利用化学平衡解释教材中的相关反应１

１、氯气溶于水，为什么难溶于饱和食盐水？

　　氯气溶于水，与水反应有如下的化学平衡：Cl₂＋H₂O HClO＋H⁺＋Cl^－

　　食盐是强电解质，饱和食盐水提供的Cl^－使上述可逆反应生成物浓度增大，平衡向逆反应方向移动。正因为这样，所以实验室制氯气时不能用排水法集气，但可用排饱和食盐水法收集氯气。

　　２、饱和食盐水通入氯化氢气体，为什么会有白色晶体NaCl析出？

　　饱和食盐水是NaCl晶体与水在一定温度下建立的溶解平衡：NaCl(晶) Na⁺＋Cl^－

　　计算得知，20℃时饱和食盐水中[Cl^－]＝5.4mol·L^－1，而当通入氯化氢气体时，即对上述平衡提供了更多的Cl^－，增大了平衡体系中Cl^－的浓度，溶解平衡自然向析出NaCl晶体的方向移动。

　　３、为什么可用浓H₂SO₄与浓盐酸来制取氯化氢？

　　浓盐酸是氯化氢在水中的饱和溶液，即氯化氢与水所形成的溶解平衡体系。若把浓H₂SO₄滴入浓盐酸中，浓H₂SO₄便吸收浓盐酸中的水，破坏了氯化氢在水中的溶解平衡，HCl便从浓盐酸中逸出。当然，浓H₂SO₄溶解时，溶液温度升高也会逸出氯化氢气体。

　　４、为什么固体NaOH投入浓氨水中可制取氨气？

　　浓氨水是氨气在水中的饱和溶液，氨与水有如下的一系列平衡：NH₃＋H₂O NH₃·H₂O NH₄⁺＋OH^－。

　　当在氨水中加入固体NaOH，一则固体NaOH要吸水溶解，这要破坏上述平衡，是促使NH₃逸出的一个原因。但更重要的原因是NaOH属强电解质，将电离产生Na⁺和OH^－，为上述平衡提供大量的OH^－，增大了生成物浓度，从而使平衡朝着氨气逸出的方向移动。

　　５、石灰石(CaCO₃)不溶于水，为什么可溶于碳酸？

　　CaCO₃很难溶于水，但是已溶解的极微量的CaCO₃在水中存在如下的溶解平衡：CaCO₃(固) Ca²⁺＋CO₃^2－

　　碳酸是弱电解质，有如下电离平衡：CO₂+H₂O H₂CO₃ H⁺+HCO₃^－

　　由于H⁺与CO₃^2－结合成HCO₃^－，降低了溶液中CO₃^2－的浓度，破坏了CaCO₃的溶解平衡，致使CaCO₃不断地溶解。只是CO₂在水中的溶解度不大，H₂CO₃的浓度很低，所以尽管H₂CO₃可以溶解CaCO₃，但溶解速度较慢。

　　６、在NaH₂PO₄溶液中滴入AgNO₃溶液，有黄色Ag₃PO₄沉淀生成，如若用HNO₃先将NaH₂PO₄溶液酸化，再加AgNO₃，为什么没有黄色Ag₃PO₄沉淀生成？

　　我们知道，NaH₂PO₄溶于水，有如下的电离平衡：

　　NaH₂PO₄＝Na⁺＋H₂PO₄^－　①　　　H₂PO₄ H⁺＋HPO₄^2－　②HPO₄^2－ H⁺＋PO₄^3－　③

　　可见，在NaH₂PO₄的溶液中，加入AgNO₃溶液，发生如下反应：

　　3Ag⁺＋PO₄^3－＝Ag₃PO₄↓（黄色）

　　当Ag₃PO₄黄色沉淀生成后，H₂PO₄^－再电离出PO₄^3－，并继续与Ag⁺反应，不断生成黄色Ag₃PO₄。但是，随着沉淀的生成，H₂PO₄^－解离出的H+浓度增大，抑制了②③两个平衡向右的继续移动，致使Ag₃PO₄沉淀得不十分完全。

　　如若先加入HNO₃将NaH₂PO₄溶液酸化，则由于溶液中[H⁺]增大，②③两个电离平衡均强烈地向左移动，这时溶液中PO₄^3－的浓度极小，加入AgNO₃后，不能生成Ag₃PO₄沉淀。

　　７、氢氧化镁能溶于氯化铵溶液，而金属镁也能溶于氯化铵溶液，两者原理是否相同？

　　我们从实验中发现，Mg(OH)₂能溶于NH₄Cl溶液中，也能溶于NH₄HCO₃和CH₃COONH₄溶液中，而Fe(OH)₃和Al(OH)₃等沉淀难溶于NH₄Cl等溶液，说明Mg(OH)₂溶于NH₄Cl不是由于NH₄⁺水解，而应从下列综合平衡来解释。

