(1)问题的提出

一般教科书上断言，把CO₂持续通入饱和石灰水溶液的现象是：开始通入CO₂，即有CaCO₃沉淀生成使溶液变浑浊，兹后浑浊度加重，而后又逐渐变成澄清液。其反应式为

CO₂＋Ca(OH)₂→CaCO₃＋H₂O

CaCO₃＋CO₂＋H₂O→Ca(HCO₃)₂

如果上述实验现象属实，则可由饱和石灰水所含Ca(OH)₂量知生成CaCO₃量及Ca(HCO₃)₂的量。由反应式知Ca(OH)₂、CaCO₃和Ca(HCO₃)₂的摩尔是相同的。由手册中查得：293KCa(OH)₂溶解度为0.165g，则Ca(OH)₂浓度(mol/l)(因饱和石灰水是稀溶液，可设其密度为1.00g/ml)为

1升饱和Ca(OH)₂将与CO₂生成0.022mol CaCO₃或0.022molCa(HCO₃)₂。CaCO₃的摩尔质量为100g/mol，则CaCO₃的再次溶解量为2.2g/l或0.22g/0.1升～0.22g/100g水。

由手册上查得在101325Pa CO₂压力①下CaCO₃的溶解度见下表。这些数据均明显小于0.22g/100g H₂O。如果深信手册上

据(虽各种手册上的数据略有不同)，就只能对上面叙述提出疑问。为此再进行下列实验。

实验1  把6ml/l HCl和块状CaCO₃分别置于气体发生器中，使生成的CO₂经过水洗(用一个洗气瓶就够了)后导入饱和Ca(OH)₂溶液。实验现象是：溶液出现混浊，混浊度加浓，而后混浊度减轻，但(无论如何)得不到澄清液。

实际现象和书上记载的并不相同，而实际现象与估算结果相符。在实验时，用水洗CO₂是为了除去其中的HCl，这样CaCO₃与CO₂作用不会受HCl影响。如果是生成的CO₂未经水洗即导入饱和Ca(OH)₂，即有明显量HCl参与Ca(OH)₂和CO₂的反应，部分CaCO₃的溶解是和HCl作用之故。

Ca(OH)₂＋2H⁺→Ca²⁺＋2H₂O

CaCO₃＋2H⁺→Ca²⁺＋CO₂↑＋H₂O

顺便提及，有人根据CO₂和Ca(OH)₂的反应，自然而然认为在把SO₂气体导入饱和Ca(OH)₂溶液时，也将出现：(首先是)清液转为浊液，浊液又变清液。然而实验事实是：不容易看到形成浊液的过程。这是因为：CaSO₃仅是微溶物(K_sp＝1.0×10^-4，而CaCO₃的K_sp为2.5×10^-9)，H₂SO₃的酸性比H₂CO₃强，以及SO₂的水溶度(可达～1mol/l)明显大于H₂CO₃(约0.03—0.04mol/l)之故。

(2)用化学方法制备的气体中可能含有杂质

不经水洗CO₂中所含明显量的HCl，可用湿pH试纸检试其pH值，然后用同法检试经水洗过的CO₂的pH值。其结果是：前者的pH值明显小于后者。这个事实表明，必须注意用化学方法制备的气体中可能含有杂质及除去杂质的措施。如Zn和H₂SO₄生成的H₂中含有H₂S和AsH₃(是Zn中含有As所致)，可使之经过KMnO₄溶液而被洗去；Cu和中等浓度HNO₃作用制得NO中的NO₂(沸点：294.4K)可通过冷却而被除去。总之，为了制取纯净的气体必须经过除杂过程。现以制取纯NO为例。

实验2  把50％H₂SO₄慢加入KNO₂(4mol/l)和KI(1mol/l)溶液式中，反应式为

2HNO₂＋2H⁺＋2I^-→2NO↑＋I₂＋2H₂O

使逸出的气体依次通过90％H₂SO₄(除H₂O)，50％KOH(除NO₂)，冷却(－75℃)及通过P₂O₃。若操作正常，所得NO中只含≤0.0008％(mol)杂质。

