碳酸盐与碳酸氢盐
厨房里蒸馒头时，面团加入小苏打（碳酸氢钠）经过加热，会膨胀变得松软——这是碳酸氢钠受热分解释放出二氧化碳的结果。而在遥远的山洞深处，石灰岩溶于含有二氧化碳的地下水，经过数万年的滴落与沉积，形成了令人叹为观止的钟乳石和石笋。这两件看似毫不相干的事情，背后都有碳酸盐与碳酸氢盐的参与。
碳酸盐是碳酸（H2CO3）失去两个氢离子后形成的盐，如碳酸钠（Na2CO3）、碳酸钙（CaCO3）；碳酸氢盐则是碳酸只失去一个氢离子后形成的盐，如碳酸氢钠（NaHCO3）、碳酸氢钙（Ca(HCO3)2）。这两类物质在自然界和日常生活中无处不在，性质既有相似之处，又有关键区别。
身边的碳酸盐与碳酸氢盐
碳酸盐家族种类繁多，下表列出了高中阶段常见的几种代表物质及其用途：
“纯碱”并不是碱，而是盐。碳酸钠（Na₂CO₃）之所以被称为“纯碱”，是因为它的水溶液显碱性，历史上曾被当作碱使用，这一名称一直沿用至今。
碳酸钠与碳酸氢钠的比较
碳酸钠和碳酸氢钠都是钠的碳酸盐，外观上都是白色固体，但它们的性质存在明显差异，这些差异在实验和生活中都有重要体现。
物理性质对比
与酸的反应
两者都能与盐酸反应生成二氧化碳，但反应方式有所不同。
Na2CO3 与盐酸的反应分两步进行。酸少量时先生成 NaHCO3，酸足量时再进一步生成 CO2：
Na2CO3+HCl→NaHCO3+NaCl（酸少量）
NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑（酸足量）
NaHCO3 与盐酸的反应只有一步，无论酸的用量多少，立即生成 CO2：
NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑
向同浓度的 Na₂CO₃ 和 NaHCO₃ 溶液中分别逐滴加入盐酸，NaHCO₃ 立刻产生气泡，而 Na₂CO₃ 需要加入一定量盐酸之后才开始产生气泡——这是区分两者的直观方法之一。
例题 1
向 10.6 g 纯碱（Na2CO3）中加入足量盐酸，充分反应后，计算生成 CO2 的物质的量及在标准状况下的体积。
热稳定性
这是两者最显著的差异之一。将两种固体分别加热：
Na2CO3 热稳定性很强，即使高温加热，固体也不发生分解，质量不变。
NaHCO3 受热则会分解，生成碳酸钠、水和二氧化碳：
2NaHCO3ΔNa2CO3+H2O+CO2↑
正是这个分解反应，让碳酸氢钠成为面点中的膨松剂——加热时释放出 CO2 气体，使面团内部出现大量气孔，馒头、面包因此变得松软。
例题 2
将 16.8 g NaHCO3 固体充分加热，待完全分解后，计算生成 CO2 的质量和剩余固体的质量。
碳酸钠与碳酸氢钠的相互转化
两者可以在一定条件下相互转化，掌握转化条件是理解其性质的关键。
Na2CO3 转化为 NaHCO3：向 Na2CO3 溶液中通入足量 CO2，或加入适量碳酸：
Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3
NaHCO3 转化为 Na2CO3：加热分解，或向 NaHCO3 溶液中加入适量 NaOH：
NaHCO3+NaOH→Na2CO3+H2O
碳酸钠溶液与氢氧化钙溶液混合，会生成碳酸钙沉淀：Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3↓+2NaOH。这个反应常用于工业上制备氢氧化钠，也是软化硬水（去除水中 Ca2+）的常用方法。
碳酸钙的性质与溶洞的形成
碳酸钙（CaCO3）是自然界分布最广的碳酸盐，石灰石、大理石、方解石和贝壳的主要成分都是碳酸钙。它的物理性质和化学性质在建筑、工业和自然地貌中都有重要体现。
碳酸钙的物理性质
碳酸钙与酸的反应
CaCO3 能与盐酸反应，生成氯化钙、水和二氧化碳：
CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2↑
这是实验室制备 CO2 最常用的方法——用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应，方便、安全，产生气泡稳定。
实验室制备 CO₂ 时不用稀硫酸，是因为 CaCO₃ 与 H₂SO₄ 反应后，生成的 CaSO₄ 微溶，会覆盖在石灰石表面，阻止反应继续进行，导致产气量很少。选用稀盐酸，是因为生成的 CaCl₂ 易溶，不会阻碍反应。
