碳酸根的性質(zhì)2019

1、碳酸根的性質(zhì)連云港堿業(yè)有限公司孫維兵一、碳酸根化合物在水中的離子積（溫度251時）CO2+H2O = H+HCO3-電離常數(shù) K1 值為 4.45x10-7 = 10-6.35。HCO3-=H+CO32-電離常數(shù) K2 值為 4.69x10-11 = 10-io.33某碳酸鹽水溶液中，存在：H+ + HC03- + C032- = C并且原則上，H+ 和C032-互相沖突，即C032-上升到 某一值時,H+ 非常低，0H-可能達(dá)到10-3mol/L以上。或者即 H+ 上升到某一值時,CO32-非常低（低的數(shù)量級約10一6 10-12M）。因 此，我們可以粗略假定，H+ 和CO32-互相沖突，基

2、本可以算只 有一種存在。二、碳酸根電離度與PH值的關(guān)系（溫度251時）1、我們知道，水溶液的pH值= -lg H+ 即水中的H+ 與PH 值呈現(xiàn)一一對應(yīng)的關(guān)系。純碳酸氫鈉PH值在8.3到8.4之間。201034.555.566.577.588.3599.51010.51111.512碳酸氫鈣的溶解度（16.60/100g純水）的溶解度比碳酸鈣的溶解度（0.003/100g純水）大的多，因此碳酸氫鈣的飽和溶液相當(dāng)于2M的HCO3-，此時PH值為8-31M 碳酸氫氨水溶液呈堿性 25C時ph=7.8。1M 碳酸氫鈉水溶液呈堿性 25C時 PH=8.35。上圖左部分：f1H+f1HCO3-/CO2=

3、K1=4.45x 10-7f1是離子的活度。如果濃度較低的（小于0.1M），可以粗略取100%。兩邊對數(shù)，有下 式：PH+P f1HCO3-pCO2=7-0.648=6.352 其中 P f1=-lg1=0pH=6.352+lgHCOlgCO,就是上圖中的左邊部分。而右部分32根據(jù) HCO3-=H+CO32-電離常數(shù) K1 值為 4.69x10-11 = 10-10.33方法一：0.1M的碳酸氫鈉pH值pH+p f1 CO32-p f2 HCO3-=10.33粗略有 pH=10.33+ pHCO3- p CO32-但 pH 和 p CO32-不等，無法準(zhǔn)確計算。即經(jīng)過修正，HCO3-+H2O

4、= H2CO3+OH-水解離子積為Kh2=3.9x 10-n。H2CO3 OH-相等因此有下式：2pOH-pHCO3-=-11+0.5912pOH-=-11.409, pOH-=-5.705PH=-pH+=14+ pOH-=8.295即0.1M值碳酸氫鈉計算PH值約8.3，同理 1M值pH值約8.8但是實際值為8.35此種原因是活度的影響。f1是活度。如果濃 度較低的0.1M以下的，可以取100%。小蘇打用多元酸的簡化公式H+2=k1.k2，它的pH值基本與濃度無關(guān)，當(dāng)濃 度 Ck1K2jf，可以用本式計算。H+2=k1.k2=4.3x10-7x5.61x4.310-11H+=4.3x10-9

5、M，pH 值為 8.31。方法二：0.1M的碳酸鈉pH值，水解堿性一次水解CO32-+H2O= HCO3-+OH-Khi= HCO3-x OH-/ CO32-其中 HCO3-=H+CO32-電離常數(shù) K2 值為 4.69x10-ii = 10-io.33 =K2=H+x CO32-/ HCO3-將 K2 代入匕1 得到KH1= HCO3-x OH-/ CO32-=H+OH-/K2=Kw/K2 = 2.13x10-4 二次水解存在以下公式：hco3-=oh-+co2Kh2=OH-x CO2/ HCO3-其中 CO2+H2O = H+HC03-電離常數(shù) K1 值為 4.45x 10-7 =10-6

6、.35=H+ hco3-/ co2代入 kH2KH2=OH-x C02/ HC03- = H+OH-/K1=Kw/K1 =2.24x10-8 與一次水解數(shù)據(jù)級差較大，因此，二次水解可以忽略不計。習(xí)題：已知K14.69x10-110.1M的碳酸鈉存在以下關(guān)系：HCO3-x 0H- = OH-2 = CO32-xKw/K2 = 0.1x10-14/ ( 4.69x10-11 )= 4.62x10-3pOH-=-2.335, 0.1M 的碳酸鈉 pH=14+ p0H-=11.67關(guān)于不同離子的活度f1幾價離子0.0010.0050.010.050.1一價0.960.950.930.850.8二價0.

