化学知识点第446篇NH₄⁺与，HCO₃⁻为什么可以大量共存?

旺旺化学

水溶液中NH₄⁺水解显酸性，CO₃²⁻、HCO₃⁻水解显碱性，二者会发生“相互促进的双水解”，但这种促进程度未达到“完全水解”(完全水解会导致离子无法大量共存，如Al³⁺与HCO₃⁻)，双水解的水解度仅1%~5%(注意是综合水解度，不是单个反应，考虑了CO₃²⁻水解之后的HCO₃⁻进一步水解)，因此常温下三种离子能在水溶液中保持较高浓度，实现大量共存。一、关键数据取值(常温25℃)①水的离子积常数：Kw=1.0×10⁻¹⁴②NH₃・H₂O的电离常数：衡量NH₃·H₂O的碱性，决定NH₄⁺的水解能力。Kb(NH₃·H₂O)=1.8×10⁻⁵③H₂CO₃的电离常数：衡量H₂CO₃的酸性，决定CO₃²⁻、HCO₃⁻的水解能力。第一步电离：H₂CO₃⇌H⁺+HCO₃⁻Ka₁(H₂CO₃)=4.5×10⁻⁷第二步电离：HCO₃⁻⇌H⁺+CO₃²⁻Ka₂(H₂CO₃)=4.7×10⁻¹¹二、推导离子的水解平衡常数(Kh)Kh可由Kw与对应电离常数推导，Kh值越小，水解程度越弱。1. NH₄⁺水解常数(Kh(NH₄⁺))NH₄⁺+H₂O⇌NH₃·H₂O+H⁺Kh(NH₄⁺)=[NH₃·H₂O]·[H⁺]/[NH₄⁺]Kh(NH₄⁺)=Kw/Kb(NH₃·H₂O)=(1.0×10⁻¹⁴)/(1.8×10⁻⁵)≈5.6×10⁻¹⁰2. CO₃²⁻水解常数(Kh₁、Kh₂)①第一步水解：CO₃²⁻+H₂O⇌HCO₃⁻+OH⁻Kh₁(CO₃²⁻)=Kw/Ka₂(H₂CO₃)=(1.0×10⁻¹⁴)/(4.7×10⁻¹¹)≈2.13×10⁻⁴②第二步水解：HCO₃⁻+H₂O⇌H₂CO₃+OH⁻Kh(HCO₃⁻)=Kw/Ka₁(H₂CO₃)=(1.0×10⁻¹⁴)/(4.5×10⁻⁷)≈2.22×10⁻⁸由以上水解平衡常数数据可知：NH₄⁺、CO₃²⁻、HCO₃⁻三者的水解程度都不高。三、计算“NH₄⁺与弱酸根双水解”的平衡常数(K)NH₄⁺(水解显酸性)与CO₃²⁻、HCO₃⁻(水解显碱性)的“相互促进的双水解”，本质是两个水解反应的相互叠加，需计算双水解的总平衡常数K，K值越小，说明反应越难进行，水解越不完全；当K>10⁵，反应才趋近“完全水解”。1. 分析NH₄⁺与CO₃²⁻的双水解(对应碳酸铵)NH₄⁺+CO₃²⁻+H₂O⇌NH₃·H₂O+HCO₃⁻K₁=Kh(NH₄⁺)/Ka₂(H₂CO₃)=(5.6×10⁻¹⁰)/(4.7×10⁻¹¹)≈11.92. 分析NH₄⁺与HCO₃⁻的双水解(对应碳酸氢铵)NH₄⁺+HCO₃⁻+H₂O⇌NH₃·H₂O+H₂CO₃K₂=Kh(NH₄⁺)/Ka₁(H₂CO₃)=(5.6×10⁻¹⁰)/(4.5×10⁻⁷)≈1.2×10⁻³四、综上计算分析可知：未达到完全水解，可大量共存。 “完全水解”的判断标准是总平衡常数K>10⁵，反应趋近完全，离子浓度极低，无法大量共存，而上述计算结果：①NH₄⁺与CO₃²⁻双水解的K₁≈11.9，远小于10⁵；②NH₄⁺与HCO₃⁻双水解的K₂≈1.2×10⁻³，更小于10⁵。 这说明两种离子组合的双水解程度很弱，进一步计算可得常温下0.1mol/L的碳酸铵或碳酸氢铵溶液中，NH₄⁺、CO₃²⁻、HCO₃⁻的浓度仍能保持在0.09mol/L以上，其水解度仅1%~5%，满足离子“大量共存”的定义。 有时候我会想，化学里的“共存”，其实挺像人与人之间的相处。明明性格相反——一个偏酸，一个偏碱；一个想释放H⁺，一个总想抓走H⁺——按理说该闹得不可开交，可偏偏在水的世界里，它们却能和平共处，彼此牵制又彼此平衡。就像生活中那些看似冲突的性格，一个急躁，一个沉稳，反而能互补成最稳定的组合。 NH₄⁺像是个内敛的守护者，悄悄释放一点酸性，却从不张扬；而CO₃²⁻和HCO₃⁻则像温柔的调和者，轻轻捧出碱性，也不曾激烈反击。它们之间的“双水解”，听起来像是要掀起一场化学风暴，结果不过是一场轻声细语的对话。反应常数K只有十几甚至千分之一，意味着每一百个离子中，真正“动起来”的不过寥寥几个。大多数时候，它们只是静静地待在溶液里，像老友般默契地共存。 这让我想起厨房里的小苏打和醋——倒在一起噼啪作响，那是剧烈反应，是彻底的“不共存”。而碳酸氢铵呢？它安静地躺在化肥袋里，稳定又实用。正因为它内部的离子没有“闹翻天”，才能在农业中被大量使用。化学的智慧，不在于让所有反应都轰轰烈烈，而在于懂得何时该爆发，何时该克制。 所以你看，不是所有酸碱相遇都要中和到底，也不是所有“相互促进”都会走向毁灭。有时候，一点点水解，一点点妥协，反而成就了长久的共存。就像人与人之间，不必完全相同，也不必彻底对抗，只要平衡得当，差异也能成为稳定的基石。望亚玲写于2025年10月31日早上10点