知识背景
杭州的老房子墙上,抹的是白色的石灰砂浆。工匠把生石灰倒进水池,水立刻沸腾般翻滚、烫得靠不近,这叫淋灰;淋出的石灰浆抹到墙上,过几天就硬得像石头。两千年前的《周礼》里已有用蛤壳烧灰筑墙的记载,中国人对石灰的使用,比对铁的冶炼还早。
而另一种碱的故事发生在工业革命时期。当时欧洲的肥皂、玻璃、纺织业都缺一种叫「碱」的东西,只能从草木灰和天然碱湖里刮取,价格昂贵。后来法国人、比利时人相继发明了用食盐制碱的工艺,中国化学家侯德榜在此基础上创制「侯氏制碱法」,让中国摆脱了洋碱的垄断。
这一节的两位主角,就是氢氧化钠和氢氧化钙。它们和酸一样有共同的本领,因为溶液里都有同一个主角——氢氧根离子 。而它们各自的怪脾气:烧碱会潮解会变质,石灰水会结膜会变浑,正是中考最爱下手的地方。
知识讲解
碱的定义
碱:电离时生成的阴离子全部是氢氧根离子()的化合物。
碱溶液显碱性,就是因为其中有 ;碱的通性也由它而来。注意:只有可溶性碱(氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡)的溶液才谈得上这些通性。
氢氧化钠
,俗称火碱、烧碱、苛性钠。白色固体,极易溶于水且放出大量热。
- 潮解:在空气中容易吸收水分而表面变潮、溶解,属物理变化。因此它可用作某些气体的干燥剂(能干燥氧气、氢气、氮气,不能干燥二氧化碳、二氧化硫、氯化氢等酸性气体)。
- 强腐蚀性:能腐蚀皮肤、纸张、织物,取用必须用镊子,不可用手直接接触。
- 易变质:能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠,(化学变化),所以必须密封保存。
用途:制肥皂、造纸、纺织、印染、精炼石油;能与油脂反应,所以厨房管道疏通剂、去油污清洁剂中常含它。
氢氧化钙
,俗称熟石灰、消石灰。白色粉末,微溶于水,其澄清水溶液俗称石灰水,也有腐蚀性。
- 由生石灰与水反应制得,放出大量热:。它的溶解度随温度升高而减小(与大多数固体相反),所以把石灰水加热反而会变浑浊。
- 与二氧化碳反应生成碳酸钙:。这既是检验二氧化碳的方法,也是石灰砂浆抹墙后逐渐变硬的原因。
用途:改良酸性土壤;配制农药波尔多液(与硫酸铜混合);建筑上砌砖、抹墙;漂白粉的原料。
碱的通性(四条)
第一条 · 与指示剂作用:使紫色石蕊试液变蓝,使无色酚酞试液变红。
第二条 · 与非金属氧化物反应,生成盐和水:、
第三条 · 与酸反应,生成盐和水(中和反应):
第四条 · 与某些盐反应,生成新盐和新碱:(蓝色沉淀)、(红褐色沉淀)、
- 溶解性:氢氧化钠极易溶,氢氧化钙微溶。所以配石灰水只能得到稀溶液,且久置瓶底常有白色固体。
- 变质产物:两者在空气中都与二氧化碳反应变质,但氢氧化钠生成可溶的碳酸钠(溶液仍澄清),氢氧化钙生成不溶的碳酸钙(溶液变浑浊、表面结白膜)。
- 敞口放置的后果:氢氧化钠先潮解(变潮)再变质(生成碳酸钠),质量增大;石灰水表面结膜,浓度变小。
实验与探究
用镊子取几小块氢氧化钠固体放在表面皿上观察;另取一块放入水中并用手摸容器外壁;再取少量氢氧化钠溶液滴在一小块布上放置。
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现象:表面皿上的固体表面很快变潮、出现小液滴,最后成为黏稠液体;固体溶于水时容器外壁明显发热;布片上的部分逐渐变黄、发脆,甚至破洞。分析:变潮是吸收空气中的水蒸气导致的潮解(物理变化);发热说明氢氧化钠溶解放热;布片受损体现了它的强腐蚀性。
操作与安全:① 必须用镊子取用,不能用手拿;② 称量要放在玻璃器皿中而不能放在纸上(会被腐蚀并粘住);③ 沾到皮肤上要用大量水冲洗,再涂稀硼酸溶液;④ 试剂瓶要用橡胶塞而不用玻璃塞(碱与玻璃中的二氧化硅缓慢反应会把塞子粘死)。
氢氧化钠溶液与二氧化碳反应没有明显现象,怎样证明反应确实发生了?
