【種花家務·化學】1-5-03堿——『數(shù)理化自學叢書66版』
【閱前提示】『數(shù)理化自學叢書66版』是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版的基礎自學教材,本系列叢書共包含17本,層次大致相當于如今的初高中水平,其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材,很多概念已經(jīng)與如今迥異,因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外,黑字是教材原文,彩字是我寫的備注。
【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有較新版,是80年代的改開版,改開版內(nèi)容較新而且還增添了約25本的大學基礎自學內(nèi)容,直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇66版,首先,是因為66版保留了很多古早知識,讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是66版的版權(quán)風險極小,即使出版社再版也只會再版80年代改開版。而我認為66版依然是一套不錯的自學教材,不該被埋沒在故紙堆中,是故才打算利用業(yè)余時間,將『數(shù)理化自學叢書66版』上傳成文字版。(山注,關(guān)于出版社再版的可能性,的確不大,但絕不是零。我也不清楚如今的基礎教材出了什么問題,一脈相承代代相傳的情況下,竟然還能讓80年代的高中化學教材甲種本——如今名為《新編高中化學讀本》——有一版再版的市場需求。)

第五章氧化物、堿、酸、鹽
§5-3堿
一、幾種重要的堿
【1-01】金屬氧化物能直接或間接生成它們相應的水化物,大部分金屬氧化物的水化物都屬于“堿類”?,F(xiàn)在先介紹幾種重要的堿。
1、氧氧化鈉
【1-02】氫氧化鈉是氧化鈉的水化物,氧化鈉和水直接化合,就會生成氫氧化鈉:【山注,Na_2O+H_2O=2NaOH】氫氧化鈉是重要的化學工業(yè)產(chǎn)品之一。
【1-03】氫氧化鈉是一種白色固體,很易溶解于水(在80°C時氫氧化鈉的溶解度是313克),溶解時放出大量的熱(§4·2)。在空氣里,它能夠吸收空氣里的水蒸氣而自身溶解(這種作用叫做潮解)。氫氧化鈉的水溶液有肥皂似的滑膩的感覺,并且有很強的腐蝕性,皮膚、織物、紙張等都能被它腐蝕。如果皮膚沾上了氫氧化鈉溶液,皮膚就會變得粗糙,日常所用的洗衣皂(由油脂和氫氧化鈉作用而制得)里,常含有少量沒有作用掉的氫氧化鈉,因此手在肥皂水里浸的時間過長,皮膚常會變糙,在衣服上如果濺著了很稀的氫氧化鈉溶液,當時好象沒有什么損傷,但是干了以后,由于稀溶液的濃縮,織物被腐蝕,衣服上就會出現(xiàn)一個個小洞。羊毛織物比一般棉織品更易受到氫氧化鈉的腐蝕,在氫氧化鈉的濃溶液里放入少許羊毛(或兔毛),稍稍加熱,羊毛會完全溶解在氫氧化鈉溶液里。因此,處理氫氧化鈉和它的溶液時,必須十分小心。不要用手直接去拿固體的氫氧化鈉(必須用鑷子)。如果有氫氧化鈉溶液濺在衣服上或皮膚上時,必須立即用水沖洗干凈。
【1-04】由于氫氧化鈉具有這樣強烈的腐蝕性,因此在商業(yè)上又稱做盤“苛性堿”或“燒堿”。
【1-05】氫氧化鈉溶液能使指示劑變色。所謂指示劑,大都是一些復雜的有機化合物【關(guān)于有機化合物的概念,將在第四冊里詳細談到,因為這類化合物最早時都是以動植物為來源的,故稱有機(即有生命的意思)化合物】,它們遇到酸或堿時,會顯出不同的顏色。利用這類物質(zhì),可以指示出溶液是酸性還是堿性,最常用的指示劑是石蕊和酚酞(讀作“分太”)。平常用的石蕊試液,是一種紫色的液體。常用的酚酞試液是酚酞的酒精溶液,是一種無色的液體。
【1-06】如果在氫氧化鈉溶液里滴入一滴或幾滴紫色的石蕊試液,溶液立刻變成藍色。
【1-07】如果在氫氧化鈉溶液里滴入一滴或幾滴無色的酚酞試液,溶液立刻顯出深紅色。
【1-08】為了方便起見,在實驗室里還常使用一種“石蕊試紙”來識別酸和堿。石蕊試紙有紅色和藍色兩種。氫氧化鈉溶液能使紅色的石蕊試紙變成藍色,但對藍色的石蕊試紙則不發(fā)生變化。
【1-09】氫氧化鈉能和鹽酸、硫酸等酸反應,反應的化學方程式是:
【山注,B站專欄公式代碼NaOH+HCl=\mathop{NaCl}\limits_{氯化鈉}+H_2O\\2NaOH+H_2SO_4=\mathop{Na_2SO_4}\limits_{硫酸鈉}+2H_2O】
【1-10】反應結(jié)果生成水和另一種屬于“鹽類”的物質(zhì),即氯化鈉和硫酸鈉。所謂“鹽類”,是指各種酸分子里氫原子被各種金屬原子置換后所生成的一類物質(zhì),氯化鈉(食鹽的主要成分)是鹽酸()分子里的氫原子被金屬鈉原子置換后生成的化合物,是鹽酸的鹽(或簡稱鹽酸鹽);硫酸鈉是硫酸(
)分子里兩個氫原子被兩個金屬鈉原子置換后生成的化合物,它是硫酸的鹽(或簡稱硫酸鹽)。
【1-11】氫氧化鈉還能和某些氧化韌(主要是非金屬的氧化物)如二氧化碳、二氧化硫等反應,反應結(jié)果也是生成鹽和水:
?