7、860.740.650.560.46三價0.720.620.520.280.2Lh四價0.540.430.320.110.06天然水中，溶解的碳酸鹽為主要為碳酸氫鈣，以及部分碳酸氫鈉， 被農(nóng)業(yè)污染的水源中含有碳酸氫銨。工業(yè)污染含有氯化鈣和硫酸鈉等 雜質(zhì)。天然水中，當(dāng)PH值在8.3以下時，水中二氧化碳和PH值及重 碳酸根保持平衡，當(dāng)PH值下降時，液體中二氧化碳濃度上升會使碳 酸鈣溶解；當(dāng)水中二氧化碳消失時（水溫上升），會使重碳酸根分解 生成碳酸鈣沉淀物。關(guān)于給排水和水處理常溫，首選常溫是221,這是因為房間總 是保持這樣的常溫。其次是251。再次是181。最后才是我國正常 的工程常溫201。物質(zhì)

8、的離子積應(yīng)該標(biāo)明溫度。天然水中不同pH值下的重碳酸根、碳酸根和二氧化嘛H2CO3 )的比例表：其中碳酸氫鈉飽和溶液PH值一般在8.35左右。較高濃度緩沖溶液數(shù)據(jù)表pH44.555.566.577.588.599.51010.5H.CO.99.698.795.98869.942.3二6.82.30.70.200023HCO.-_0l4.3_4_1-A2_30 157 7_93_97 397 895 395 3_68_40 23CO_2-00000000.20.41.54.54.53259.83NH+10010010010010099.899.498.494.78564.236.315.25.4N

9、H4OH000000 2061 6531535 863 784 894 6H3PO4-J.3_Q_4_0_1_0_0H2PO4-98.699.499.39894.283.661.733.813.94.91.60.50.10HPO42-0.10.20.62.05.816.438.366.286.195.198.399.298.996.9PO43-_0_0_0_1_03_d.0_3J_2、碳酸根、重碳酸根、和二氧化碳的比例表是分析在不同PH 值下的天然水質(zhì)分析是否錯誤的一個核算指標(biāo)。堿度Alk，把水中的pH值降低到相當(dāng)于純二氧化碳水溶液所必 須中和的水中堿性物質(zhì)的總含量。分酚酞堿度和甲基橙總堿度。

10、Alk=HCO3-+2CO32-+OH-H+3、碳酸鈉的水解Na2CO3+H2O=NaHCO3+NaOH 相當(dāng)于 CO32-+H2O=HCO3-+OH-水解一級離子積為 Kh1=1.8x10-4。H2CO3+ H2O = HCO3-+H+ H2O 碳酸一級電離常數(shù) K1 4.3x 10-7取值。HCO3-+H2O = H2CO3+OH-水解二級離子積為 Kh2=2.3x10-8。HCO3-+H2O = CO32-+H+H2O 碳酸二級電離常數(shù) K2 5.61 x 10-11取值。將 K2 代入 Kh1 得到H+ OH-/K2= Kh1 將 K1 代入 Kh2 得到H+ OH-/K仁 Kh2 因

11、此，Kh1 = 10-i4/5.61x10-ii = 1.79x10-4Kh1=10-i4/4.3x10-7 = 2.33x10-8在碳酸鈉一級水解時，HCO3-和OH-濃度相等，Kh1=OH-2/ (CO32- OH-)，并且存在CO32- OH- = CO32-,所以存在 OH-2=1.79x10-4x CO32-。示例1 ,0.1M的碳酸鈉的水解后pH值是多少？解：OH-2=1.79x10-4x CO32- = 1.79x10-5OH- = 4.23x10-3M，查 pOH-=-(-3+0.63)=2.37則pH=14-pOH-=11.63可見0.1M碳酸鈉僅水解4.23%，呈弱 堿性。

