色气体产生。

4、已知HNO2的酸性比醋酸略强,某同学在家中欲进行鉴别NaCl与NaNO2的实验,但他家中只有浓醋酸,请问该实验能否成功?说明理由。

能成功,因为①NaNO2+CHCOOH=HNO2+CHCOONa;②2HNO2=H2O+NO↑+NO2↑ ②式的发生使①式向正反应方向移动,醋酸加到NaNO2中出现红棕色气体而NaCl无此现象,这也就是用弱酸制强酸经典赏析亚硝酸盐和醋酸来制备亚硝酸的原理。

理论分析:醋酸酸化法制备亚硝酸的可行性

本制备实验发生的化学反应可表示为:

HAc(l)+NaNO2(s)=HNO2(l)+NaAc(l)

或:2HAc(l)+2NaNO2(s)==2HNO2(l)+2Na(aq)+2Ac(aq)

N2O3(g)+H2O(l)== NO2↑+NO↑

根据公式:ΔrH=ΣvBΔFH(B)     ΔrS=ΣvBS(B)       ΔrG=ΔrH—TΔrS

从化学数据手册[3-4]中可查得到:


ΔFH(HAc,l)=-487KJ·mol-1

ΔFH(N2O3,g)=92.9KJ·mol-1

ΔFH(H2O,l)=-286KJ·mol-1

ΔFH(NaNO2,s)=-359KJ·mol-1

ΔFH(Na,aq)=-239.6KJ·mol-1

ΔFH(Ac,aq)=-488.8KJ·mol-1

S(HAc,l)=160J·K-1mol-1

S(NaNO2,s)=103.8JK-1mol-1

S(N2O3,g)=355.7J·K-1mol-1

S(H2O,l)=70.1J·K-1mol-1

S(Na,aq)=59J·K-1·mol-1

S(CH3COO,aq)=86.6J·K-1·mol-1


计算得到亚硝酸制备过程中的焓变和熵变分别为:

ΔrH=42.1KJ·mol-1, ΔrS=189.4J·K-1·mol-1

ΔrG=ΔrH—TΔrS=42.1KJ·mol-1—288×189.4K-1·mol-1×10-3=-12.45KJ·mol-1<0 (288K)

说明在焓增加的数值不很大时,显著的熵增加因素主导了化学反应自发进行的方向,因而使醋酸酸化法制备亚硝酸反应顺利进行,可以在室温下用醋酸代替稀硫酸制备亚硝酸。


3、亚硫酸氢钠和碳酸氢钠溶液反应得到二氧化碳

1.方程式:HSO3 +HCO3 =H2CO3+SO32

2.平衡常数K=0.237,从常数上看,反应难以进行或者说程度不大

3.但是,由于存在H2CO3=CO2+H2O来看,可以促进该过程往右进行。

4.HSO3 +HCO3 =H2CO3+SO32(1) K1=0.237

H2CO3=CO2+H2O(2) K2=33237

已知:二氧化碳溶于水,其中0.17%反应生成碳酸,其余99.83%仍然保持二氧化碳的形式。

假设饱和碳酸总浓度为C,c(H2CO3)=0.17%C      c(CO2)=99.83%C      c(H2O)=55.6mol/L ,

H2CO3 = CO2 + H2O(2)

0.17%C 99.83%C 55.6(平衡浓度)

据此,计算出K2=33237

因此:HSO3 +HCO3 = CO2+H2O +SO32的平衡常数K= K1×K2=7884.248,常数很大,完全可以发生。

5. HSO3 +HCO3 = CO2+H2O +SO32是一个熵增的过程,这里也是熵增起了主导作用,可以自发,即从自由能来看,可以自发,但是否在常温下能都自发,还需要进一步计算。


4、 磷酸制盐酸


将磷酸滴入氯化钠中:采用高沸点非弱酸制强酸经典赏析氧化性酸制低沸点酸的原理。

反应的方程式是:2NaCl+H3PO4(浓)══Na2HPO4+2HCl↑

实验步骤是按用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气的实验装置组装,在烧瓶中加入氯化钠晶体,在分液漏斗中注入浓磷酸。最后点燃酒精灯,用向上排气法收集氯化氢气体。尾气则用30%氢氧化钠溶液吸收。

注:无论是用磷酸还是硫酸来制取氯化氢气体,并不是浓度越大越好。浓度越大,吸水性越强,且酸多数以分子形式存在电离出来的氢离子很少。氯化钠也难电离出氯离子,从而导致产生的氯化氢气体的速度较慢。结果显示H2SO4浓度较大时(70%以上)都会有SO2气体伴随生成,是因为H2SO4浓度较高时,其氧化性比较强,和氯化钠发生氧化还原反应,所以有SO2杂气体生成。H2SO4浓度较低时,虽没有SO2杂气体生成,但是产气速度较慢,是因为氢离子的浓度下降,导致氢离子与氯离子结合生成氯化氢气体的机会小所以产气速度较慢。对于用H3PO4时,其浓度范围59%—80%时产气速度较适宜,其中在60%—75%这个浓度范围产生气体较平稳,并且无杂质气体产生,是因为磷酸是非氧化性酸,又可以提供足够的氢离子。且具有强吸水性,有利于气体的逸出。

H3PO4和NaCl晶体在加热条件下制取HCl气体时,H3PO4的物质的量应相对过量,NaCl晶体中加入少量水稀释情况下反应更快,H3PO4和NaCl混合均匀产生的气体较平稳些。用磷酸代替硫酸,生成氯化氢气体的纯度高。磷酸浓度范围相对于硫酸要宽一些,装置中减少了除SO2的净化装置,装置简易,但由于H3PO4的价格约是H2SO4的5倍,从而使成本提高了。采用浓度在50%—80%范围的H3PO4和5g 氯化钠(按照需求量按照比例反应)在加热的条件下反应制取氯化氢气体较好。


5、类似的原理

1.氯水久置后变盐酸——次氯酸的不稳定,使得平衡不断右移动(当然该过程焓变可能小于0)

2.二氧化硅和碳酸钠反应得到硅酸盐和二氧化碳

3.在一定温度下,钠和氯化钾反应得到钾蒸汽和氯化钠

4.硫酸钡转化为碳酸钡,不断通过浸泡,过滤,再浸泡达到目的

5.过氧化钠和水反应,也是因为产物的不稳定,使得过氧化钠和水反应剧烈(当然该过程焓变小于0)

(责任编辑:化学自习室)
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