常說碳酸的酸式鹽可溶，這就定性說明了金屬離子與碳酸氫根離子混合可得到可溶性碳酸氫鹽，難形成碳酸鹽沉淀。但為什么在化工生產(chǎn)流程中金屬離子的沉淀劑常用NH4HCO3而不直接用Na2CO3等可溶性碳酸鹽？ 請看案例。

案例1．綠礬(FeSO4·7H2O)的一種綜合利用工藝如下：

綠礬與NH4HCO3在溶液中按物質(zhì)的量之比1∶2反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的離子方程式。

案例2．工業(yè)上可用軟錳礦(主要成分是MnO2)為主要原料制備高性能磁性材料碳酸錳(MnCO3)。在沉錳工序中，向含有Mn2+的溶液中加入NH4HCO3得到MnCO3生成。 寫出該反應(yīng)的離子方程式。

案例3．碳酸鍶大量用于生產(chǎn)彩色電視顯像管的熒光屏玻璃。工業(yè)上常以天青石(主要成分為硫酸鍶)為原料制取碳酸鍶。若向含有Sr2+的溶液中加入碳酸氫銨生成沉淀。寫出該反應(yīng)的離子方程式。

案例4．某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)等。在回收鈷的工藝流程中，沉鈷反應(yīng)是在硫酸鈷溶液中加入NH4HCO3。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。

案例5．下面是一種已獲得專利的KNO3制備方法的主要步驟：

寫出反應(yīng)Ⅰ中CaSO4與NH4HCO3反應(yīng)的化學(xué)方程式。

案例6．鋅浮渣主要含Zn、ZnO、SiO2、Fe2+、Cd2+、Mn2+，工業(yè)上可通過控制條件逐一除去雜質(zhì)以制備超細活性氧化鋅，其工藝流程如下：

在50℃時進行 碳化生成“前驅(qū)體”的化學(xué)式為ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O，寫出碳化過程生成“前驅(qū)體”的化學(xué)方程式。

答案：1．Fe2++2HCO3－==FeCO3↓+CO2↑+H2O

2．Mn2++2HCO3－==MnCO3↓+CO2↑+H2O

3．Sr2++2HCO3－==SrCO3↓+CO2↑+H2O

4．CoSO4+2NH4HCO3==CoCO3↓+(NH4)2SO4 +CO2↑+H2O

5．CaSO4+2NH4HCO3==CaCO3↓+CO2↑+H2O+ (NH4)2SO4

6．3ZnSO4+6NH4HCO3==ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑

發(fā)散思維：事實上，許多金屬離子如等Ba2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+、Ce3+等均會發(fā)生上述類似反應(yīng)。

Ba2++2HCO3－==BaCO3↓+CO2↑+H2O

Cd2++2HCO3－==CdCO3↓+CO2↑+H2O

Ni2++2HCO3－==NiCO3↓+CO2↑+H2O

Cu2++2HCO3－==CuCO3↓+CO2↑+H2O

Pb2++2HCO3－==PbCO3↓+CO2↑+H2O

2Ce3++6HCO3－==Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O

錯因分析：學(xué)生常常錯寫此類離子方程式，以案例1為例。

Fe2++2OH－==Fe(OH)2↓(NH4HCO3溶液中OH－濃度很小，不能生成堿沉淀)

Fe2++CO32－==FeCO3↓(酸式根離子HCO3－不能拆)

Fe2++2HCO3－== Fe(OH)2↓+ 2CO2↑(二者不是發(fā)生雙水解反應(yīng))

Fe2++HCO3－==FeCO3↓+H+( FeCO3與H+不共存)

理解：Fe2++HCO3－==FeCO3↓+H+，H++HCO3－==CO2↑+H2O

合并兩個反應(yīng)得總式：Fe2++2HCO3－==FeCO3↓+CO2↑+H2O

定性分析：欲使金屬離子形成碳酸鹽沉淀，常見的沉淀劑有Na2CO3、CaCO3、NaHCO3、NH4HCO3等?？扇苄缘腘a2CO3能與金屬離子直接生成難溶碳酸鹽而沉淀析出。難溶性的CaCO3是利用沉淀轉(zhuǎn)化原理，使一些金屬離子生成溶解度更小的碳酸鹽而沉淀析出。很明顯，可溶性的NaHCO3、NH4HCO3是利用難溶碳酸鹽的溶度積較小，在一定濃度的NaHCO3、NH4HCO3溶液中的CO32－濃度與金屬離子濃度的乘積若大于這些難溶碳酸鹽的溶度積，即可得到碳酸鹽沉淀。而NH4HCO3的溶解度大、易洗滌、副產(chǎn)物易揮發(fā)、污染也較小，原料來源廣泛、價格也低。過量時，受熱易分解，便于分離除去。故常用NH4HCO3做金屬離子的沉淀劑。

定量分析：以上這些金屬離子為什么主要生成碳酸鹽沉淀而不易生成氫氧化物沉淀？這實際上與加入NH4HCO3溶液中的OH－(即溶液pH)、CO32－的濃度大小有關(guān)。定性問題可借助于的溶度積定量解決。以案例1為例定量計算。

已知：Ka1(H2CO3) =4.2×10-7，Ka2(H2CO3) =5.6×10-11，Kb(NH3·H2O) =1.8×10-5；

Ksp[Fe(OH)2]=1.6×10-14，Ksp[FeCO3]=3.2×10-11。

在0.1mol·L-1NH4HCO3溶液中，存在NH4+、HCO3－的水解平衡，可列出平衡常數(shù)表達式如下：NH4++HCO3－+H2ONH3·H2O+ H2CO3

K=[c(NH3·H2O)×c(H2CO3)÷[c(NH4+)×c(HCO3－)]=Kw÷(Kb×Ka1)

pH=7+1/2pKa1﹣1/2pKb≈7.8，c(H+)=10-7.8mol·L-1，c(OH－)=10-6.2mol·L-1，

c(CO32－)=[Ka2×c(HCO3－)]÷c(H+)=5.6×10-4.2mol·L-1，

在0.1mol·L-1NH4HCO3溶液中，含有的CO32－ 的濃度遠大于OH－，故生成的沉淀是FeCO3而非Fe(OH)2。

若這些金屬離子形成碳酸鹽完全沉淀，則c(Mn+)≤10-5mol·L-1，設(shè)n=2。

Q=c(M2+)×c(CO32－)約為10-9，濃度商Q一般均會大于各種碳酸鹽的Ksp(見下表)。

若個別碳酸鹽的Ksp大于濃度商Q，可提高NH4HCO3溶液的濃度或采用固體NH4HCO3，使之Q大于Ksp，就可得到碳酸鹽沉淀。

部分碳酸鹽的溶度積表

當(dāng)然，金屬離子要形成碳酸鹽沉淀，不僅與溶液中的OH－、CO32－等離子濃度大小有關(guān)，還與溫度等條件有關(guān)，反應(yīng)條件改變，沉淀形式也可能變化。