Question

（11分）碳酸钙是自然界中分布最广的一种碳酸盐，碳酸钙难溶于水，但能溶于CO₂的水溶液中。碳酸钙矿床的地下水流出地面后，由于压强减小而放出CO₂，年深日久可形成石笋或钟乳石。25℃时，大气中的CO₂分压约为p_CO2＝3×10^－4≈10^－3.54 atm。已知：

CO₂（g）＋H₂O＝H₂CO₃          K₀＝[H₂CO₃]/p_CO2＝10^－1.47

H₂CO₃H^＋＋HCO₃^－          K₁＝10^－6.4    pK₂＝10.3

CaCO₃（s）Ca^2＋＋CO₃^2－    K_sp＝10^－8.3

1．写出石灰岩地区形成钟乳石的化学方程式。

2．试计算雨水的pH及CO₃^2－浓度。若测得某时某地雨水的pH为5.4，试分析产生此结果的可能的原因。

3．石灰岩地区的地下水流入河水，设河水pH＝7，在25℃、p_CO2＝10^－3.54 atm下，当达到平衡时，Ca^2＋浓度是多少?

4．试述NaHCO₃比Na₂CO₃溶解度小的原因。

 

 

Answer 1

1．Ca(HCO₃)₂＝CaCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O  CaCO₃＋CO₂＋H₂O＝Ca(HCO₃)₂（各1分）

2．因为K_a1K_a2，所以可忽略HCO₃^－的第二步电离。所以[H^＋]＝[HCO₃^－]

所以[H^＋]＝＝2.012×10^－6，所以pH＝5.70（2分）

[CO₃^2－]＝＝5.012×10^－11（1分）

雨水中溶解了SO₂、NO₂等酸性气体（1分）

3．[H₂CO₃]＝P?K₀＝3×10^－4×10^－1.47＝1.016 5×10^－5

[CO₃^2－]＝＝2.028 4×10^－8（2分）

所以[Ca^2＋]＝＝0.247mol／L（1分）

4．因为NaHCO₃中HCO₃^－能发生双聚或多聚，与水的作用比CO₃^2－弱，所以使NaHCO₃溶解度减小。（2分）