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    [例谈化学实验室中常见钠\钾化合物的选用] 钾钠合金是化合物吗

    时间:2019-02-05 03:25:03 来源:雅意学习网 本文已影响 雅意学习网手机站

      摘要:一些组成类似的钠、钾化合物,其性质也具有相似性。本文试图通过比较常见钠、钾化合物性质的差异性,来说明这些化合物在中学化学实验中的使用情况。希望能对广大同行在认识物质共性的同时了解物质的特性提供一些帮助。
      关键词:化学实验;常见钠盐;常见钾盐
      文章编号:1005-6629(2012)2-0043-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
      钠和钾同为IA族的元素,而且两者在元素周期表中的位置相邻,它们的单质及其同类化合物之间的理化性质都比较相似,在中学阶段会用到多种钠和钾的化合物来进行实验。但笔者不禁要问:为什么在中学化学实验室常备有高锰酸钾而不易找到高锰酸钠?为什么中学化学实验中常用到氯酸钾而很少用到氯酸钠?……
      本文试通过分析钠、钾的化合物性质的相似性和差异性,来揭秘它们在中学化学实验中的应用情况,以回答开篇提出的问题,供同行参考。
      1、常用高锰酸钾而少用高锰酸钠
      高锰酸钾是中学化学实验中应用十分广泛的药品。它主要用于实验室制取氧气、配制具有强氧化性的酸性高锰酸钾溶液等等。高锰酸钠和高锰酸钾一样是红紫色到暗紫色的结晶或粉末,两者化学性质相似。
      高锰酸钾的在240℃就会发生分解,比较适合于实验室制取氧气。但高锰酸钠易潮解,不容易得到无水化合物,常以NaMnO4・3H2O的形式存在,因其熔点只有36℃,稍微加热便会熔化。室温下加热高锰酸钠固体时,一开始试管口应略低于试管底部,很快当固体开始熔化时又要立刻改变试管摆放方式,使试管口高于试管底部,操作较为麻烦,而这种非常规的操作不利于学生掌握固体药品加热的操作要领。
      所以,实验室制取氧气时常用高锰酸钾固体而很少用高锰酸钠固体,但在用于强氧化剂时,通常情况下可用高锰酸钠替代高锰酸钾。
      2、常用氯酸钾而少用氯酸钠
      氯酸钾、氯酸钠的化学性质十分相似,两者在加热时、在酸性溶液中或用硫酸铜等作催化剂时都是强氧化剂。氯酸钾的熔点是368℃,加热到400℃以上时发生分解产生氧气(有催化剂时分解温度更低);氯酸钠的熔点为261℃,加热到300℃以上时发生分解产生氧气,似乎两者都适合于实验室制取氧气。
      但氯酸钠很容易吸收空气中的水分而潮解、进而结块,一旦药品结块后取用较为不便、若结块较大使用前还应将药品粉碎(粉碎时若操作不当可能有爆炸的危险),这应该是导致氯酸钠晶体很少用于实验室制取氧气的主要原因。
      3、常用重铬酸钾而少用重铬酸钠
      重铬酸钾和重铬酸钠都是强氧化剂,两者的其他化学性质也十分相似。
      重铬酸钾在低温下的溶解度极小,又不含结晶水,很容易通过重结晶法制得极纯的重铬酸钾,故常作为分析化学中的基准试剂。而重铬酸钠在水中的溶解度很大,并易潮解而形成结晶水合物Na4Cr4O7・2H2O,在工业中还依据重铬酸钾和重铬酸钠在同一温度下溶解度的差异,用重铬酸钠与氯化钾或硫酸钾进行复分解反应而制得重铬酸钾。因而,在实验室中重铬酸钾比重铬酸钠应用广泛。
      4、碳酸钠与碳酸钾的使用
      教师在讲解氯离子检验时,往往会演示以下对比实验:取两支洁净的试管,分别取等体积的氯化钠溶液和碳酸钠溶液,在两支试管中分别先滴入硝酸银溶液后,再滴入足量稀硝酸。在碳酸钠溶液与硝酸银溶液反应生成的淡黄色沉淀中逐滴加入过量稀硝酸时,只有部分沉淀溶解,总会剩下一些不能溶解的白色浑浊物,就算用分析纯的碳酸钠和蒸馏水配制成的碳酸钠溶液进行实验,也会有少许可见的沉淀物。若改用分析纯的碳酸钾代替碳酸钠做对比实验,生成的淡黄色碳酸银沉淀可以完全溶解,使溶液变得澄清。这主要是因为碳酸钠和碳酸钾的生产工艺不同。
      当前,碳酸钠的生产工艺主要有两种。一种是候氏制碱法:用食盐、氨水、二氧化碳为原料,于室温下从溶液中析出碳酸氢钠,将它加热,即分解为碳酸钠,这是当前生产碳酸钠的最主要方法。另一种是重结晶法:从自然界的一些富含碳酸钠的水体中,通过重结晶法得到碳酸钠。这两种方法制得的碳酸钠中都会含有氯化钠,就算是分析纯的碳酸钠中也难以避免的混有少量氯化钠。硝酸银是一种灵敏试剂,只要有微量氯离子存在,就有明显的浑浊现象(氯化银的溶度积常数Ksp=1.6×10-10)。目前碳酸钾的生产主要采用吕布兰法、电解法、离子交换法等,其中一些方法可制得含氯化物更少的碳酸钾。
      所以,建议在演示氯离子检验的对比实验时选用分析纯的碳酸钾来代替碳酸钠。
      5、氢氧化钠和氢氧化钾的使用
      从碱的通性来讲,氢氧化钠和氢氧化钾具有很大程度的相似性,两者在大多数情况下可以互换使用。而在中学化学实验中氢氧化钠通常比氢氧化钾使用得多一些,主要原因是:其一,氢氧化钠通常比氢氧化钾便宜;再者,氢氧化钾的固体具有极强的吸水性,在空气中极易潮解,其吸收二氧化碳的能力也强于氢氧化钠。所以,氢氧化钾固体的保存条件比氢氧化钠固体更为苛刻。这些原因导致氢氧化钾在中学化学实验中的应用受到一些限制。
      6、硝酸钾和硝酸钠的使用
      硝酸钾和硝酸钠都是易溶于水的盐类物质。在九年级下册(人教版,2006年版)教材中,讲解溶解度这一课题时有如下的实验:把较多量硝酸钾溶于室温时的水中,将制得的硝酸钾饱和溶液升温,集聚在溶液底部的大量硝酸钾会完全溶解。该实验有助于学生从感性的角度建立(不)饱和溶液的概念,为后继课程中讲解溶解度的概念及溶解度曲线埋下伏笔。
      查阅教材可知,0℃时硝酸钾的溶解度为13.3 g/100克水,在100℃时硝酸钾的溶解度为246 g/100克水,溶解度几乎增大了20倍,而硝酸钠的溶解度受温度影响相对较小,不宜用于上述实验。
      所以,教材中选用硝酸钾作为代表性的物质来说明一些物质的溶解度受温度影响很大。
      7、氯化钠和氯化钾的使用
      氯化钠是人们最常用的化学物质之一,它在地壳中储量丰富,来源十分广泛,价格低廉。人体摄人的食盐通过新陈代谢又回归大自然,因而自然界的氯化钠可供人类长时间使用。所以,在实验中可不用氯化钾的地方尽可能用氯化钠代替。
      化学物质种类的多样性和性质的差异性将吸引着人们去不断的探索,也希望通过本文能与同行在更广阔的层面进行深入的学习和交流。

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