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方案一 · 从气体减少入手:取一只装满二氧化碳的软塑料瓶,倒入约三分之一体积的氢氧化钠溶液,迅速拧紧瓶盖并振荡。现象是塑料瓶明显变扁,说明瓶内气体被消耗、气压减小。必须设对照组:另取相同装置改倒等量水,瓶子只轻微变形,从而排除二氧化碳单纯溶于水造成的影响。
方案二 · 从新物质入手:取反应后的溶液少量于试管,滴入足量稀盐酸,若产生气泡,说明溶液中已有碳酸钠,即反应确实发生。依据:。也可改滴氯化钙溶液,出现白色沉淀同样能证明。
结论:反应为 。思路小结:无明显现象的反应,要么证明反应物减少,要么证明生成物出现,两条路都要会走。
经典例题
实验室用 克溶质质量分数为 的氢氧化钠溶液吸收二氧化碳,恰好完全反应。求参加反应的二氧化碳质量和生成碳酸钠的质量。( 为 40, 为 44, 为 106)
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第一步 · 写出并配平化学方程式:。第二步 · 求纯氢氧化钠的质量(溶液不能直接代入方程式,必须先换算成溶质):。第三步 · 标出质量关系。 为 , 为 44, 为 106。设二氧化碳质量为 、碳酸钠质量为 ,则
第四步 · 列比例式求解:由 得 ;由 得 。第五步 · 检验单位与合理性:单位均为克,正确;生成水为 ,而 ,质量守恒成立。答:参加反应的二氧化碳 克,生成碳酸钠 克。最易错的一步是第二步: 克是溶液质量,直接拿去列比例就全错了。
难点与易错点
- 把潮解与变质混为一谈:潮解是吸水(物理变化),变质是与二氧化碳反应生成碳酸钠(化学变化)。氢氧化钠敞口久放会先潮解、后变质。
- 用氢氧化钠干燥二氧化碳:碱会与酸性气体反应,二氧化碳、二氧化硫、氯化氢都不能用它干燥。
- 认为所有碱都能使酚酞变红:只有可溶性碱的溶液才行,氢氧化铜、氢氧化铁是沉淀,不显碱性溶液的性质。
- 认为固体溶解度都随温度升高而增大:氢氧化钙恰恰相反,加热石灰水会变浑浊。
- 氢氧化钠试剂瓶用玻璃塞:碱能与玻璃中的二氧化硅反应,会把塞子粘住,必须用橡胶塞。
- 称量氢氧化钠时放在纸上:会腐蚀纸并吸水,必须放在玻璃器皿中并快速称量;化学计算时也不能直接把溶液质量代入方程式,必须先乘溶质质量分数换算成溶质质量。
生活中的应用
- 龙井茶园与农田撒熟石灰:熟石灰中和土壤中过多的酸,把 pH 调回适宜范围;同时还能补充钙。
- 建房子抹墙:石灰浆吸收空气中的二氧化碳生成坚硬的碳酸钙,墙面因此逐渐变硬变白。皮蛋腌料含石灰、纯碱,靠碱性使蛋白凝固;果园防病的波尔多液则是硫酸铜与石灰乳配成的。
- 厨房管道疏通剂:主要成分是氢氧化钠,能与油脂反应把堵塞物「化开」。使用时必须戴手套,千万不能用手去掏。
生活应用题 1 · 一瓶放久了的氢氧化钠还能不能用
小杭在实验室发现一瓶敞口放置很久的氢氧化钠固体,表面发黏。(1)表面发黏是什么原因?(2)如何检验它是否已经变质?(3)若已变质,如何除去杂质得到较纯的氢氧化钠溶液?