12、示例2 , 0.1M的碳酸氫鈉的水解后pH值是多少？解：HCO3-+H2O = H2CO3+OH-水解離子積為 Kh2=2.33x10-8Kh2=2.3x10-8= H2CO3 OH-/0.1OH-2=2.3x10-7 , OH-=4.8x10-4pOH-=-(-4+0.68)=3.32計算pH=14-pOH- = 10.68 ,但實際中pH值為8.35，錯誤在什 么地方呢？原來這是碳酸鈉推導(dǎo)的公式，不能應(yīng)用于碳酸氫鈉水 解。據(jù)此 pH 值為 8.30，它的 pOH-=-(-6+0.30) , OH- = 1.99x10-6Kh2= H2CO3 OH-/0.1 =3.96x10-11即經(jīng)過修正

13、，HCO3-+H2O = H2CO3+OH-水解離子積為Kh2=3.9 x 10-11 ,這個是粗算，Kh2值不準(zhǔn)的。4、強(qiáng)酸弱堿鹽所生成鹽的水解氯化銨在溶液中水解 nh4+h2o=nh3.h2o+h+它的離子積為Kh。NH3.H2O= NH4+OH+它的離子積為K，取值為1.79x10-5 將 K代入 Kh得到 Kh= NH3.H2O.H+/ NH4+=10-14/K=5.59x10-10 H+2=5.59x10-10 x NH4+如果0.1M氯化氨則H+=7.48x10&它的pH值約為5.13。注意 這個濃度越低越準(zhǔn)確，高于1M誤差較大。5、弱酸強(qiáng)堿鹽所生成鹽的水解例如醋酸鈉NaAc,存在

14、Ac-+H2O=HAc+OH-,假定它的離子積為 Kh。HAc+H2O=H+Ac-+H2O ,它的離子積為 K值為 1.76x10-5 將 K 代入 Kh 得到 Kh= HAc. OH-/Ac-=10-i4/K=5.68x10-i0 OH-2=5.68x10-i0 xAc-計算0.1MNaAc溶液的pH值。OH-2=5.68x10-10 x0.1=56.8x10-12 , OH-=7.54x10-6pOH-=-(-6+0.88), pH=14- pOH-=8.88pH 值為 8.88。6、弱酸弱堿鹽形成的水解如醋酸銨，由于醋酸 它的離子積為 K值為1.76x 10-5，氨 NH3.H2O= N

15、H4+OH+它的離子積為K為1.79x10-5基本相等，呈中 性。如碳酸銨(NH4)2CO3,由于 CO32-+H2O=HCO3-+OH-,水解一級離 子積為 Kh1=1.8x10-4。NH4 水解 NH4+H2O=NH3.H2O+H+ 它的離子 積 Kh5.59x10-10。另外存在 NH4+OH-=NH3.H2O 離子積為 K值為 1.76 x 10-5o因此雙方差距較大，OH-優(yōu)勢水解后呈較強(qiáng)堿性，數(shù)據(jù)不好計 算，估計在9到10之間。如碳酸氫銨NH4HCO3, HCO3-+H2O = H2CO3+OH-水解離子積為 Kh2=2-3x 10-8，NH4 水解 NH4+H2O=NH3-H2O

16、+H+ 它的離子積Kh5.59x10-i0O因此水解后OH-優(yōu)勢，呈弱堿性約7.8左右。三、各主要化學(xué)反應(yīng)的具體應(yīng)用1、碳酸鈣法鍋爐煙氣脫硫碳酸鈣法鍋爐煙氣脫硫是常用的脫硫方法之一，主要脫硫劑為粉 狀碳酸鈣。也可為純堿行業(yè)白泥，白泥主要含約30到50微米的碳 酸鈣、部分氫氧化鎂和鹽泥的水混合物，或者水處理灰乳碳酸鈉處理 后的沉降泥等。鍋爐煙氣中的酸性有害物二氧化硫、二氧化碳、二氧 化氮和堿性粉塵溶解在脫硫塔白泥的緩沖溶液中，發(fā)生多種反應(yīng)：SO2+H2O=H2SO3（酸性）（煙氣中濃度約600毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米）CO2+H2O=H2CO3（酸性）（煙氣濃度約 15% ,約 14000Pa ）3NO