【山注,B站專欄公式代碼2NaOH+CO_2=\mathop{Na_2CO_3}\limits_{碳酸鈉}+H_2O\\2NaOH+SO_2=\mathop{Na_2SO_3}\limits_{亞硫酸鈉}+H_2O】
2、氫氧化鈣
【1-12】前面講過的氧化鈣()和水化合后生成的水化物氫氧化鈣也是一種堿。氫氧化鈣的溶解度(§4-3)比起氫氧化鈉要小得多,它只能稍微地溶解于水中。我們平常用的石灰水就是澄清的氫氧化鈣的飽和溶液。
【1-13】氫氧化鈣的性質(zhì)在許多方面都和氫氧化鈉相似。例如對指示劑的反應,氫氧化鈣溶液也能使紫色的石蕊試液或紅色的石蕊試紙變藍,使無色的酚酞試液變紅。
【1-14】氫氧化鈣對皮膚、織物等也有腐蝕性。只是由于氫氧化鈣的溶解度較小,我們不可能制得象氫氧化鈉那樣濃的溶液。因此,氫氧化鈣溶液的腐蝕性,不如氫氧化鈉溶液那樣強烈。
【1-15】氫氧化鈣也能和酸反應生成鹽和水。例如氫氧化鈣和鹽酸反應,化學方程式是:
【山注,B站專欄公式代碼Ca(OH)_2+2HCl=\mathop{CaCl_2}\limits_{氯化鈣}+2H_2O】
【1-16】因為氫氧化鈣的溶解度較小,在這個反應里,我們實際上不用氫氧化鈣的溶液,而用它和水混和后生成的糊狀物,加入鹽酸后,氫氧化鈣變成容易溶解的氯化鈣(氯化鈣是一種鹽酸的鹽),結(jié)果使得糊狀物逐漸溶解,最后變成澄清的氯化鈣溶液。
【1-17】氫氧化鈣還能和硝酸()等其他酸類反應,生成相應的鹽。
【1-18】氫氧化鈣也能和二氧化碳、二氧化硫等非金屬的氧化物反應。我們已經(jīng)知道,在石灰水里通進二氧化碳氣體,就會有碳酸鈣的白色沉淀生成,從而使得澄清的石灰水變得渾濁。它們反應的化學方程式是:
【山注,B站專欄公式代碼Ca(OH)_2+CO_2=\mathop{CaCO_3↓}\limits_{碳酸鈣}+H_2O】
【1-19】我們在實驗室里常利用這個反應來檢驗二氧化碳的存在(§3-4)。
3、不溶性堿
【1-20】上面所講的兩種堿都是可溶于水的,稱做可溶性堿。但更多的堿,例如氫氧化銅、氫氧化鐵等都是不溶于水的,稱做不溶性堿。這些不溶性堿從它們的分子組成看來,也是金屬氧化物的水化物。由于它們不溶于水,因此不能直接由氧化物和水反應制得(§5-2),須用間接的方法(第222頁)。
【1-21】因為我們不能制得不溶性堿的水溶液,所以它們不能使指示劑發(fā)生顏色的變化。但是,它們和可溶性堿一樣,也能和酸發(fā)生反應,生成鹽和水。反應結(jié)果,不溶性堿溶解于酸溶液中。例如:
【山注,B站專欄公式代碼Cu(OH)_2+H_2SO_4=\mathop{CuSO_4}\limits_{硫酸銅}+2H_2O\\Fe(OH)_3+3HCl=\mathop{FeCl_3}\limits_{氯化鐵}+3H_2O】
【1-22】不溶性堿大都是不穩(wěn)定的,加熱容易分解生成金屬氧化物和水。例如:
【山注,B站專欄公式代碼Cu(OH)_2\mathop{=\!=}\limits^{加熱}CuO+H_2O\\2Fe(OH)_3\mathop{=\!=}\limits^{加熱}Fe_2O_3+3H_2O】
習題5-3(1)
1、寫出下面反應的化學方程式:
(1)金屬鈣→氧化鈣→氫氧化鈣→碳酸鈣;
【山答】
【山注,B站專欄公式代碼\color{blue}{2Ca+O_2(空氣)=2CaO\\ CaO+H_2O=Ca(OH)_2\\ Ca(OH)_2+CO_2=CaCO_3↓+H_2O}】
(2)金屬鈉→氧化鈉→氫氧化鈉→氯化鈉。
【山答】
【山注,B站專欄公式代碼\color{blue}{4Na+O_2(空氣)=2NaO\\ Na_2O+H_2O=2NaOH\\ 2NaOH+CO_2=Na_2CO_3+H_2O}】
2、分別寫出氫氧化鐵和鹽酸、硝酸、硫酸反應的化學方程式。
【山答】
【山注,B站專欄公式代碼\color{blue}{Fe(OH)_3+3HCl=FeCl_3+3H_2O\\2Fe(OH)_3+3H_2SO_4=Fe_2(SO_4)_3+6H_2O\\3HNO_3+ Fe(OH)_3=Fe(NO_3)_3+3H_2O}】
3、比較可溶性堿和不溶性堿的性質(zhì)。
【山答】不溶性堿不能如可溶性堿一般由氧化物與水直接反應制得。亦不能用酸堿指示劑判斷酸堿性。但不溶性堿與可溶性堿同樣可以與酸反應。
4、怎樣把下面兩瓶無色的溶液區(qū)分開來:(1)氫氧化鈉的稀溶液,(2)石灰水?
【山答】通入二氧化碳,變渾濁的就是石灰水。
5、16克的固體氫氧化鈉至多能夠吸收二氧化碳氣體多少升(在標準狀況下)?【山答】4.48L。
6、要使9.75克氫氧化銅完全溶解,需用6M的鹽酸多少毫升?最后生成氯化銅多少克?【山答】33.3ml;13.45g。山注,這道題我們做著有點別扭,是因為我們學習的銅的原子量近似為64,但本書采用的銅原子量近似值是63.5(參見CV20242165),因此我們計算的氫氧化銅分子量是98,但本題中是97.5,也就是說題干給的9.75g就是0.1mol,但我們算出的卻是很難受的一堆小數(shù),因此做得時候才會感覺別扭。
7、我們說不溶性堿能“溶解”于酸中,這里所說的“溶解”和第四章里所講的可溶性溶質(zhì)的溶解有什么區(qū)別?
