《碳酸鹽水解》課件

碳酸鹽水解課程目標(biāo)1理解概念掌握碳酸鹽水解的基本定義2掌握機(jī)理了解反應(yīng)過程和影響因素3學(xué)習(xí)應(yīng)用什么是鹽類水解？定義鹽類在水溶液中與水分子發(fā)生的相互作用本質(zhì)弱酸(堿)根離子與水分子的反應(yīng)特征碳酸鹽的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征碳酸根離子為平面三角形C-O鍵長(zhǎng)相等帶有兩個(gè)負(fù)電荷常見類型Na?CO?（碳酸鈉）NaHCO?（碳酸氫鈉）CaCO?（碳酸鈣）碳酸根離子的水解過程第一步水解CO?2?+H?O?HCO??+OH?第二步水解HCO??+H?O?H?CO?+OH?碳酸分解碳酸鹽水解的本質(zhì)弱酸強(qiáng)堿鹽碳酸是弱酸，對(duì)應(yīng)堿較強(qiáng)1水分子的作用提供H?與弱酸根反應(yīng)2OH?積累導(dǎo)致溶液呈堿性3動(dòng)態(tài)平衡水解是可逆反應(yīng)碳酸鈉的水解反應(yīng)方程式Na?CO?+H?O?2Na?+HCO??+OH?溶液性質(zhì)呈堿性，pH>7水解特點(diǎn)碳酸氫鈉的水解反應(yīng)方程式NaHCO?+H?O?Na?+H?CO?+OH?溶液性質(zhì)微堿性，pH略大于7水解特點(diǎn)水解程度較小水解程度比較9.5Na?CO?溶液pH水解程度大8.5NaHCO?溶液pH水解程度小7.0中性溶液pH參考值影響碳酸鹽水解的因素溫度升高促進(jìn)水解濃度稀釋促進(jìn)水解pH值影響反應(yīng)方向溫度對(duì)水解的影響低溫水解程度低升溫平衡右移高溫水解程度高濃度對(duì)水解的影響pH值對(duì)水解的影響加入酸H?消耗OH?平衡移動(dòng)水解反應(yīng)右移結(jié)果水解被抑制碳酸鹽水解的應(yīng)用：洗滌堿性環(huán)境有效去除油污皂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化油脂為可溶性物質(zhì)軟化水質(zhì)與Ca2?、Mg2?形成沉淀碳酸鹽水解的應(yīng)用：pH調(diào)節(jié)9.5Na?CO?溶液用于調(diào)節(jié)強(qiáng)酸性環(huán)境8.5NaHCO?溶液用于溫和調(diào)節(jié)pH7.0中性目標(biāo)某些工業(yè)過程的需求碳酸鹽水解的應(yīng)用：緩沖溶液組成NaHCO?和Na?CO?混合功能抵抗pH變化原理共軛酸堿對(duì)的平衡作用碳酸鹽水解的應(yīng)用：食品工業(yè)堿性物質(zhì)NaHCO?作為膨松劑產(chǎn)氣反應(yīng)與酸反應(yīng)釋放CO?改善質(zhì)地使烘焙食品松軟蓬松碳酸鹽水解的應(yīng)用：環(huán)境保護(hù)酸性廢水工業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)物加入碳酸鹽Na?CO?中和處理2中和效果pH值恢復(fù)至環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境友好無(wú)有害副產(chǎn)物碳酸鹽水解的應(yīng)用：農(nóng)業(yè)酸性土壤改良添加碳酸鈣中和酸性提高養(yǎng)分有效性適宜pH促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分吸收改善土壤結(jié)構(gòu)Ca2?