碳酸氢钠热分解反应的研究

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1、boysj130@126.com碳酸氢钠热分解反应的研究郭孝兵任峰张典俊（合肥市第一中学安徽合肥230601）碳酸氢钠是中学化学中经常会讨论到的一种钠的化合物，其贯穿在很多知识点的考查中，如物质的分离和提纯；与碳酸钠之间的相互转化；其水溶液蒸干后所得到的固体成分；其水溶液加热过程中pH的变化及原因探究等等。而很多教辅资料中重点强调了碳酸氢钠的热分解只针对固体加热，认为碳酸氢钠溶液加热不会分解，因为溶液的温度不能突破100℃，碳酸氢钠不能分解，事实是这样吗？为了将这个问题讨论清楚，给中学化学教学提供一个重要的参考依据，本文重点讨论了碳酸氢钠固体及其水溶液的热分解情况。1．实验1.1实

2、验药品和主要仪器碳酸氢钠固体（分析纯）、高温传感器（威尼尔）、常温传感器（威尼尔）、CO2气体传感器（威尼尔）、采集器、计算机、酒精灯、磁力搅拌器、铁架台、烧杯、容量瓶等1.2实验思路（1）碳酸氢钠固体的热分解：称量7.5g碳酸氢钠固体，置于干燥的大试管中，将高温传感器的探头置于大试管的底部，使固体完全覆盖住探头，然后将CO2传感器放入试管口，加热，当CO2的浓度突然快速升高时，说明碳酸氢钠固体开始分解，此时的温度即为开始分解的温度。装置图如图1。高温传感器碳酸氢钠CO2传感器数据采集器连接电脑图1（2）碳酸氢钠溶液的热分解：精确配制200ml0.1mol/L碳酸氢钠溶液，取100

3、ml置于锥形瓶中，放入常温传感器和CO2传感器，用磁力搅拌器加热同时进行磁力搅拌，如果CO2浓度突然升高，说明其开始分解，记录开始分解温度。装置图如图2。1.3实验数据采集碳酸氢钠固体的热分解4boysj130@126.com图3碳酸氢钠溶液的热分解图41.4实验分析碳酸氢钠固体的热分解实验操作较为简单，干扰因素很少，图像较完整，100.2℃开始分解。但是由于其分解温度较低，酒精灯升温速度较快，不利于观察持续变化过程，再加上可能会出现固体受热不均现象，而使测量结果出现偏差，所以，在加热过程中，先匀速移动酒精灯给试管底部加热，再集中对高温传感器探头所在位置加热。图像中的突变问题可能是

4、由于温度升高后，分解速率加快所致。不足之处就是由于CO2传感器量程的局限性，未能测出其分解完全时与温度的动态关系。碳酸氢钠溶液的热分解，给我们的认识带来较大冲击，20℃左右其就开始分解了，只不过速率较慢，随着温度的升高，分解速率逐渐加快，在76℃左右时，CO2浓度发生突变，开始急剧分解，但是在整个分解过程中，出现了CO2浓度下降，后来又急剧升高的现象，可能是水蒸汽附在传感器表面造成的影响，待水蒸汽冷凝滴下后，传感器测出的CO2浓度又恢复正常。2．实验总结通过实验可以看出，碳酸氢钠固体的分解比其溶液分解温度要高。碳酸氢钠固体分解温度在100.2℃左右，这与东南大学能源与环境学院的赵传

5、文等进行的热重分析法测定结果较为吻合，考虑到反应气氛、升温速率、压强等对于其分解速率可能会带来影响，该测定结果主要针对常压、空气中加热做的分析，在以后的研究中，将对升温速率的控制做进一步的思考改进。而碳酸氢钠溶液常温下就可以分解，只是速率较慢，温度升高后，分解速率会加快，在76℃左右开始急剧分解。这一结论对于我们理解中学化学中4boysj130@126.com很多与此有关的内容时，有很好的参考价值。如碳酸氢钠溶液蒸干时，得到的应是碳酸钠固体；溶液温度升高，碳酸氢钠溶液的pH值增大，原因也与其分解有很大关系，而不能单纯的认为其不能分解，以为只是升温促进水解而已。3．理论依据碳酸氢钠固

6、体的分解，很多人已进行了研究讨论，本实验的结果与其较为吻合。而实验中我们发现碳酸氢钠溶液能够分解，从理论上来看，能发生分解吗？带着这个疑问，我们查阅了相关资料，进行了有关讨论计算：（1）低温蒸干碳酸氢钠溶液，所得固体是碳酸钠吗？碳酸氢钠溶液中存在着HCO3-的水解平衡和电离平衡，其中水解占据主导地位，故其水溶液显碱性。①HCO3-+H2OH2CO3+OH-②HCO3-CO32-+H+③H2CO3H2O+CO2④H++OH-H2O由①+②+③+④得⑤2HCO3-（aq）CO32-（aq）+H2O（l）+CO2（g）△fH298ø/(kJ·mol-1)-690.5-675.6-285.

7、6-393.1△fG298ø/(kJ·mol-1)-586.5-527.6-237.0-394.1△rH298ø/(kJ·mol-1)=[(-675.6)+(-285.6)+(-393.1)]-(-690.5)×2=28.7kJ·mol-1△rG298ø/(kJ·mol-1)=[(-527.6)+(-237.0)+(-394.1)]-(-586.5)×2=14.4kJ·mol-1由△Grø=-RTlnKø可得，Kø=3.0×10-3综上所述，该反应为吸热反应，升温有利