碳酸

碳酸(H?CO?)是一种二元弱酸,电离常数都很小。但也有认为其为中强酸,因为根据无机酸酸性强弱判断式(OH)nROm可判断其酸性与磷酸相似。在常温、常压下,二氧化碳饱和溶液的浓度约为0.033mol/L,pH为5.6,pKa=6.37。H2CO3(pKa1=6.38,pKa2=10.33,p代表取负常用对数。)饱和碳酸溶液(纯CO?,压力为1atm)的pH约为4,而在自然条件下CO?含量是0.03%,溶解达到饱和时pH=5.6。这也是为什么定义酸雨为pH小于5.6的雨水的原因。要使PH达到3.7,可以通过降温,加压(实际是提高CO?浓度)来实现。目前已经制备出纯碳酸晶体。

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基本资料

碳酸(H?CO?)是一种二元弱酸,电离常数都很小。但也有认为其为中强酸,因为根据无机酸酸性强弱判断式(OH)nROm可判断其酸性与磷酸相似。在常温、常压下,二氧化碳饱和溶液的浓度约为0.033mol/L,pH为5.6,pKa=6.37。H2CO3 (pKa1=6.38,pKa2=10.33,p代表取负常用对数。)饱和碳酸溶液(纯CO?,压力为1 atm)的pH约为4,而在自然条件下CO?含量是0.03%,溶解达到饱和时pH=5.6。这也是为什么定义酸雨为pH小于5.6的雨水的原因。要使PH达到 3.7,可以通过降温,加压(实际是提高CO?浓度)来实现。目前已经制备出纯碳酸晶体。 中文名称碳酸 英文名carbonic acid 别称:甲二酸 化学式H?CO? 分子量:62 CAS登录号:463-79-6 水溶性:可溶于水 密度:1.668 g/cm3 应用:产生二氧化碳 酸性:弱酸性

理化性质

  分子式:H?CO?  结构简式:HO-CO-OH在CO?溶于水时形成。  纯的碳酸以C(OH)4存在是个不稳定的晶体,遇水剧烈分解。  碳酸酸性极低,其饱和水溶液pH约为5.6,正常雨水ph约为5.6就是因为CO2溶于雨水生成碳酸。其水溶液显酸性故可以使指示剂变色(可三维模型以使石蕊溶液变红色)。  碳酸是一种二元酸,其电离分为两步:  H?CO? ? HCO? + H Ka1 = 4.2×10^-7 mol/L; pKa1 = 6.38(25 °C)HCO3 ? CO3 + H Ka2 = 5.61×10^-11 mol/L; pKa2 = 10.25 (25 °C)需要注意的是,以上所述值并不适用于实际估算碳酸的酸性,因为单个碳酸分子的酸性比醋酸和甲酸都要强。实际上,碳酸分子只出现在二氧化碳和水的动态平衡中,其浓度比二氧化碳低得多,故酸度实际上较低。

化学方程式

生成和分解

  CO2溶于水生成碳酸:CO2+H2O===H2CO3  碳酸不稳定,在摇晃或加热时分解为CO2和H2O,方程式为:H2CO3===H2O+CO2↑

分解反应

  在实验室里,二氧化碳常用稀盐酸大理石(或石灰石,主要成分都是碳酸钙)反应来制取。反应的化学方程式可以表示如下:  CaCO?+2HCl=CaCl?+H?CO?(两种化合物互相交换成分)  (碳酸钙 盐酸 氯化钙 碳酸)  碳酸不稳定容易分解成二氧化碳和水 H?CO?===H?O+CO?↑  总的方程式是:  CaCO?+2HCl=CaCl?+H?O+CO?↑(反应有气体和水生成)  该反应符合复分解反应。

特性

  三维模型会使紫色石蕊试液变成梅红色,碳酸显酸性,酸可使紫色石蕊变色。二氧化碳在溶液中大部分是以微弱结合的水合物形式存在,只有一小部分形成碳酸(H?CO?)--饱和CO?溶液中只有1%的CO2与H2O化合成碳酸。在常温时,CO2∶H2CO3为600∶1。碳酸的热稳定性很差。碳酸加热时全部分解并放出二氧化碳。碳酸在碱的作用下,能生成酸式碳酸盐M(HCO3)2和碳酸盐MCO3〔M代表二价金属)。许多金属的酸式碳酸盐的溶解度稍大于正盐,其溶解度和Pco2(二氧化碳分压)有关。Pco2大,碳酸盐溶解于水;Pco2小(或升温),析出碳酸盐,自然界的钟乳石就是这样形成的。暂时硬水加热软化就是因为生成了碳酸盐沉淀。所有的酸式碳酸盐受热均分解为CO2和相应的正盐。 碳酸是二氧化碳气体溶于水而生成的酸。它的酸性很弱,且极为不稳定,温度稍高一些,便会分解成二氧化碳和水。碳酸和我们的日常生活有着密切的关系。我们喝的汽水就是一种碳酸饮料。  在制造汽水时,要在加压情况下把二氧化碳气体溶解在水里,再往汽水里加糖、柠檬酸以及果汁或香精,在加压下灌入汽水瓶中。当我们喝汽水时,汽水从瓶子里倒出来,外界压强(指空气压强和人体内的压强)突然降低,二氧化碳在水中的溶解度随着压强降低而变小。于是,喝入体内汽水中的二氧化碳便成为气体从水中逸出,并从口腔中排出,这个过程会把人体内的热量带走,这就是喝汽水感到凉爽的原因。  制备出纯碳酸(碳酸晶体),但条件非常苛刻,要保存在绝对无水的条件下,不然纯碳酸会剧烈分解。

危害

  有时,碳酸也会给我们日常生活带来麻烦。地面上的二氧化碳气体溶于水,生成碳酸。当地面水渗入地下时,碳酸也被带到地下,并与地下石灰岩里不溶于水的碳酸钙发生化学反应,生成可溶于水的碳酸氢钙。含有碳酸氢钙的水称为硬水,因此地下水都属于硬水。江河里的水不含碳酸氢钙,不是硬水(硬水是指有较多钙离子和镁离子等金属阳离子,它们的碳酸盐是不可溶解于水的)。  有些地方所用的自来水的水源是地下水,在煮开水时,水中的碳酸氢钙受热分解成碳酸钙、二氧化碳和水。碳酸钙是不溶解在水中的沉淀物,它沉积在水壶和锅炉的壁上,天长日久便成为一层白色的很坚硬的物质,称为锅垢(俗称水碱)。这层碳酸钙的导热性很差,因此烧水时会浪费燃料。如果锅炉和管道中的锅垢太厚,还有发生爆炸的危险。所以,工业生产中总是把硬水先用化学方法除去或减少碳酸钙,使它软化以后再用。

有机与无机

  碳酸是有机物还是无机物是科学界争执了很长时间的话题。由于同一个碳原子上连接了两个羟基,碳酸不稳定,更多显现无机物的性质,定义碳酸为无机二元弱酸,但碳酸又因含有羧基(-COOH)而能反映一些羧酸的性质。如能和醇发生酯化反应, 碳酸饮料  如:HO-COOH + H-O-C2H5 → HO-COOC2H5 + H2O  HO-COOC2H5 + H-O-C2H5 → C2H5OCOOC2H5 + H2O  因为碳酸的两个羟基都结在羰基上,故相当于二元羧酸。可以和二元醇发生酯化反应生成环酯和聚酯。  这些都是有机酸的性质。  科学家仍然对碳酸是否是有机酸争执。有科学家认为如能制得碳酸的浓溶液,那么这种碳酸具有一切二元羧酸的性质

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