為什麼亞硫酸氫銨能和碳酸氫銨反應制亞硫酸銨,不是碳酸酸性強於亞硫酸氫根離子嗎?

時間 2021-05-30 03:55:25

1樓:Studio TBsoft

(問題已被筆者編輯過,應該是碳酸酸性強於亞硫酸氫根離子才正確)

稍微深入一點考慮,所謂的碳酸和亞硫酸的電離平衡常數,都是假定溶解於水的CO2和SO2完全生成了H2CO3和H2SO3,但實際上,溶解在水中的CO2只有不到1%轉化為H2CO3,H2SO3分子在水溶液中是否存在都有疑問(一般認為水溶液中存在的實際上是水合二氧化硫分子),H2CO3和H2SO3的Ka1實際上是下列反應的平衡常數,(aq)表示溶於水:

CO2(aq) + H2O H+ + HCO3-

SO2(aq) + H2O H+ + HSO3-

一定溫度和壓強下,一旦溶於水的CO2或者SO2總量超過了它們在水中的溶解度(可溶解量),CO2和SO2都會變成氣體逸出,平衡就會向左移動,也就是說,哪怕水溶液中平衡偏向左邊的趨勢不大,只要能生成足夠的CO2或者SO2,平衡還是會向左移動的。

常溫下,在濃的NaHSO3溶液中,加入較濃的磷酸,立即可見大量的SO2氣泡冒出,儘管磷酸的Ka1低於亞硫酸的Ka1,磷酸並不能提供足夠的H+使得下列平衡充分向左移動:

SO2(aq) + H2O H+ + HSO3-

但只要使得SO2總量超過了SO2在水中的溶解度,SO2還是會逸出,如果加入足量的磷酸並對反應液體進行加熱(SO2在水中的溶解度進一步下降),最後甚至可以讓NaHSO3幾乎全部轉化為NaH2PO4,SO2也幾乎全部逸出,這就相當於「不揮發性酸制揮發性酸」。

那麼,如果水溶液中存在下列平衡:

HCO3- + HSO3- SO3 2- + H2O + CO2(aq)

儘管HSO3-的酸性未必強於H2CO3,但CO2在水中的溶解度並不大,只要HCO3-和HSO3-濃度足夠高,水溶液中的CO2總量超過了CO2在水中的溶解度,CO2未必不逸出,平衡也未必不向右移動,也可以認為相當於一種「不揮發性酸制揮發性酸」。實際上,在反應物濃度較高的情況下,下列反應都是可以發生的:

NaHCO3 + NaHSO3 = Na2SO3 + H2O + CO2↑

NH4HCO3 + NH4HSO3 = (NH4)2SO3 + H2O + CO2↑

如果進一步適當提公升反應溫度,進一步減小CO2在水中的溶解度,並加速CO2的逸出,上述反應會進行得更為完全,最終能得到較高的NaHSO3或者NH4HSO3轉化率。

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