強酸制弱酸可逆嗎?實驗室制酸的原理有2個:一、強酸制弱酸,本質是滿足複分解反應的生成弱電解質的條件(因為弱酸具有強烈的得質子(氫離子)能力,而強酸有強烈的給與質子能力弱酸與質子結合後,難以電離),下面我們就來說一說關于強酸制弱酸可逆嗎?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!
強酸制弱酸可逆嗎
實驗室制酸的原理有2個:
一、強酸制弱酸,本質是滿足複分解反應的生成弱電解質的條件(因為弱酸具有強烈的得質子(氫離子)能力,而強酸有強烈的給與質子能力。弱酸與質子結合後,難以電離)。
二、弱酸制強酸,本質是滿足複分解反應的生成揮發性物質的條件(多半因為反應生成物有氣體或其他難電離的物質生成,強酸從體系中除去了,導緻弱酸電離向正方向進行,繼續給出氫離子,直到反應完成)。
一般情況下,隻能用強酸制弱酸,但這隻是經驗公式并不是定理定律,也就是說,有特殊情況。
Ø 氫硫酸制硫酸
1.方程式:CuSO4 H2S== CuS H2SO4
2.平衡常數K=7.143×1014
3.顯然能發生反應,原因也很簡單,Cu2 離子的存在,促進了氫硫酸的電離,得到強酸(硫酸)
Ø 醋酸制亞硝酸
1.已知電離常數K(CH3COOH)=1.76×1O-5,K(HNO2)=4.6×1O-4
2.方程式:CH3COOH NO2- == HNO2 CH3COO-
3.平衡常數K=0.0382,依據該常數的大小,可以發現,
以上過程似乎發生的程度不大,但由于存在HNO2= H2O NO↑ NO2,
使得以上反應可以往正反應方向移動;或者說,醋酸比較穩定,而亞硝酸不穩定,
該過程的原理就不主要是強弱問題,而是熵增問題。事實上,
固體食鹽和工業鹽完全可以用醋酸來鑒别,後者加醋酸以後,可以看到有紅棕色氣體産生。
另外,隻能存在于很稀的冷溶液中,原因就是因為亞硝酸的不穩定。
4、已知HNO2的酸性比醋酸略強,某同學在家中欲進行鑒别NaCl與NaNO2的實驗,
但他家中隻有濃醋酸,請問該實驗能否成功?說明理由。
能成功,因為
①NaNO2+CH3COOH=HNO2+CH3COONa;
②2HNO2=H2O+NO↑+NO2↑
②式的發生使①式向正反應方向移動,醋酸加到NaNO2中出現紅棕色氣體而NaCl無此現象,
這也就是用亞硝酸鹽和醋酸來制備亞硝酸的原理。
理論分析:
醋酸酸化法制備亞硝酸的可行性 本制備實驗發生的化學反應可表示為:
HAc(l) NaNO2(S)=HNO2(l) NaAc(l)
或:2HAc(l) 2NaNO2(S)==2HNO2(l) 2Na+(aq) 2Ac-(aq)
N2O3(g) H2O(l)== NO2↑ NO↑
根據公式:ΔrH=ΣvBΔfH(B)ΔrS=ΣvBS(B)ΔrG=ΔrH—TΔrS
從化學數據手冊[3-4]中可查得到:
ΔfH(HAc,l)=-487kJ·mol-1 |
ΔfH(N2O3,g)=92.9kJ·mol-1 |
ΔfH(H2O,l)=-286kJ·mol-1 |
ΔfH(NaNO2,s)=-359kJ·mol-1 |
ΔfH(Na+,aq)=-239.6kJ·mol-1 |
ΔfH(Ac-,aq)=-488.8kJ·mol-1 |
S(HAc,l)=160J·K-1mol-1 |
S(NaNO2,s)=103.8JK-1mol-1 |
S(N2O3,g)=355.7J·K-1mol-1 |
S(H2O,l)=70.1J·K-1mol-1 |
S(Na+,aq)=59J·K-1·mol-1 |
S(CH3COO-,aq)=86.6J·K-1·mol-1 |
計算得到亞硝酸制備過程中的焓變和熵變分别為:
ΔrH=42.1kJ·mol-1, ΔrS=189.4J·K-1·mol-1
ΔrG=ΔrH—TΔrS=42.1kJ·mol-1—288×189.4K-1·mol-1×10-3=-12.45kJ·mol-1<0 (288K)
