CO32－和NH4＋可以大量共存嗎？——對2010 年江蘇小高考試題第23 題的商榷

戴建良 王海富

（南京市金陵中學 江蘇 南京 210005）

一、問題的提出

2010年江蘇小高考試題第23題如下：

某溶液中可能含有下列6種離子中的某幾種：Cl-、SO42-、CO32-、NH4＋、Na＋、K＋。 為確認溶液組成進行如下實驗：（1）200mL上述溶液，加入足量BaCl2溶液，反應后將沉淀過濾、洗滌、干燥，得沉淀4.30g，向沉淀中加入過量的鹽酸，有2.33g沉淀不溶。 （2）向（1）的濾液中加入足量的NaOH溶液，加熱，產生能促使濕潤紅色石蕊試紙變藍的氣體1.12L（已換算成標準狀況，假定產生的氣體全部逸出）。 由此可以得出關于原溶液組成的正確結論是

A．一定存在SO42-、CO32-、NH4＋，可能存在Cl-、Na＋、K＋

B．一定存在SO42-、CO32-、NH4＋、Cl-，一定不存在Na＋、K＋

C．c（CO32-）＝0.01mol·L-1，c（NH4＋）＞c（SO42-）

D．如果上述6種離子都存在，則c（Cl-）＞c（SO42-）

該題是一道關于離子檢驗的定量計算題，給出的答案是D。 判斷過程如下：

4.30g沉淀中有2.33g是BaSO4，還有1.97g是BaCO3，所以200mL溶液中一定存在0.01mol SO42-和0.01mol CO32-。根據1.12L氣體 （證明是NH3）可知溶液中一定存在0.05mol NH4＋。 根據電荷守恒，0.05mol NH4＋帶0.05mol正電荷， 而0.01mol SO42-和0.01mol CO32-共帶0.04mol負電荷，所以必定存在Cl-，且Cl-至少為0.01mol，Na＋、K＋可能存在，若存在，則Cl-大于0.01mol。

從考查學生的離子檢驗知識、電荷守恒原理、化學計算能力等方面來看，本題是一道好題。 但是命題者忽略了一個問題，那就是CO32-和NH4＋能否大量共存。

二、實驗及理論分析

1．實驗

在試管中加入2mL 0.1mol/L NH4Cl溶液，再加入2mL 0.1mol/L Na2CO3溶液，微熱，將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口，試紙變紅，可見CO32-和NH4＋能反應。

2．理論分析

CO32-和NH4＋發生反應的離子方程式如下：

NH4＋＋CO32-＋H2O?NH3·H2O＋HCO3-

首先根據電離常數計算此反應的平衡常數K

計算初始濃度為c（NH4＋）＝c（CO32-）＝c0，平衡時反應物轉化率x。

三、結論與討論

1．結論

從上述計算結果可以看出等濃度的CO32-和NH4＋會發生顯著的反應，反應轉化率達76%，所以CO32-和NH4＋在溶液中不能大量共存， 會反應生成較多的NH3·H2O和HCO3-。

實際上CO32-和NH4＋的反應在化學教材中早就出現過， 在老教材必修第一冊的p21頁有這樣一個家庭小實驗：

將30g研細的碳酸鈉晶體裝入小塑料袋底部， 壓緊后，用細繩將塑料袋綁住，使碳酸鈉晶體被封在塑料袋的下半部。 再將約20g研細的硝酸銨晶體裝入塑料袋的上半部，用燒紅的鐵絲或鋸條將塑料袋封口，即做成“冰袋”。 使用時，只要將細繩解下，用手使袋內兩種粉末充分混合，便立即產生低溫。在這個家庭小實驗中，發生的反應即為：

2．工業碳酸銨分析

既然CO32-和NH4＋在溶液中不能大量共存，那么為什么工業上有碳酸銨產品呢？ 工業碳酸銨是如何制備的？其穩定性如何？ 筆者在《化工產品》和《無機化合物制備手冊》中查到了碳酸銨制備和性質的相關信息。

工業碳酸銨：化學式為（NH4）2CO3·H2O，具有強烈的氨氣味，一般得不到無水鹽，工業品實際上是碳酸氫銨和氨基甲酸銨的復鹽，在空氣中不穩定，會逐漸變成碳酸氫銨（NH4HCO3）和氨基甲酸銨（H2NCOONH4）。

碳酸銨的工業制法如下：將CO2、氨及水蒸氣直接合成碳酸銨，通入冷卻室，用水直接冷卻，再經精制即得。

碳酸銨精制法：將市售品研細放入密閉容器中，慢慢加氨水并振蕩至完全溶解，在20～25℃下靜置2天，再將其放在10～12℃的陰涼處，長時間靜置后，即可析出結晶。迅速吸濾，干燥后移入完全密閉的容器中，往濾液中繼續加入1/3的乙醇，結晶會進一步析出，這樣得到的產品為一水合物。

由上可見，制備工業碳酸銨時，不是在水溶液中進行，而是用氣體直接合成，目的就是為了防止在水溶液中碳酸銨發生雙水解。 而在精制碳酸銨時，在氨水介質中進行的，抑制了碳酸銨的雙水解。

［1］ 北京師范大學無機化學教研室等編．無機化學（上冊，第4版）［M］．北京：高等教育出版社，2002．8：318

［2］ 人民教育出版社化學室．全日制普通高級中學教科書（必修）化學1［M］．2003．6：21

［3］ 司徒杰生主編．化工產品手冊：無機化工產品［M］．北京：化學工業出版社，1999：117

［4］ 朱文祥主編．無機化合物制備手冊［M］．北京：化學工業出版社，2006．4：479