二氧化硫为什么不与氯化钡反应:沉淀生成条件受限
二氧化硫为什么不与氯化钡反应,本质是二者混合后无法满足复分解反应发生的条件,二氧化硫溶于水生成亚硫酸,亚硫酸属于弱酸,电离出的亚硫酸根浓度偏低,亚硫酸钡可溶于稀盐酸,反应如果发生会生成盐酸,出现弱酸制强酸的矛盾,常温常压下这个正向反应不能自发进行,只有改变体系环境,比如通入氨气、氯气等试剂调整溶液酸碱性或氧化价态,才能够得到钡盐沉淀,该结论适用于中学化学常规溶液反应判断,不适用于高温熔融、有机溶剂体系下的反应分析。
二氧化硫与氯化钡反应的化学原理
二氧化硫通入水溶液,会和水发生可逆反应生成亚硫酸,化学方程式为SO₂+H₂O⇌H₂SO₃,亚硫酸在水中分步电离,释放出少量亚硫酸根离子。氯化钡在水中完全电离,提供钡离子。钡离子和亚硫酸根离子相遇,理论上可以生成亚硫酸钡,但反应的另一产物是氯化氢,氯化氢溶于水形成盐酸,盐酸酸性强于亚硫酸,亚硫酸钡沉淀遇到盐酸会立刻溶解,变回亚硫酸与钡离子,整个体系维持动态平衡,宏观看不到沉淀出现。
弱酸不能直接制取强酸,这是水溶液复分解反应里的一条常用判断规则。亚硫酸酸性弱于盐酸,所以亚硫酸无法置换出盐酸,这个反应的正向吉布斯自由能大于零,不能自发进行。
体系酸碱性决定沉淀能否稳定存在。
改变条件后可生成钡盐沉淀的场景
向混合溶液中通入氨气,氨气会中和溶液里的氢离子,降低溶液酸性,平衡发生移动,亚硫酸根浓度上升,钡离子与亚硫酸根结合生成亚硫酸钡白色沉淀。通入氯气、过氧化氢这类氧化剂时,亚硫酸会被氧化成硫酸,硫酸属于强酸,硫酸根和钡离子结合生成硫酸钡,硫酸钡不溶于盐酸,沉淀可以稳定存在。
| 添加试剂 | 产物 | 沉淀是否稳定 |
|---|---|---|
| 无额外试剂 | 亚硫酸钡,遇盐酸溶解 | 不稳定,无可见沉淀 |
| 氨气 | 亚硫酸钡 | 稳定,白色沉淀 |
| 氯气 | 硫酸钡 | 稳定,白色沉淀 |
很多人会混淆亚硫酸钡和硫酸钡的溶解性质,亚硫酸钡可以溶于稀盐酸,硫酸钡难溶于稀盐酸,这是区分两种沉淀的关键。如果直接把二氧化硫通入氯化钡溶液,没有氧化剂、碱性物质参与,就不会观察到白色沉淀,这也是中学化学检验二氧化硫时,不能用氯化钡溶液的原因。
中学化学试题判断该反应能否发生,只考虑常温稀水溶液场景,不考虑加压、高温等特殊环境。加压条件下二氧化硫溶解度提升,亚硫酸浓度变大,但依然无法突破弱酸制强酸的限制,依旧不会产生沉淀。
可以用这个逻辑快速判断同类反应,二氧化碳通入氯化钙溶液也不会产生沉淀,原理和二氧化硫与氯化钡不反应相近,都是弱酸对应的钙盐、钡盐能溶于反应生成的强酸。
在考试答题时,核心作答要点有两个,一是亚硫酸酸性弱于盐酸,不能弱酸制强酸;二是亚硫酸钡可溶于盐酸,无法稳定析出。