促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成碳酸鈣的水解1溶解過程CaCO?微溶于水2電離過程CaCO??Ca2?+CO?2?3水解反應(yīng)CO?2?+H?O?HCO??+OH?4平衡建立溶液呈微堿性碳酸鈣水解的特殊性溶解度積的影響Ksp=[Ca2?][CO?2?]CaCO?溶解度極低水解程度受限共同離子效應(yīng)Ca2?或CO?2?存在時(shí)溶解度進(jìn)一步降低水解反應(yīng)受到抑制碳酸氫鈣的水解溶解過程Ca(HCO?)?易溶于水電離過程Ca(HCO?)??Ca2?+2HCO??水解反應(yīng)HCO??+H?O?H?CO?+OH?特點(diǎn)溶液呈弱堿性碳酸鹽水解與水的硬度暫時(shí)硬水含Ca(HCO?)?、Mg(HCO?)?加熱時(shí)沉淀CaCO?、MgCO?形成水垢永久硬水含CaSO?、MgSO?等加熱不會(huì)沉淀需化學(xué)方法軟化石灰石的溶解與水解CO?溶解CO?+H?O?H?CO?1碳酸解離H?CO??H?+HCO??2石灰石溶解CaCO?+H??Ca2?+HCO??3循環(huán)過程環(huán)境變化導(dǎo)致沉淀或溶解4碳酸鹽巖溶地貌的形成實(shí)驗(yàn)：碳酸鈉溶液的pH測(cè)定準(zhǔn)備溶液配制不同濃度Na?CO?溶液校準(zhǔn)儀器使用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液校準(zhǔn)pH計(jì)測(cè)量pH值記錄各濃度溶液的pH值分析結(jié)果計(jì)算水解度與濃度關(guān)系實(shí)驗(yàn)：碳酸氫鈉溶液的pH測(cè)定1準(zhǔn)備溶液配制不同濃度NaHCO?溶液控制溫度確保恒溫環(huán)境測(cè)量pH值記錄各濃度溶液的pH值數(shù)據(jù)處理計(jì)算水解度和水解常數(shù)實(shí)驗(yàn)：溫度對(duì)碳酸鹽水解的影響溫度(°C)Na?CO?水解度NaHCO?水解度實(shí)驗(yàn)：濃度對(duì)碳酸鹽水解的影響濃度(mol/L)Na?CO?水解度碳酸鹽水解的定量分析水解常數(shù)計(jì)算Kh=Kw/Ka2(CO?2?)水解度計(jì)算h=√(Kh/c)pH值預(yù)測(cè)pH=7+1/2log(Kh·c)碳酸鹽水解平衡常數(shù)鹽類反應(yīng)水解常數(shù)Na?CO?CO?2?+H?O?HCO??+OH?Kh=[HCO??][OH?]/[CO?2?]NaHCO?HCO??+H?O?H?CO?+OH?Kh=[H?CO?][OH?]/[HCO??]碳酸氫根的兩性作為酸HCO??+OH??CO?2?+H?O在堿性環(huán)境中釋放H?作為堿HCO??+H??H?CO?在酸性環(huán)境中接受H?碳酸鹽緩沖溶液的原理組成HCO??/CO?2?體系加酸時(shí)H?+CO?2?→HCO??加堿時(shí)OH?+HCO??→CO?2?+H?O碳酸鹽緩沖溶液的應(yīng)用生物體內(nèi)HCO??/H?CO?維持血液pH工業(yè)過程控制反應(yīng)體系pH穩(wěn)定農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供穩(wěn)定土壤環(huán)境碳酸鹽水解與酸堿指示劑碳酸鹽水解與沉淀堿性環(huán)境OH?濃度增加1金屬離子Fe3?,Cu2?等重金屬2形成沉淀M(OH)n↓不溶性氫氧化物3水處理去除有害金屬離子4碳酸鹽水解與復(fù)分解反應(yīng)酸的加入HCl+Na?CO?→NaCl+NaHCO?