對ⅡA族金屬碳酸鹽熱穩(wěn)定性順序的認識

李大勤

摘要：對ⅡA族金屬碳酸鹽熱穩(wěn)定性順序與晶格能大小順序不一致的緣由，從結(jié)構(gòu)和能量兩個方面對ⅡA族金屬碳酸鹽的熱穩(wěn)定性進行了對比分析，詮釋了MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3熱穩(wěn)定性遞增的原因，以期有助于中學(xué)化學(xué)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：ⅡA族金屬碳酸鹽；熱穩(wěn)定性；晶格能；離子極化

文章編號：1005–6629（2014）7–0091–02 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》對離子晶體的熱穩(wěn)定性有“晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定”的結(jié)論，并以ⅡA族金屬氧化物的晶格能和熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進一步證實了上述結(jié)論。MgO、CaO、SrO、BaO的晶格能[1]（kJ·mol-1）分別為3791、3401、3223、3054，與ⅡA族金屬氧化物同為離子晶體的MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的晶格能[2]（kJ·mol-1）分別為3122、2810、2688、2554。根據(jù)教材結(jié)論，ⅡA族金屬碳酸鹽自上而下的熱穩(wěn)定性應(yīng)該越來越差，但緊鄰晶格能的[科學(xué)視野]卻有如下描述：101 kPa下，MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的熱分解溫度（℃）分別為402、900、1172、1360。

為什么ⅡA族金屬碳酸鹽的熱穩(wěn)定性順序與晶格能大小順序會不一致呢？為了弄清楚其中的緣由，筆者從兩個方面對該問題展開討論和分析：

1 結(jié)構(gòu)角度

ⅡA族金屬碳酸鹽（MCO3）熱分解的實質(zhì)是金屬陽離子結(jié)合碳酸根中的氧離子使碳酸根分解為二氧化碳。判斷碳酸鹽的熱穩(wěn)定性，首先得從碳酸根的結(jié)構(gòu)出發(fā)分析其特點以及與堿土金屬離子間的作用。

1.1 離子極化作用的影響

由于求算熱力學(xué)分解溫度時作了近似處理，所以計算結(jié)果與實際有差別。但計算結(jié)果符合MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3熱分解所需溫度越來越高的順序。

2.2 分解反應(yīng)的ΔrHmθ

MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的分解反應(yīng)可設(shè)計成如下熱力學(xué)循環(huán)：

參考文獻：

[1][2][9] Robert C. Weast. CRC Handbook of Chemsstry and Physics. 66th Edition， CRC Press， Inc， 1985：D-100.

[3]南京大學(xué).無機及分析化學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：146.

[4]張衡中.碳酸鹽分解溫度的變化規(guī)律[J].有色金屬，1994，（8）：60.

[5]北京師范大學(xué)，華中師范大學(xué)，南京師范大學(xué)無機化學(xué)教研室.無機化學(xué)（上冊）（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2011：233.

[6]南京大學(xué).無機及分析化學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：442～445.

[7]麥松威，周公度，李偉基.高等無機結(jié)構(gòu)化學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，香港中文大學(xué)出版社，2001：88～89.

[8]張燦九.晶格能效應(yīng)及其應(yīng)用[J].湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，1994，（1）：50.

摘要：對ⅡA族金屬碳酸鹽熱穩(wěn)定性順序與晶格能大小順序不一致的緣由，從結(jié)構(gòu)和能量兩個方面對ⅡA族金屬碳酸鹽的熱穩(wěn)定性進行了對比分析，詮釋了MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3熱穩(wěn)定性遞增的原因，以期有助于中學(xué)化學(xué)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：ⅡA族金屬碳酸鹽；熱穩(wěn)定性；晶格能；離子極化

文章編號：1005–6629（2014）7–0091–02 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》對離子晶體的熱穩(wěn)定性有“晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定”的結(jié)論，并以ⅡA族金屬氧化物的晶格能和熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進一步證實了上述結(jié)論。MgO、CaO、SrO、BaO的晶格能[1]（kJ·mol-1）分別為3791、3401、3223、3054，與ⅡA族金屬氧化物同為離子晶體的MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的晶格能[2]（kJ·mol-1）分別為3122、2810、2688、2554。根據(jù)教材結(jié)論，ⅡA族金屬碳酸鹽自上而下的熱穩(wěn)定性應(yīng)該越來越差，但緊鄰晶格能的[科學(xué)視野]卻有如下描述：101 kPa下，MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的熱分解溫度（℃）分別為402、900、1172、1360。