碳酸钙的高温分解
在工业窑炉中，将石灰石加热到 800 °C 以上，CaCO3 发生分解，生成氧化钙（生石灰）和二氧化碳：
CaCO3高温CaO+CO2↑
生成的 CaO（生石灰）遇水会剧烈放热，生成 Ca(OH)2（熟石灰）：
CaO+H2O→Ca(OH)2ΔH<0（放热）
溶洞的形成——可逆的碳酸钙溶解
自然界中的石灰岩山地，表面上看是坚硬致密的碳酸钙，却能被地下水慢慢溶解，形成溶洞，这一切都源于 CO2 的参与。
含有 CO2 的地下水（呈弱酸性）流经石灰岩时，难溶的 CaCO3 被溶解，转变为易溶的碳酸氢钙 Ca(HCO3)2：
CaCO3+CO2+H2O⇌Ca(HCO3)2
当含有 Ca(HCO3)2 的地下水流入溶洞中，CO2 从水中逸出，溶解的碳酸钙重新沉积，形成钟乳石、石笋：
Ca(HCO3)2失去 CO2CaCO3↓+CO2↑+H2O
这个正向与逆向的循环，正是溶洞景观历经千万年形成的根本原因。
例题 3
向澄清石灰水中持续通入 CO2，溶液先变浑浊，再重新变澄清，解释原因并写出相关方程式。
向澄清石灰水中通入 CO₂ 时，“澄清石灰水变浑浊”只能证明有 CO₂ 产生，但“继续通入后又变澄清”说明 CO₂ 过量。考试中常考这一细节：若题目说溶液最终澄清，则不能用石灰水检验 CO₂ 是否存在，需改用其他方法。
碳酸盐与碳酸氢盐的检验与鉴别
在实验中经常需要判断一种白色固体是碳酸盐还是碳酸氢盐，或者鉴别某溶液中含有的阴离子种类。下面给出几种常用方法。
检验 CO32− 和 HCO3−
加入足量稀盐酸，若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，则证明含有 CO32− 或 HCO3−（或两者同时存在）：
CO32−+2H+→H2O+CO2↑
HCO3−+H+→H2O+CO2↑
区分 Na2CO3 与 NaHCO3 固体
例题 4
某白色固体可能是 Na2CO3、NaHCO3 或两者的混合物。取少量固体加热，将产生的气体依次通过无水 CaCl2（干燥）和澄清石灰水，石灰水变浑浊。再取少量固体溶于水，滴加足量稀盐酸，立刻产生大量气泡。判断该固体的成分。
加热产生气体使石灰水变浑浊，证明固体中含有 NaHCO3（只有 NaHCO3 加热才分解产生 CO2）。
加稀盐酸立即产生气泡，同样符合 NaHCO3 的特征（Na2CO3 加酸初期无气泡）。
但仅凭此无法排除 Na2CO3 的存在，因为混合物中即使含有 Na2CO3，只要有 NaHCO3 存在，加酸时 NaHCO3 的气泡会掩盖 Na2CO3 的特征。
结论：固体中一定含有 NaHCO3，可能含有 Na2CO3，需进一步定量实验才能确定。
区分 Na₂CO₃ 和 NaHCO₃ 最可靠的方法是加热法：取等质量固体加热，质量减少更多的是 NaHCO₃（因为会分解放出 CO₂ 和 H₂O），而 Na₂CO₃ 加热质量几乎不变。
练习题
第1题
下列关于碳酸钠（Na2CO3）和碳酸氢钠（NaHCO3）的说法，正确的是（ ）
A. 两者都能与盐酸反应，且加入少量盐酸时都立即产生气泡
B. 将 NaHCO3 固体加热，可以将其转化为 Na2CO3
C. Na2CO3 溶液与 NaHCO3 溶液的 pH 相同
D. 小苏打（NaHCO3）的碱性比纯碱（Na2CO3）更强
答案：B
A 错误：Na2CO3 与少量盐酸反应时，先生成 NaHCO3，不立即产生气泡；只有 NaHCO3 加酸才立刻冒泡。
B 正确：2NaHCO3ΔNa2CO3+H2O+CO2↑，加热可使 NaHCO3 转化为 Na2CO3。
C 错误：同浓度溶液中，Na2CO3 的碱性更强，pH 更高。
D 错误：纯碱（Na2CO3）的碱性更强，小苏打（NaHCO3）碱性更弱。
知识点：Na₂CO₃ 与 NaHCO₃ 性质对比
第2题
向澄清石灰水中通入 CO2，溶液先变浑浊后又变澄清，最终澄清溶液中溶质的主要成分是（ ）
A. Ca(OH)2
B. CaCO3
C. Ca(HCO3)2
D. CaCl2
答案：C
少量 CO2 时：CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O，溶液变浑浊。