分步解:
- 解释发黏:氢氧化钠吸收空气中的水蒸气发生潮解,表面形成浓溶液,所以发黏,这是物理变化。
- 检验是否变质:取少量样品溶于水,滴入足量稀盐酸,若有气泡产生,说明含碳酸钠,已经变质,依据 ;也可滴入氯化钙溶液,出现白色沉淀同样说明变质。
- 除杂:向溶液中加入适量氢氧化钙溶液,把碳酸钠转化为碳酸钙沉淀,过滤即可,依据 。妙处在于生成物正是我们要的氢氧化钠,不引入新杂质。
- 答:发黏是潮解;用盐酸看气泡检验变质;用适量石灰水除杂后过滤。注意:不能用稀盐酸除杂,否则会把氢氧化钠也一起消耗掉。
生活应用题 2 · 给酸化的茶园土壤撒多少熟石灰
某龙井茶园一块地土壤酸性过强,经测算需要中和的酸相当于 千克盐酸。若用熟石灰(,相对分子质量 74)来中和,理论上需要多少千克?( 为 )
分步解:
- 写出化学方程式:。
- 标出质量关系: 为 74, 为 。设需熟石灰 ,列比例式 。
- 求解:。
- 检验与答:单位为千克,正确;熟石灰用量与酸的量接近,量级合理。理论上需熟石灰约 千克。实际提醒:施用要少量多次并翻耕均匀,一次撒太多会使土壤偏碱,反而伤了茶树的根。
考点
- 填空题·高频:碱的四条通性及方程式书写,尤其是与非金属氧化物、与盐的反应
- 实验题·高频:证明二氧化碳与氢氧化钠确实反应(气压法与检验生成物法,必须设对照)
- 选择题·高频:潮解与变质的辨析,氢氧化钠的保存与取用规范
- 实验题:检验氢氧化钠是否变质,以及用适量石灰水除去碳酸钠杂质
- 选择题:氢氧化钙溶解度随温度升高而减小;应用题:改良酸性土壤、石灰砂浆抹墙硬化、管道疏通剂去油污的原理
- 计算题·高频:由溶液质量与溶质质量分数换算溶质,再由方程式计算
中考真题
下列关于氢氧化钠的说法错误的是( )A. 俗称烧碱,有强腐蚀性 B. 可用来干燥二氧化碳气体 C. 敞口放置会因吸水而潮解 D. 与硫酸铜溶液反应生成蓝色沉淀
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逐项分析:A 对,俗称火碱、烧碱、苛性钠,具强腐蚀性。B 错,氢氧化钠会与二氧化碳反应,,不能用来干燥它。C 对,吸收水蒸气而潮解。D 对,,生成蓝色沉淀。
答案:B。提示:干燥剂的选择原则是不与被干燥气体反应,碱性干燥剂配中性或碱性气体,酸性干燥剂(浓硫酸)配中性或酸性气体。
小科向盛有澄清石灰水的试管中通入二氧化碳至过量,观察到溶液先变浑浊、后又变澄清。(1)写出变浑浊时的化学方程式。(2)该反应属于碱的哪条通性?(3)若把 克含氢氧化钙 的石灰水与二氧化碳恰好完全反应,可生成碳酸钙多少克?( 为 74, 为 100)
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(1) 。后来又变澄清,是因为过量的二氧化碳把碳酸钙转化成了可溶的碳酸氢钙。
(2) 属于碱与非金属氧化物反应生成盐和水(第二条通性)。(3)分步计算:第一步,求溶质质量:。第二步,由方程式知 与 的质量比为 。第三步,设生成碳酸钙 ,列比例式 ,解得 。第四步,检验:消耗二氧化碳 ,生成水 ,,质量守恒成立。答:可生成碳酸钙 克。