炭酸カルシウムについて

炭酸カルシウムについて
この問題について教えてください。

(1)CaCO3(固)が炭酸と反応する時の電離式

(2)25℃で大気と平衡にある水がCaCO3(固)と溶解平衡にしたときpHが8になる。
この値は外部からの酸(H+)やアルカリ(OH-)を加えても変動しにくいのはなぜか

よろしくお願いします。

No.5 回答者： nious 回答日時： 2010/09/26 15:42

#2 です。

状態を勘違いしていたので改めて(2)に答えます。




pH＝8 ではその殆どが「HCO3^-」の形であり、

また CaCO3 の沈殿は存在していると考えられます。


この2点がポイントになります。



酸を加えると、

CaCO3(固) + H^+ → Ca^2+ + HCO3^-

の反応が進んで沈殿の一部が溶け、H^+ を消費して HCO3^- を生じる為、pHの変化は僅かでしょう。



塩基を加えると、

Ca^2+ + HCO3^- + OH^- → CaCO3(固) + H2O

の沈殿生成反応により HCO3^- と OH^- が消費され、

更に溶け込んだ大気中の CO2 と反応する事で HCO3^- を生じます。

CO2 + OH^- → HCO3^-

まとめると、

Ca^2+ + CO2 + 2OH^- → CaCO3(固) + H2O


結果としてpHの変化が抑えられると思われます。

この回答へのお礼

二回も回答ありがとうございます。

こういうことだったんですね
塩基の方がいまいち分からなかったのでたすかりました。
また反応式も一緒に書いていただいたので理解がスムーズにできました。


また何かあったときはよろしくお願いします。

お礼日時：2010/09/27 00:48

No.4 回答者： htms42 回答日時： 2010/09/25 15:31

＃３です。

＞炭酸を含む水の中で、CaCO3(固)は炭酸はどのように電離して溶解するか。

ＣａＣＯ３はイオン結合性物質です。
固体の中でもイオンで存在しています。
「電離」という言葉はイオンでないものがイオンになる変化です。
ＣａＣＯ３⇔Ｃａ^(2+)＋ＣＯ３^(2-)
であれば電離平行ではなくて溶解平衡です。

イオン状態の変化するのは炭酸に関係する物質の方ですから電離平衡に当たるものは
Ｈ２ＣＯ３(またはＨ２Ｏ＋ＣＯ２)＋ＣＯ３^(2-)⇔２ＨＣＯ３^(-)
になります。

＃３の（２）の最後に書いた、「塩酸を過剰に入れた場合」の内容は誤りです。削除してください。
したがって「酸を加えるとしても固体のＣａＣＯ３が残っている範囲で考える」ということになります。
ｐＨは動きますが動きは小さいです。


沈澱がなくなればｐＨは入れた酸の量に応じて大きく変わります。
ＣＯ２も気体になって追いだされて行きます。これは元に戻りません。

アルカリを加えるとアルカリ性の方にどんどん変わります。
溶け込んでいるＣＯ２はわずかですからすぐに中和されてしまいます。
大気中に０．０４％含まれているＣＯ２と平衡になるにはかなり長い時間がかかるはずです。
その時のｐＨはまだ計算できていません。

この回答へのお礼

溶解平衡と電離平衡ってごちゃごちゃになっちゃう時がありますね。


回答ありがとうございました。
お手数おかけしました。

お礼日時：2010/09/27 00:51

No.3 回答者： htms42 回答日時： 2010/09/24 18:58

（１）石灰水に息を吹き込むと白く濁ります。

この濁りを少量取って水を加え、息を吹き込みます。
濁りが薄くなっていきます。しつこくやるとほとんど濁りが消えるところまで行きます。
実験をされたことはありませんか
教科書に反応式が載っていると思います。
ＣａＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ[ＨＣＯ３]２
固体が溶ける反応ですから普通はこの式です。

ただ生じた化合物が水溶溶液の中でしか存在できないという意味で
右辺をＣａ^(2+）＋２ＨＣＯ３^(-)　と書く場合も多いです。
ＮａＨＣＯ３が固体で取り出すことができるというのと事情が異なります。

「電離式」という言葉が何を要求しているのかがよく分かりません。

（２）これは高校生がいきなり見ても意味のわからない文章です。
塩酸をどぼっと入れれば酸性になります。不思議に思います。
文章にトリックがあります。
「平衡にある」「溶解平衡」という言葉です。
「大気と平衡にある」という言葉は「大気中に存在する二酸化炭素と平衡にある」という意味です。言葉使いが不親切です。
「溶解平衡」も実現しているということですから平衡は
・空気中にある（濃度０．０４％の）ＣＯ２の水への溶解平衡
・固体のＣａＣＯ３のイオンへの解離平衡
・水中のＣＯ２の解離平衡
のすべてが関係しています。
固体のＣａＣＯ３が必ず残っていなければいけませんので酸を加えるとしてもその範囲で加えるという制限が付きます。

余分に入れて全部溶けてしまったとしても時間さえ立てばｐＨ＝8になるはずだというのはペテンですね。
猛烈に長い時間がかかります。ビーカーに入れておいた塩酸が空気中の二酸化炭素で中和されてしまったというのと同じ内容ですからどれくらい長い時間が必要かは分かると思います。

この回答への補足

回答がリがとうございます。

(1)についてですが問題文を要約しすぎてしまったようです

炭酸を含む水の中で、CaCO3(固)は炭酸はどのように電離して溶解するか。

というのが本の問題文です。
すいません

補足日時：2010/09/24 19:47

No.2 回答者： nious 回答日時： 2010/09/24 17:53

この溶液って本当に十分な緩衝作用があるんでしょうかね。

概算によると、この条件では最終的に pH≒8.3 となるので、

その殆どが「HCO3^-」で他は僅か。

また炭酸化学種の分析濃度は、9.8・10^(-4)M と希薄です。


これらを考え合わせると、よく分からないですぅ。




※ pK1＝6.35、pK2＝10.33、pKw＝14、pKsp＝8.33
25℃に於ける飽和濃度：[CO2]＝1.0・10^(-5)M

No.1 回答者： usokoku 回答日時： 2010/09/24 15:44

1.「電離」で間違い有りませんね。

CaCO3 →(矢印の上にe-) CaCO3- →　Ca++ + CO3 -- + e-
で電離しましたので、この逆反応となります。

2. 平衡状態に有る。CaCO3 が解離して緩衝状態になります。
CO3-- ⇔ HCO3 - ⇔ H2CO3(溶液中に存在する中性の化学種)　 ⇔ 　H2CO3(g、溶液中にガス状態で存在する) ⇔ CO2(大気中に存在する) + H2O
の平衡反応で、反応が極端に遅い個所があり、水溶液中において炭酸が過飽和で存在しやすいのです。その結果、pHの変動が他の緩衝系に比べて変動しにくいです。アルカリ側は固体から供給されますので変動しにくいです。