繼續(xù)反應(yīng)HCl+NaHCO?→NaCl+H?CO?碳酸分解H?CO?→H?O+CO?↑碳酸鹽水解與氣體溶解度溫度(°C)CO?溶解度(g/L)碳酸鹽水解在自然水體中的作用pH調(diào)節(jié)碳酸鹽緩沖系統(tǒng)維持水體pH水生生物保護(hù)抵抗酸雨影響水體自凈中和有害物質(zhì)碳酸鹽水解與海洋酸化CO?增加大氣CO?濃度上升溶解CO?+H?O→H?CO?酸化H?CO?→H?+HCO??影響海洋pH下降碳酸鹽水解與全球碳循環(huán)大氣CO?氣體海洋溶解CO?和碳酸鹽巖石圈CaCO?沉積生物圈光合作用與呼吸碳酸鹽水解與生物鈣化作用珊瑚鈣化CO?2?+Ca2?→CaCO?形成珊瑚骨架貝類殼形成提取海水中離子沉積為碳酸鈣碳酸鹽水解在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用紙漿制造Na?CO?控制pH值玻璃生產(chǎn)碳酸鈉作為助熔劑染料工業(yè)堿性環(huán)境促進(jìn)染料固著碳酸鹽水解與飲用水處理1硬水問題Ca2?和Mg2?含量高2加入碳酸鈉Na?CO?+Ca2?→CaCO?↓3沉淀分離去除不溶性碳酸鹽4水質(zhì)改善減少硬度，改善口感碳酸鹽水解與建筑材料水泥水化Ca(OH)?形成碳化作用Ca(OH)?+CO?→CaCO?+H?O結(jié)構(gòu)變化孔隙率降低強(qiáng)度增加混凝土硬化與固化碳酸鹽水解與文物保護(hù)風(fēng)化過程酸雨侵蝕石灰?guī)r建筑CaCO?+H?→Ca2?+HCO??表面損失保護(hù)措施表面防水處理控制環(huán)境pH值減少污染物接觸碳酸鹽水解與土壤科學(xué)土壤pH作物適應(yīng)性碳酸鹽水解與植物營(yíng)養(yǎng)碳源供應(yīng)HCO??作為部分植物碳源根際調(diào)節(jié)植物根系分泌改變局部pH養(yǎng)分有效性適宜pH增加礦物質(zhì)可利用性碳酸鹽水解與醫(yī)學(xué)應(yīng)用胃酸中和劑NaHCO?中和胃酸透析液碳酸氫鹽緩沖系統(tǒng)輸液調(diào)節(jié)維持體液pH平衡碳酸鹽水解與食品科技98%發(fā)酵效率添加NaHCO?后5.5碳酸飲料pH風(fēng)味適宜范圍30%體積增加膨松劑作用效果碳酸鹽水解反應(yīng)的熱力學(xué)吉布斯自由能ΔG=ΔH-TΔS反應(yīng)焓變水解反應(yīng)為吸熱過程平衡常數(shù)關(guān)系lnK=-ΔG°/RT碳酸鹽水解的動(dòng)力學(xué)研究時(shí)間(min)反應(yīng)進(jìn)度(%)碳酸鹽水解的光譜學(xué)分析UV-Vis光譜監(jiān)測(cè)水解過程中顏色變化紅外光譜識(shí)別CO?2?和HCO??特征峰拉曼光譜區(qū)分不同碳酸鹽結(jié)構(gòu)碳酸鹽水解的電化學(xué)研究電導(dǎo)率測(cè)定監(jiān)測(cè)離子濃度變化水解度與電導(dǎo)率關(guān)系溫度對(duì)電導(dǎo)率的影響電位法測(cè)定pH電極檢測(cè)氫離子濃度計(jì)算水解常數(shù)離子選擇性電極應(yīng)用碳酸鹽水解的計(jì)算機(jī)模擬碳酸鹽水解與納米材料納米碳酸鈣特性表面積大幅增加水解速率納米效應(yīng)加速反應(yīng)應(yīng)用前景高效pH調(diào)節(jié)材料碳酸鹽水解與綠色化學(xué)環(huán)保安全無(wú)毒副產(chǎn)物資源循環(huán)產(chǎn)品可回收再利用能源節(jié)約常溫反應(yīng)條件碳酸鹽水解的前沿研究碳捕獲利用碳酸鹽循環(huán)固定CO?新型