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  • 1 # 使用者5124694274210

    這裡有些回答忽略了一個問題,如果加入的是無水碳酸鈉粉末,無水碳酸鈉在水合時有顯著的放熱,會使得溶液溫度升高,在35.4攝氏度以下,碳酸鈉在水中的溶解度隨溫度升高顯著增大,因此在常溫(25攝氏度左右)下的飽和碳酸鈉溶液中加入無水碳酸鈉粉末,可能因為溶液溫度升高而使得碳酸鈉溶解度顯著增加,導致加入的無水碳酸鈉粉末繼續溶解而不析出結晶。

    配製飽和碳酸鈉溶液時,初學者往往認為和配製飽和食鹽水一樣,在水中不斷加入無水碳酸鈉粉末,直到不能再溶解為止,實際上這種方法是很有問題的,最後得到的往往會是一種有些粘稠的熱溶液,溶液冷卻到室溫後也只是看起來比較粘稠而已。這種溶液實際是碳酸鈉的過飽和溶液,這種過飽和溶液有一定的穩定性,甚至靜置很長一段時間也不見結晶析出,但只要將這種過飽和溶液進一步冷凍或者投入晶種,人為誘發結晶,就可能變成一大塊晶體,這種晶體主要成分就是十水合碳酸鈉(Na2CO3·10H2O),即俗稱的“塊鹼”、“晶鹼”等。

    對結晶水合物加熱,有利於結晶水的失去,但如果某些化合物在熱水中溶解度很大,結晶水合物含結晶水分子又較多,可能在加熱到一定溫度後,發生化合物溶解於自身結晶水成為溶液的現象,此時溫度往往遠未到水的沸點。十水合碳酸鈉(晶鹼,Na2CO3·10H2O,35.4攝氏度溶於自身結晶水)、十水合硫酸鈉(芒硝,Na2SO4·10H2O,33攝氏度左右溶於自身結晶水)、五水合硫代硫酸鈉(大蘇打,海波,Na2S2O3·5H2O,48攝氏度左右溶於自身結晶水)、七水合硫酸亞鐵(綠礬,FeSO4·7H2O,64攝氏度左右溶於自身結晶水)等結晶水合物都是典型的例子,換而言之,這些結晶水合物在遠未到達水沸點的溫度下就已經失去結晶水,因此這些化合物在超過一定溫度的情況下,即使在水溶液中析出也可能得不到結晶水合物,碳酸鈉、硫酸鈉等都是典型例子,甚至某些化合物在升溫到超過失去結晶水溫度後,溶解度反而隨著溫度升高而減小,碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸鎂等都如此,這類化合物的溫度—溶解度曲線會出現類似“拋物線”、“倒V字”等形狀。

    還有一些化合物失去結晶水的情況更復雜,隨著升溫逐漸失去結晶水,因此會出現不同溫度下結晶析出得到含不同結晶水分子個數的結晶水合物情況,例如氯化鈣就是一個典型例子,不同溫度下在水溶液中結晶析出可能得到CaCl2·6H2O、CaCl2·4H2O、CaCl2·2H2O等不同組成的結晶水合物,而要將CaCl2·2H2O脫水得到無水氯化鈣卻需要200攝氏度以上的高溫煅燒。

    因此,在常溫下的飽和碳酸鈉溶液中加入無水碳酸鈉粉末,特別是無水碳酸鈉粉末一次加入量較大的情況下,更可能出現的現象是:加入無水碳酸鈉粉末並攪拌後,溶液溫度顯著升高,碳酸鈉不斷溶解,待溶液溫度超過35.4攝氏度後,碳酸鈉逐漸停止溶解,繼續加入無水碳酸鈉粉末也不再溶解,但此時不會析出十水合碳酸鈉結晶,溶液變成有些粘稠的透明熱液體,趁熱將上層溶液倒出,除去未溶解的碳酸鈉,溶液冷卻到室溫後變成粘稠透明液體,即碳酸鈉的過飽和溶液,冷凍這種過飽和溶液,則得到一大塊晶體,主要成分才是Na2CO3·10H2O。某些產天然鹼的鹽湖,在冬季低溫時析出天然鹼結晶Na2CO3·10H2O,就是類似的道理。

    很多過飽和溶液有一定的穩定性,碳酸鈉、硫酸鈉、硫代硫酸鈉等都可以用飽和溶液在潔淨容器中緩慢降溫的方法,製備出較穩定的過飽和溶液,在沒有投入晶種等誘發結晶條件下,可以靜置很長一段時間仍不結晶,但只要有投入晶種等誘發條件,就會迅速結晶。過去有個化學魔術叫做“一雹成冰”,就是用芒硝(十水合硫酸鈉)配製成接近飽和的熱溶液(配製溶液時的溫度不要超過33攝氏度),緩慢冷卻到室溫後一般並不會立即析出十水合硫酸鈉晶體,但只要投入一小粒十水合硫酸鈉晶體,液體中就會迅速析出大量晶體,看起來就好像整個液體突然都“凝固”了一樣。

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