　　

　　相当于发生下列反应：Mg(OH)₂＋2NH₄⁺ Mg²⁺＋2NH₃＋2H₂O

　　从实验中发现，将镁片投入饱和NH₄Cl溶液中，镁片上有气泡产生(氢气),这应从下面的反应来解释：

　　NH₄⁺＋H₂O NH₃·H₂O＋H⁺　Mg＋2H⁺＝Mg²⁺＋H₂ ↑

　　８、氢氧化铝为什么既能在强酸中溶解，又能在强碱中溶解？

　　氢氧化铝具有两性，其电离方程式可表示如下：

　　H₂O＋AlO₂^－＋H⁺      Al(OH)₃        Al³⁺＋3OH^－

　　（酸式电离）　　　　　　　　  （碱式电离）

　　由于其电离程度相当微弱，绝大多数Al(OH)₃在水中并未溶解，当加入强酸时，H⁺中和了碱式电离中产生的OH^－，从而破坏了氢氧化铝的电离平衡，使平衡向生成OH^－方向移动，这样氢氧化铝就在强酸中溶解了。同理，当加入强碱溶液时，OH^－要中和酸式电离中产生的H⁺，使平衡向酸式电离方向移动，氢氧化铝在强碱中也得到了溶解。

　　９、把AlCl₃溶液蒸干灼烧，最后得到的主要产物为什么是Al₂O₃？

　　AlCl₃是强酸弱碱盐，在溶液中水解而呈酸性，由于水解吸热，升高温度可以促进水解：AlCl₃＋3H₂O Al(OH)₃＋3HCl；又因为盐酸是挥发性酸，随温度升高，盐酸挥发使平衡不断地向水解方向移动，最后生成Al(OH)₃，又经灼烧，使不稳定的Al(OH)₃分解，2Al(OH)₃ Al₂O₃＋3H₂O，所以AlCl₃溶液经蒸干灼烧，最后得到的主要产物是Al₂O₃。

　　10、常温下，将CO₂通入饱和食盐水中不能生成NaHCO₃沉淀，而将CO₂通入用氨气饱和的食盐水中却能生成NaHCO₃沉淀，这是为什么？

将CO₂通入饱和食盐水时，存在如下平衡：CO₂＋H₂O  H₂CO₃ H+＋HCO₃^－（①式），此时溶液中的[HCO₃^－]很小，尚不足以形成NaHCO₃沉淀。而在氨气饱和的食盐水中，有如下平衡：NH₃＋H₂O NH₃·H₂O NH₄^＋+OH^－（②式），当再通入CO₂ 会平衡右移产生更多HCO₃^－ 从而生成NaHCO₃沉淀（溶解度小）

11、已知工业真空炼铷的反应是：2RbCl＋Mg MgCl₂＋2Rb(气)，此方法为什么能实现炼铷？

　　在碱金属中铷比钠活泼，当然比镁活泼，从金属活动性上显然不能解释。但转换角度，从化学平衡上分析，铷的沸点比镁低，把铷蒸气抽出时，平衡右移，这样就实现了工业真空炼铷。

　　12、铜不能与盐酸反应，但却不能与氢硫酸反应而置换出氢气，这是为什么？

　　虽然从金属活动性顺序上看铜不可能置换出酸中氢，但由于任何反应都有一定的可逆性，Cu＋H₂S＝CuS↓＋H₂↑这一反应也同样存在，再由于CuS的电离度比H₂S小得多，这样平衡就向生成CuS方向移动，因此铜能与氢硫酸反应而置换出氢气。同理，银能与氢碘酸发生反应2Ag＋2HI＝2AgI↓＋H₂↑.

　　13、健康人的血液PH值为什么基本上稳定在7.35～7.45之间？

　　原来人的血液里存在着H₂CO₃－HCO₃^－缓冲系统。在这一缓冲系统中加入少量的酸和碱，其PH值无显著的变化。而纯水无缓冲能力，加入少量的酸或碱都会使溶液PH值改变几个单位。

在H₂CO₃－HCO₃^－缓冲系统（混合液）中，存在着H₂CO₃ H⁺＋HCO₃^－的电离平衡。加入少量酸，必使平衡逆向移动，生成更多的碳酸，从而分解出更多的CO₂和H₂O。通过肺部排出体外，这就防止了pH值减小。当加入少量碱时，所加入的OH^－和H⁺相中和，可以使电离平衡正向移动，以增大血液酸度补偿损失。这时，身体的反馈作用就表现为通过肺部减少CO₂的排出量，通过肾脏增加HCO₃^－的排出量。正是由于血液里存在着抗酸抗碱的缓冲系统，加之体内外的补偿机制同时协作发挥影响，使血液里的PH值基本稳定在7.35～7.45之间。