為什么ⅡA族金屬碳酸鹽的熱穩(wěn)定性順序與晶格能大小順序會不一致呢？為了弄清楚其中的緣由，筆者從兩個方面對該問題展開討論和分析：

1 結(jié)構(gòu)角度

ⅡA族金屬碳酸鹽（MCO3）熱分解的實質(zhì)是金屬陽離子結(jié)合碳酸根中的氧離子使碳酸根分解為二氧化碳。判斷碳酸鹽的熱穩(wěn)定性，首先得從碳酸根的結(jié)構(gòu)出發(fā)分析其特點以及與堿土金屬離子間的作用。

1.1 離子極化作用的影響

由于求算熱力學(xué)分解溫度時作了近似處理，所以計算結(jié)果與實際有差別。但計算結(jié)果符合MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3熱分解所需溫度越來越高的順序。

2.2 分解反應(yīng)的ΔrHmθ

MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的分解反應(yīng)可設(shè)計成如下熱力學(xué)循環(huán)：

參考文獻：

[1][2][9] Robert C. Weast. CRC Handbook of Chemsstry and Physics. 66th Edition， CRC Press， Inc， 1985：D-100.

[3]南京大學(xué).無機及分析化學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：146.

[4]張衡中.碳酸鹽分解溫度的變化規(guī)律[J].有色金屬，1994，（8）：60.

[5]北京師范大學(xué)，華中師范大學(xué)，南京師范大學(xué)無機化學(xué)教研室.無機化學(xué)（上冊）（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2011：233.

[6]南京大學(xué).無機及分析化學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：442～445.

[7]麥松威，周公度，李偉基.高等無機結(jié)構(gòu)化學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，香港中文大學(xué)出版社，2001：88～89.

[8]張燦九.晶格能效應(yīng)及其應(yīng)用[J].湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，1994，（1）：50.

摘要：對ⅡA族金屬碳酸鹽熱穩(wěn)定性順序與晶格能大小順序不一致的緣由，從結(jié)構(gòu)和能量兩個方面對ⅡA族金屬碳酸鹽的熱穩(wěn)定性進行了對比分析，詮釋了MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3熱穩(wěn)定性遞增的原因，以期有助于中學(xué)化學(xué)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：ⅡA族金屬碳酸鹽；熱穩(wěn)定性；晶格能；離子極化

文章編號：1005–6629（2014）7–0091–02 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》對離子晶體的熱穩(wěn)定性有“晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定”的結(jié)論，并以ⅡA族金屬氧化物的晶格能和熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進一步證實了上述結(jié)論。MgO、CaO、SrO、BaO的晶格能[1]（kJ·mol-1）分別為3791、3401、3223、3054，與ⅡA族金屬氧化物同為離子晶體的MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的晶格能[2]（kJ·mol-1）分別為3122、2810、2688、2554。根據(jù)教材結(jié)論，ⅡA族金屬碳酸鹽自上而下的熱穩(wěn)定性應(yīng)該越來越差，但緊鄰晶格能的[科學(xué)視野]卻有如下描述：101 kPa下，MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的熱分解溫度（℃）分別為402、900、1172、1360。

為什么ⅡA族金屬碳酸鹽的熱穩(wěn)定性順序與晶格能大小順序會不一致呢？為了弄清楚其中的緣由，筆者從兩個方面對該問題展開討論和分析：

1 結(jié)構(gòu)角度

ⅡA族金屬碳酸鹽（MCO3）熱分解的實質(zhì)是金屬陽離子結(jié)合碳酸根中的氧離子使碳酸根分解為二氧化碳。判斷碳酸鹽的熱穩(wěn)定性，首先得從碳酸根的結(jié)構(gòu)出發(fā)分析其特點以及與堿土金屬離子間的作用。

1.1 離子極化作用的影響

由于求算熱力學(xué)分解溫度時作了近似處理，所以計算結(jié)果與實際有差別。但計算結(jié)果符合MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3熱分解所需溫度越來越高的順序。

2.2 分解反應(yīng)的ΔrHmθ

MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的分解反應(yīng)可設(shè)計成如下熱力學(xué)循環(huán)：

參考文獻：

[1][2][9] Robert C. Weast. CRC Handbook of Chemsstry and Physics. 66th Edition， CRC Press， Inc， 1985：D-100.

[3]南京大學(xué).無機及分析化學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：146.

[4]張衡中.碳酸鹽分解溫度的變化規(guī)律[J].有色金屬，1994，（8）：60.

[5]北京師范大學(xué)，華中師范大學(xué)，南京師范大學(xué)無機化學(xué)教研室.無機化學(xué)（上冊）（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2011：233.

[6]南京大學(xué).無機及分析化學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2002：442～445.

[7]麥松威，周公度，李偉基.高等無機結(jié)構(gòu)化學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，香港中文大學(xué)出版社，2001：88～89.

[8]張燦九.晶格能效應(yīng)及其應(yīng)用[J].湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，1994，（1）：50.