(3)除去气体中杂质的方法

用水洗去水溶性杂质  H₂S、CO₂中的水溶性杂质如HCl、NH₃可用水洗去，只造成H₂S、CO₂在水中部分溶解。

用浓H₂SO₄脱除酸性气体中的H₂O  如果气体中含水量较多，则用～90％H₂SO₄作脱水剂，一般不用浓H₂SO₄，因后者遇水发热量较大。若制取气体时的一种反应物是浓H₂SO₄(如浓H₂SO₄和HCOOH反应生成CO)，则产物中只含极少量的H₂O；有时浓H₂SO₄还被用来除NH₃。

用NaOH、Ca(OH)₂、Ba(OH)₂脱除酸性杂质  用固态NaOH脱除CO₂，反应需少量H₂O为“催化剂”(虽然反应也生成H₂O，2NaOH＋CO₂＝Na₂CO₃＋H₂O)，所以要把脱CO₂装置放在脱H₂O装置之前。Ca(OH)₂、Ba(OH)₂溶液常被用来脱除气体中的CO₂、SO₂，因Ba(OH)₂的溶解度较大及碱性较强［相对于Ca(OH)₂而言］，所以用饱和Ba(OH)₂溶液吸收CO₂、SO₂的效率更高(当然，钡化合物的价格明显高于相应钙化合物)。此外，碱液还被用来脱除Cl₂、Br₂。

各种杂质均有相应脱除的方法，这些方法不外乎是利用了酸碱性、溶解性、氧化还原性、脱水、冷却，不赘述。

(4)再讨论CO₂和饱和Ca(OH)₂的反应

可能有人会提出：我们的实验，最终确实得到澄清液。做法是：从储存饱和Ca(OH)₂溶液大瓶中取出溶液，通入经过水洗的CO₂，最终得澄清液，这又是为什么？把饱和Ca(OH)₂溶液贮存于大瓶中，在备用过程中其表面常形成一层硬盖——是CO₂和Ca(OH)₂作用生成的CaCO₃盖，消耗了部分Ca(OH)₂，表明已经是不饱和溶液了。放置时间越长，贮存过程中取用次数过多，溶液中Ca(OH)₂浓度越稀(甚至出现石灰水失效的情况)，所以出现了变得澄清的现象。从另一个角度看，用4—5倍水稀释饱和石灰水，在通CO₂后可得澄清液。

最后还要提请读者注意2个问题。

碳酸钙有沉淀碳酸钙、方解石及霰石(文石)3种，它们的水溶度各不相同。此外，它们在其他盐溶液中的溶解度也不同于它们在纯水中的溶解度。

碳酸钙的溶解度(g/100g水)

碳酸钙在氯化钠(％)溶液中的溶解度

列出有关数据是为了说明：

●固态物质的水溶度因结构不同而异。有时颗粒大小也会影响到溶解度(略有不同，往往是细颗粒溶得多些)。

●通常溶解度是指在一定温度下，溶质在一定量溶剂中的溶解量。溶质溶于一定浓度的其他盐的溶液时，其溶解度可能比它在纯溶剂中的大或小或相近。因此不能用溶质的水溶度来预测它在一定浓度其他盐溶液的溶解度。为此下面举出3个有实际意义的实例。

配制只含极少量Na₂CO₃的NaOH溶液的一种方法是：配制常温下NaOH的浓溶液，因Na₂CO₃(原先混杂在NaOH中或在配NaOH溶液时空气中CO₂溶解所致)在浓NaOH溶液中的溶解量很小而以沉淀析出。取出上层清液用不含CO₂的水稀释到所需浓度；隔膜法电解NaCl溶液，由阴极室流出的是NaCl(～200g/l)和NaOH(～100g/l)的混合液，在对混合液蒸浓的过程中，因NaCl在浓NaOH溶液中溶解度小而析出(在50％NaOH溶液中NaCl的浓度仅为0.9％)，得到仅含小量NaCl的NaOH；常温下，NaHCO₃的水溶度超过8g(～1mol/l)，但它在浓NaCl溶液中溶得很少(288K时，在6.06mol/lNaCl中，NaHCO₃溶解量为0.12mol/l)。生产上就是利用这个性质从NaCl溶液(还有其他物质，如NH⁺₄)得到NaHCO₃晶体。如果不注意实际情况将得出“NaHCO₃溶解度不大”的错误结论。