石灰石能與硫酸持續(xù)反應(yīng)的實(shí)驗探究

　　摘要：加入氯化鈉能使硫酸鈣不斷地從石灰石表面脫落并不斷地擴(kuò)散到溶液中去，從而使石灰石與硫酸的反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，該反應(yīng)的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。
　　關(guān)鍵詞：氯化鈉；石灰石；硫酸；持續(xù)反應(yīng)
　　文章編號：1005－6629(2012)2－0045－02　中圖分類號：G633.8　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　大家都知道，在實(shí)驗室一般不用塊狀石灰石與硫酸反應(yīng)制取二氧化碳，其理由是碳酸鈣與硫酸反應(yīng)生成的硫酸鈣微溶，硫酸鈣覆蓋在石灰石的表面會阻止硫酸與碳酸鈣的接觸，二者不接觸就不能進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)。在思考有關(guān)的鈍化問題時，筆者偶然產(chǎn)生了設(shè)法讓碳酸鈣與硫酸持續(xù)反應(yīng)的想法。
　　1、偶然的想法
　　金屬鋁不能直接與純水反應(yīng)，二者不能發(fā)生反應(yīng)的原因是鋁的表面有一層氧化膜阻止了水與鋁的接觸。鋁能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是鋁與水的反應(yīng)。氫氧化鈉的作用是先溶解金屬鋁表面的氧化膜，然后再溶解鋁與水反應(yīng)生成的氫氧化鋁。由于氫氧化鈉不斷地溶解氧化鋁或氫氧化鋁，所以鋁與水的反應(yīng)就能持續(xù)地進(jìn)行。
　　受此反應(yīng)的啟發(fā)，我想到了設(shè)法讓塊狀石灰石與硫酸持續(xù)反應(yīng)的問題。我想，如果向石灰石與硫酸的混合物中加入一種能夠促進(jìn)硫酸鈣溶解或脫落的試劑，石灰石就能與硫酸持續(xù)反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w了，我首先想到的，就是用很常見的試劑氯化鈉來做此實(shí)驗。本著試一試的想法，我用氯化鈉做了如下實(shí)驗。
　　2、實(shí)驗
　　[實(shí)驗1](室溫20℃左右)，在花壇里撿一小塊石灰石，將石灰石洗凈后裝入試管內(nèi)，向試管內(nèi)加入濃度約為50％的硫酸5 mL。硫酸與石灰石能比較慢地發(fā)生反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)很快就停止了，試管中的溶液略顯渾濁。反應(yīng)停止后，向試管內(nèi)加入約0.2 g氯化鈉固體，輕輕振蕩試管，試管內(nèi)的物質(zhì)繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)且能較快地生成二氧化碳?xì)怏w。將試管放到試管架上觀察，可見反應(yīng)生成氣體的速率在較長的時間內(nèi)一直較快且很平穩(wěn)，試管內(nèi)的溶液先rD6g7qzsKRJ3aALvdM8UqYFz3QlLRpZFxTnpKqzWu/U=是由略顯渾濁變成白色渾濁、繼而變成了白色粘稠狀。
　　做完此實(shí)驗，筆者想到了這么一個問題：加入氯化鈉后，石灰石能與硫酸較快地發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)中起促進(jìn)作用的到底是Na^＋還是Cl^－呢?或者是二者共同作用的結(jié)果呢?為了回答該問題，筆者繼續(xù)做了如下實(shí)驗。
　　[實(shí)驗2]向4支試管里各加入一塊石灰石和5 mL濃度約為50％的硫酸，待反應(yīng)停止后，再分別加入約0.2 g KCl、NHCl、CaCI、NaSO固體輕輕振蕩。加入KCl、NHCl的試管內(nèi)能繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，但反應(yīng)速度較慢，同石灰石與硫酸剛開始的反應(yīng)速度相當(dāng)，反應(yīng)一段時間后就趨于停止了。加入CaCl的試管內(nèi)可見CaCl溶解并生成大量的白色固體，但不能繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w。加入NaSO的試管內(nèi)沒有任何明顯可見的現(xiàn)象，當(dāng)然也沒有二氧化碳?xì)怏w逸出。
　　3、實(shí)驗分析與實(shí)驗結(jié)論
　　在實(shí)驗1中，沒有出現(xiàn)筆者預(yù)想的促進(jìn)硫酸鈣溶解的現(xiàn)象。從實(shí)驗現(xiàn)象來看，實(shí)驗1中的碳酸鈣與硫酸反應(yīng)生成的硫酸鈣—直在不斷地從碳酸鈣表面脫落下來并擴(kuò)散到溶液中去。由于硫酸鈣脫落了，所以硫酸能夠與碳酸鈣接觸并持續(xù)反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w；由于硫酸鈣不斷地脫落并擴(kuò)散到溶液中去，所以溶液先變渾濁后變粘稠。
　　是什么物質(zhì)促進(jìn)了硫酸鈣從石灰石表面的脫落呢?從實(shí)驗2來看，僅含Cl^－的CaCl不能促進(jìn)硫酸鈣從石灰石表面脫落，僅含Na^＋的NaSO也不能促進(jìn)硫酸鈣從石灰石表面脫落。KCl和NHCl能夠促進(jìn)硫酸鈣從石灰石的表面脫落，但效果遠(yuǎn)不如NaCl好。綜合分析這些實(shí)驗現(xiàn)象，筆者得出這樣一個結(jié)論：向石灰石與硫酸的混合物中加入NaCl，NaCl能使石灰石與硫酸持續(xù)反應(yīng)，NaCl促使石灰石與硫酸持續(xù)反應(yīng)的原因可能是NaCl能促使硫酸鈣從石灰石的表面脫落并在溶液中擴(kuò)散。在NaCl促進(jìn)硫酸鈣從石灰石表面脫落的過程中，Na^＋和Cl^－是共同起作用的，Cl所起的作用比Na^＋所起的作用略大(與其他幾組對照實(shí)驗相比較得出)。
　　4、感想和疑難問題
　　加入Nacl之后，石灰石就能和硫酸持續(xù)發(fā)生反應(yīng)。筆者雖然對此有過一點(diǎn)預(yù)想，但實(shí)際的反應(yīng)不像我預(yù)想的那樣發(fā)生了。這讓我感到很振奮，也讓我感到很疑惑。振奮的是，我發(fā)現(xiàn)了_一個有趣的實(shí)驗，這給我們的探究性教學(xué)增添了一個好素材，疑惑的是，我想盡了辦法也沒找出該反應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)原因(反應(yīng)機(jī)理)。
　　Na^＋和Cl^－究竟是怎樣促進(jìn)硫酸鈣從石灰石表面脫落的呢?對此問題，筆者既沒有找到較權(quán)威的理論根據(jù)，也沒有想到很好的實(shí)驗方案進(jìn)行深入的探究。筆者曾就此問題設(shè)想過一些可能的反應(yīng)機(jī)理，但終因這些機(jī)理都難以自圓其說而放棄，該問題將留待同行專家去進(jìn)一步研