【山答】第四章中的溶解指的是溶質(zhì)分子均勻的混入溶劑中,除少部分與溶劑的化合以外,其大部分并沒有生成新物質(zhì),主要是物理變化,但本節(jié)的溶解,是酸堿反應后,不溶性堿化學變成新物質(zhì)可溶性鹽,從而溶解于溶劑中,其是完全的化學變化。
2、堿的組成、分子式和命名法
【2-01】從上面所談的幾種堿里,可以看到它們的共同特征。
【2-02】首先,在分子組成方面。如果我們比較這些化合物的分子式,就可看到它們的分子都是由一個金屬原子和一個或幾個氫氧根結(jié)合而成的。【根是指由兩個或兩個以上的原子相互結(jié)合而成的原子團(這里所講的氫氧根是由1個氫原子和1個氧原子結(jié)合而成的原子團)。在化學反應中,它和一個簡單原子一樣,和別種原子化合而成化合物,或置換別種化合物里的某一原子的位置而成另一種新物質(zhì)。根和簡單原子一樣,也有一定的化合價】
【2-03】其次,在性質(zhì)方面。它們有許多共同的地方,其中特別重要的是:不論可溶性堿或者不溶性堿,都能和酸作用生成鹽和水。
【2-04】根據(jù)這兩方面的特征,可以得出堿的定義如下:凡是分子由一個金屬原子和一個或幾個氫氧根組成的,并且能跟酸作用生成鹽和水的化合物叫做堿。
【2-05】我們已經(jīng)知道,堿可以根據(jù)它在水里的溶解性,分成可溶性堿和不溶性堿兩類??扇苄詨A除前面講過的氫氧化鈉和氫氧化鈣外,還有氫氧化鉀()。除了這些以外,其余的堿,大部分都是不溶性堿。
【2-06】現(xiàn)在我們再來談談堿的分子式的寫法。根據(jù)堿的定義可知,堿的分子是由一個金屬原子和一個或幾個氫氧根結(jié)合而成的。我們知道,氫氧根的化合價是一價。因此,在堿的分子里,氫氧根的個數(shù)一定等于金屬原子的化合價。
【2-07】在書寫堿的分子式時,習慣上總是把金屬原子的符號寫在前面,氫氧根寫在后面。如果堿分子里的氫氧根不止一個,那末就要用一個括號把符號括起來,并在括號的右下角用數(shù)字注明氫氧根的個數(shù)。下面舉一些例子:
【2-08】氫氧化鈉的分子式是,不要寫成
,因為這里用括號沒有意義。
【2-09】氫氧化銅分子是由1個銅原子和2個氫氧根所組成(銅是2價),因此,它的分子式應該寫成,這里的括號不可缺少.因為,如果寫成
,就表示氫氧化銅分子由1個銅原子、1個氧原子和2個氫原子所組成,這顯然沒有反映出氫氧化銅分子組成的實際情況,因此是錯誤的。同祥,氫氧化鐵分子是由1個鐵原子和3個氫氧根所組成,鐵是3價,它的分子式應該寫成
,不可寫成
。
【2-11】由此可見,書寫堿的分子式時,必須注意兩點:
【2-12】(1)順序問題:先金屬后氫氧根,氫氧根一定要寫成,不能寫成
。
【2-13】(2)括號問題:分子里如果只有一個氫氧根,不要用括號,用了不僅是多余,而且是錯誤;分子里如果有幾個氫氧根,氫氧根外面一定要用括號,不用就是錯誤。
【2-14】堿的命名法和金屬氧化物相似(§5-2),根據(jù)分子里金屬的名字命名為“氫氧化某金屬”。如果某種金屬的氫氧化物不止一種,金屬元素化合價較低的命名為“氫氧化亞某金屬”,金屬元素化合價較高的仍命名為“氫氧化某金屬”。例如:
【山注,B站專欄公式代碼\begin{eqnarray} &&KOH\quad\quad &&稱為氫氧化鉀\\&&Fe(OH)_2&&稱為氫氧化亞鐵\\&&Fe(OH)_3&&稱為氫氧化鐵\\\end{eqnarray}】
【2-15】值得注意的是,命名時侯的順序剛剛和分子式里元素符號的順序相反。例如的正確命名是氫氧化鉀,而不是鉀化氧氫。這種情況不僅限于堿的命名,過去學過的氧化物的命名和以后即將學到的鹽的命名也都是這樣的。
習題5-3(2)
1、寫出下列各種堿的分子式:氫氧化鎂、氫氧化亞銅、氫氧化鋁、氫氧化鋅、氫氧化銅。從這些堿的分子式,可以看出堿在分子組成上有什么共同點?
【山答】【山注,B站專欄公式代碼\color{blue}{Mg(OH)_2\quad CuOH\quad Al(OH)_3\quad Zn(OH)_2\quad Cu(OH)_2}】堿在分子組成上都含有氫氧根。
2、怎樣命名:?
【山答】氫氧化鈣,氫氧化亞鐵,氫氧化銅。
3、為什么下面這些堿的分子式都是錯誤的?應該怎樣改正?