过量 CO2 时：CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2，沉淀溶解，溶液重新变澄清。
最终溶液中的溶质为 Ca(HCO3)2，它是易溶盐，所以溶液澄清透明。
知识点：CO₂ 与石灰水的反应——少量与过量的产物区别
第3题
实验室用大理石和稀盐酸制备 CO2，而不用大理石和稀硫酸，原因是（ ）
A. 稀硫酸的氧化性太强，会氧化大理石
B. 稀硫酸与 CaCO3 反应生成的 CaSO4 微溶，覆盖在固体表面阻止反应继续
C. 稀硫酸与 CaCO3 不发生任何反应
D. 稀盐酸比稀硫酸酸性更强，反应速率更快
答案：B
CaCO3 与稀硫酸反应时，生成的硫酸钙（CaSO4）微溶于水，会在大理石表面形成一层致密的保护膜，阻止内部 CaCO3 继续与酸接触，反应很快停止，产气极少。
而 CaCO3 与稀盐酸反应生成的 CaCl2 易溶，不会产生沉淀覆盖，反应可以持续进行，稳定产生 CO2。
知识点：实验室制 CO₂ 选用稀盐酸而非稀硫酸的原因
第4题
下列转化不能一步直接实现的是（ ）
A. Na2CO3→NaHCO3（通入足量 CO2）
B. NaHCO3→Na2CO3（加热）
C. CaCO3→Ca(HCO3)2（加入足量稀盐酸）
D. CaO→Ca(OH)2（加水）
答案：C
A 可以一步实现：Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3。
B 可以一步实现：2NaHCO3ΔNa2CO3+H2O+CO2↑。
C 不能一步直接实现：加入足量稀盐酸时，CaCO3 与盐酸反应生成的是 CaCl2，而不是 Ca(HCO3)2。生成 Ca(HCO3)2 需要在 CaCO3 中通入含 CO2 的水，而非加盐酸。
D 可以一步实现：CaO+H2O→Ca(OH)2。
知识点：碳酸盐与碳酸氢盐的相互转化路径
第5题（计算题）
将 21 g NaHCO3 固体和 10.6 g Na2CO3 固体的混合物加入足量稀盐酸中，充分反应后：
（1）写出两者与盐酸反应的化学方程式；
（2）计算生成 CO2 的总物质的量；
（3）计算生成 CO2 在标准状况下的总体积。
解题过程：
（1）化学方程式：
NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑
Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2O+CO2↑
（2）计算各物质的物质的量：
n(NaHCO3)=84 g/mol21 g=0.25 mol
n(Na2CO3)=106 g/mol10.6 g=0.1 mol
由方程式，NaHCO3 与 CO2 的物质的量之比为 1:1，Na2CO3 与 CO2 的物质的量之比也为 1:1：
n(CO2)=n(NaHCO3)+n(Na2CO3)=0.25 mol+0.1 mol=0.35 mol
（3）标准状况下体积：
V(CO2)=0.35 mol×22.4 L/mol=7.84 L
答：生成 CO2 总物质的量为 0.35 mol，在标准状况下的体积为 7.84 L。
知识点：Na₂CO₃ 和 NaHCO₃ 与盐酸反应的定量计算
第6题（计算题）
某工厂用石灰石（主要成分为 CaCO3，杂质不与酸反应）制备 CO2。取 125 g 石灰石样品，加入足量稀盐酸充分反应，共收集到 22.4 L（标准状况）CO2。
（1）计算生成 CO2 的物质的量；
（2）计算样品中 CaCO3 的质量；
（3）计算该石灰石样品中 CaCO3 的质量分数。
解题过程：
（1）生成 CO2 的物质的量：
n(CO2)=22.4 L/mol22.4 L=1 mol
（2）反应方程式：
CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2↑
由方程式，n(CaCO3):n(CO2)=1:1：
n(CaCO3)=n(CO2)=1 mol
m(CaCO3)=1 mol×100 g/mol=100 g
（3）CaCO3 的质量分数：
ω(CaCO3)=125 g100 g×100%=80%
答：生成 CO2 的物质的量为 1 mol；样品中 CaCO3 的质量为 100 g，质量分数为 80%。
知识点：石灰石纯度（质量分数）的计算