17、2+H2O=2HNO3+NO（酸性）（煙氣中濃度約50毫克/標(biāo)準(zhǔn)立 方米）脫硫塔中主反應(yīng) CaCO3+2H+ =Ca2+H+HCO3-由碳酸氫鈣的溶解度我們可知，一立方米水中可以溶解166千 克的碳酸氫鈣，而脫硫塔中白泥泥漿一立方米含碳酸鈣約150-200 千克左右PH值一般在5.0-7.0，因此在脫硫塔中碳酸氫鈣沒有達(dá)到 飽和值（達(dá)到飽和值時PH應(yīng)為8.3，從這一點看，鍋爐煙氣中二氧 化碳同樣會溶解進(jìn)入液體中溶解固體狀的碳酸鈣微米級顆粒。因此在白泥碳酸鈣作脫硫劑的脫硫塔內(nèi)，當(dāng)PH值小于8.3時， 不會發(fā)生堅硬級碳酸鈣固體結(jié)垢，而是仍然保持在微米級被溶解的碳 酸氫鈣狀態(tài)。當(dāng)白泥溶液PH值從5.

18、0向7.0上升時，煙氣中二氧化 硫和二氧化氮會下降較大，二氧化硫可能下降到15或10毫克/標(biāo)準(zhǔn) 立方米以下，說明脫硫、脫氮和脫碳的效率在提高，煙氣質(zhì)量上升， 同時，也不會形成堅硬級碳酸鈣固體結(jié)垢，要求煙氣中的二氧化硫值 控制在15毫克/標(biāo)準(zhǔn)立方米以上并沒有理論和實際上的意義，反而可 能造成長時間脫硫塔進(jìn)液流量下降到5立方米/時以下，導(dǎo)致漿液閥門或管道堵塞。同樣，用氫氧化鈣用脫硫劑時，PH值控制在8.3以下，也不會 發(fā)生堅硬的碳酸鈣固體結(jié)垢而是保持在碳酸氫鈣被溶解狀態(tài)，對氫氧 化鈣用作脫硫劑防止結(jié)堅硬級垢狀物的措施也是保持PH值在8以 下。2、純堿碳化塔純堿碳化塔，是用接近飽和氨鹽水與0.37M

19、pa二氧化碳?xì)獍l(fā)生 中和反應(yīng)，生成碳酸氫鈉沉淀物和氯化銨。主要反應(yīng)如下：在碳化塔的清洗塔中形成中和水oCO2+2HN4OH=(NH4)2CO3 ， 二氧化碳濃度為50-70tto在碳化塔的制堿塔上部，(NH4)2CO3 +CO2+H2O= 2NH4HCO3 和CO2+HN4OH=NH4HCO3o以前一個反應(yīng)為主。實質(zhì):2NH3.H2O + CO2+H2O = NH2COO.NH4+2H2O= NH4HC03 + NH3.H2O。 NH2COO.NH4氨基甲基銨是中間產(chǎn)物，另一中間產(chǎn)物是NH4HC03碳化塔中下部反應(yīng)如下：NH4HCO3+NaCl=NaHCO3 ； +NH4C1碳酸氫鈉溶解度低

20、在接近飽和的HC03-和Na+作用下形成沉淀 物。這是純堿碳化塔的主要反應(yīng)。碳酸氫鈉再送到蒸汽煅燒爐內(nèi)加熱 形成粉狀碳酸鈉。3、化肥碳化塔碳酸氫銨生產(chǎn)，和純堿碳化塔主反應(yīng)一樣，不過是氨水和二氧化 碳?xì)夥磻?yīng)。如果在溶液中反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物含水成碳酸氫氨，嚴(yán)重失水 則成尿素。2NH3 +2C02+H20= 2NH4HC03如果失水 CO2+2HN4OH=(NH4)2CO3如果再失水，則是生產(chǎn)尿素反應(yīng)CO2+2HN3=NH2CONH2+H2O。 化肥尿素、碳酸銨和碳酸氫銨，本質(zhì)上屬于一族的物質(zhì)反應(yīng)組。 失水不失水問題，充上水后都是一種物質(zhì)。4、關(guān)于預(yù)處理加灰乳脫鈣和重碳酸根，降低脫鹽酸堿耗。一些脫鹽工序，預(yù)處理加氫氧化鈣灰乳脫鈣和重碳酸根，主要要 根據(jù)水質(zhì)分析