說明在焓增加的數值不很大時,顯著的熵增加因素主導了化學反應自發進行的方向,因而使醋酸酸化法制備亞硝酸反應順利進行,可以在室溫下用醋酸代替稀硫酸制備亞硝酸。
Ø 亞硫酸氫鈉和碳酸氫鈉溶液反應得到二氧化碳
1.方程式:HSO3- HCO3- =H2CO3 SO32-
2.平衡常數K=0.237,從常數上看,反應難以進行或者說程度不大
3.但是,由于存在H2CO3=CO2 H2O來看,可以促進該過程往右進行。
4.HSO3- HCO3- =H2CO3 SO32-(1) K1=0.237
H2CO3=CO2 H2O(2) K2=33237
已知:二氧化碳溶于水,其中0.17%反應生成碳酸,其餘99.83%仍然保持二氧化碳的形式。
假設飽和碳酸總濃度為C,則C(H2CO3)=0.17%C,C(CO2)=99.83%C,C(H2O)=55.6mol/L ,
H2CO3 = CO2 H2O(2)
0.17%C 99.83%C 55.6(平衡濃度)
據此,計算出K2=33237
因此:HSO3- HCO3- = CO2 H2O SO32-的平衡常數K= K1×K2=7884.248,常數很大,完全可以發生。
5. HSO3- HCO3- = CO2 H2O SO32-是一個熵增的過程,這裡也是熵增起了主導作用,可以自發,即從自由能來看,可以自發,但是否在常溫下能都自發,還需要進一步計算。
Ø 磷酸制鹽酸
将磷酸滴入氯化鈉中:采用高沸點非氧化性酸制低沸點酸的原理。反應的方程式是:2NaCl H3PO4(濃)══Na2HPO4 2HCl↑實驗步驟是按用二氧化錳和濃鹽酸反應制取氯氣的實驗裝置組裝,在燒瓶中加入氯化鈉晶體,在分液漏鬥中注入濃磷酸。最後點燃酒精燈,用向上排氣法收集氯化氫氣體。尾氣則用30%氫氧化鈉溶液吸收。
注:無論是用磷酸還是硫酸來制取氯化氫氣體,并不是濃度越大越好。濃度越大,吸水性越強,且酸多數以分子形式存在電離出來的氫離子很少。氯化鈉也難電離出氯離子,從而導緻産生的氯化氫氣體的速度較慢。結果顯示H2SO4濃度較大時(70%以上)都會有SO2氣體伴随生成,是因為H2SO4濃度較高時,其氧化性比較強,和氯化鈉發生氧化還原反應,所以有SO2雜氣體生成。H2SO4濃度較低時,雖沒有SO2雜氣體生成,但是産氣速度較慢,是因為氫離子的濃度下降,導緻氫離子與氯離子結合生成氯化氫氣體的機會小所以産氣速度較慢。對于用H3PO4時,其濃度範圍59%—80%時産氣速度較适宜,其中在60%—75%這個濃度範圍産生氣體較平穩,并且無雜質氣體産生,是因為磷酸是非氧化性酸,又可以提供足夠的氫離子。且具有強吸水性,有利于氣體的逸出。
H3PO4和NaCl晶體在加熱條件下制取HCl氣體時,H3PO4的物質的量應相對過量,NaCl晶體中加入少量水稀釋情況下反應更快,H3PO4和NaCl混合均勻産生的氣體較平穩些。用磷酸代替硫酸,生成氯化氫氣體的純度高。磷酸濃度範圍相對于硫酸要寬一些,裝置中減少了除SO2的淨化裝置,裝置簡易,但由于H3PO4的價格約是H2SO4的5倍,從而使成本提高了。采用濃度在50%—80%範圍的H3PO4和5g氯化鈉(按照需求量按照比例反應)在加熱的條件下反應制取氯化氫氣體較好。
Ø 類似的原理
1.氯水久置後變鹽酸——次氯酸的不穩定,使得平衡不斷右移動(當然該過程焓變可能小于0)
2.二氧化矽和碳酸鈉反應得到矽酸鹽和二氧化碳
3.在一定溫度下,鈉和氯化鉀反應得到鉀蒸汽和氯化鈉
4.硫酸鋇轉化為碳酸鋇,不斷通過浸泡,過濾,再浸泡達到目的
5.過氧化鈉和水反應,也是因為産物的不穩定,使得過氧化鈉和水反應劇烈(當然該過程焓變小于0)
S 6HNO3 =加熱= H2SO4 6NO2 (氣體) 2H2O
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