问题本身存在错误,碳酸氢钠能与氢氧化钙反应容易理解,属于二元酸酸式盐与碱的反应,但碳酸氢钠与氯化钙在通常情况下并非不发生反应。
碳酸氢钠与氯化钙在水溶液中,只要不是极低浓度的溶液,二者能发生反应,因此“碳酸氢钠不能与氯化钙反应”这一命题在通常情况下是错误的。
原因在于,虽然中学化学中认为“碳酸氢钙可溶于水”,但水溶液中并不能存在高浓度的碳酸氢钙,或者说高浓度的钙离子和碳酸氢根离子不能在水溶液中共存。可以进行简单的估算,碳酸是二元弱酸,二元弱酸的酸式酸根离子在水溶液中同时存在电离和水解,也就是说碳酸氢根离子在水溶液中同时存在电离和水解:
但碳酸氢根离子水解的实质是碳酸氢根离子与少量的氢离子结合生成弱电解质碳酸(中学化学阶段一般用H2CO3表示,实际上相当于溶于水的CO2,这里暂用H2CO3表示),这里“少量的氢离子”可能来自水的电离,也可能来自碳酸氢根离子自身的电离,实际上无需关心来源,因此可将碳酸氢根离子的水解反应表示为碳酸氢根离子与氢离子结合生成碳酸的可逆反应:
将上述电离反应 与水解反应 叠加,就得到碳酸氢根离子在水溶液中转化为碳酸根离子和碳酸的可逆反应:
这一反应的平衡常数用 表示,由于反应是上述电离反应与水解反应的叠加,那么 相当于碳酸二级电离常数 与碳酸一级电离常数倒数 的乘积,也就是
上述可逆反应使得碳酸氢根离子转化为碳酸根离子和碳酸之后,如果溶液中存在钙离子,碳酸根离子就可能与钙离子结合生成碳酸钙沉淀:
这一反应的平衡常数用 表示,显然等于碳酸钙溶度积 的倒数,也就是
将可逆反应 与可逆反应 叠加起来,可见实质就是碳酸氢钙在水溶液中的分解反应(不考虑H2CO3分解变成CO2逸出):
平衡常数 ,已经在 数量级了,这还是暂时不考虑H2CO3分解变成CO2逸出的情况下进行的简单估算,因此就算不考虑H2CO3在高浓度下会分解,反应向右进行的趋势已经相当大,只要溶液中钙离子和碳酸氢根浓度稍大,反应向右进行就会析出CaCO3沉淀,也就是水溶液中碳酸氢钙浓度稍高就会分解,如果考虑H2CO3在高浓度下会分解放出CO2气体,碳酸氢钙浓度较高时,反应向右进行会更加完全。
高浓度的碳酸氢钙在水中根本就不存在,氯化钙溶液和碳酸氢钠溶液二者混合时,只要二者不是极稀的溶液,就会发生反应,析出白色CaCO3沉淀,如果二者都是较浓溶液,还能看到CO2气泡逸出,就与碳酸氢钙在水溶液中不能高浓度存在相关,反应可写作:
或者:
此反应可以理解为:
除了钙离子之外,其它碳酸正盐溶解度很低的金属离子,例如镁离子、二价锰离子、二价铁离子等也不能与碳酸氢根离子在水溶液中高浓度共存,原因类似,硫酸锰溶液与碳酸氢铵溶液的反应是工业上制备碳酸锰的方法,曾出现在高考题中:
工业上使用碳酸氢铵溶液作为沉淀剂,即使有少量铵根离子夹杂在MnCO3沉淀中,稍加烘烤即可分解除去,有助于提高产品的纯度。
市售食用小苏打是碳酸氢钠,衣柜“除湿桶”、“除湿盒”或者“除湿桶补充包”(无味型)中的白色球状小颗粒主要成分是工业无水氯化钙,自己用约100ml饮用纯净水(例如“怡宝”纯净水)溶解约8g食用小苏打,再用约100ml纯净水溶解约6g“除湿桶”中的白色球状小颗粒,将两种溶液混合,看看有无白色沉淀生成?
Chem is try,只有根据实验现象得到理论的道理,没有乱用“理论”生造实验现象的道理,中学化学相对大学化学,模型可以简化,但不应该生造与实验事实严重违背的反应或者题目。如果一定要将“碳酸氢钠不与氯化钙反应”作为考点,则应该强调二者都是极稀的溶液。