【山答】氫氧化鉀中鉀是1價,因此不加括號,不加下標,即。氫氧化鈣中,分子式應加括號,即
。
3、堿的化學性質(zhì)和一般法,復分解反應
1、堿的化學性質(zhì)
【3-01】從前面學習過的那幾種堿的性質(zhì),可以概括出堿類共同的化學性質(zhì)如下:
【3-02】(1)和指示劑的反應:可溶性堿的水溶液,都能使紫色的石蕊試液或紅色的石蕊試紙變藍,使無色的酚酞試液變紅;不溶性堿由于不溶于水,它們不能使指示劑變色。
【3-03】(2)和酸的反應:一切堿類(不論可溶性堿或者不溶性堿)都能和酸反應生成鹽和水。例如:
【山注,B站專欄公式代碼2NaOH+H_2SO_4=\mathop{Na_2SO_4}\limits_{硫酸鈉}+2H_2O\\Cu(OH)_2+H_2SO_4=\mathop{CuSO_4}\limits_{硫酸銅}+2H_2O】這個反應是堿類的特征反應。
【3-04】(3)和氧化物的反應:堿類能和某些氧化物(主要是非金屬的氧化物)反應,生成鹽和水。例如:【山注,B站專欄公式代碼Ca(OH)_2+CO_2=\mathop{CaCO_3↓}\limits_{碳酸鈣}+H_2O\\2NaOH+SO_2=\mathop{Na_2SO_3}\limits_{亞硫酸鈉}+H_2O】
【3-05】(4)和鹽的反應:可溶性堿能和鹽反應,生成另一種新鹽和新堿。例如:【山注,B站專欄公式代碼3NaOH+\mathop{FeCl_3}\limits_{碳氯化鐵}=3NaCl+\mathop{Fe(OH)_3↓}\limits_{氫氧化鐵}】氫氧化鐵是一種棕紅色的絮狀沉淀。
【3-06】(5)分解反應:不溶性堿大都是不穩(wěn)定的,受熱容易分解,生成金屬氧化物和水。例如:
【山注,B站專欄公式代碼Cu(OH)_2\mathop{=\!=}\limits^{加熱}CuO+H_2O\\2Fe(OH)_3\mathop{=\!=}\limits^{加熱}Fe_2O_3+3H_2O】
2、堿的一般制法
【3-07】堿一般可以認作是金屬氧化物的水化物??扇苄詨A可以由它相應的氧化物和水直接化合而制得。但不溶性堿不能用這個方法制得,因為它們相應的氧化物是不能跟水直接反應的(§5-2)。制取不溶性堿一般是用間接的方法。先把氧化物和酸反應變成鹽,然后再將鹽和可溶性堿(一般用氫氧化鈉)發(fā)生反應,生成不溶性堿。例如,由氧化銅制造氫氧化銅要有兩個步驟:第一,把氧化銅和硫酸(或其他酸)反應生成鹽(硫酸銅),【山注,B站專欄公式代碼CuO+H_2SO_4\mathop{=\!=}\limits^{加熱}CuSO_4+H_2O】第二,把生成的鹽(硫酸銅)再和氫氧化鈉反應生成氫氧化銅,
【山注,B站專欄公式代碼CuSO_4+2NaOH=Cu(OH)_2↓+Na_2SO_4】
3、復分解反應
【3-08】在堿與鹽的反應中,我們看到,氫氧化鈉和氯化鐵反應時,氯化鐵分子里的鐵原子和氫氧化鈉分子里的鈉原子相互交換了位置,結(jié)果生成氯化鈉(新鹽)分子和氫氧化鐵(新堿)分子。在堿的一般制法中,硫酸銅和氫氧化鈉反應,銅原子和鈉原子亦是相互交換了位置,生成了氫氧化銅和硫酸鈉。
【3-09】在化學反應里,兩種化合物相互交換成分,生成另外兩種新的化合物,叫做復分解反應。上面講的兩個反應就是復分解反應。又如前面講過堿和酸生成鹽和水的反應,堿分子里的金屬原子和酸分子里的氫原子相互交換位置,結(jié)果生成水分子和鹽分子:

【3-10】(或者說,堿分子里的氫氧根和氯化氫分子里的氯原子相互交換位置),也屬于復分解反應。
【3-11】復分解反應連同過去講過的化合反應、分解反應和置換反應是最基本的四類化學反應。
【3-12】在中學化學里,大部分的化學反應都屬于這四種類型,但因化學反應有多種多樣,所以也有一些反應不是這四種類型所能概括得了的。例如前面講過的堿和非金屬氧化物的作用:【山注,B站專欄公式代碼2NaOH+CO_2=Na_2CO_3+H_2O】就不能歸入這四種基本類型中。
習題5-3(3)
1、寫出下面反應的化學方程式:
(1)氫氧化銅和硫酸反應,
(2)氫氧化鈉和二氧化碳反應,
(3)氫氧化鈣和碳酸鈉反應,
(4)氫氧化鐵和鹽酸反應。
【山答】
【山注,B站專欄公式代碼\color{blue}{Cu(OH)_2+H_2SO_4=CuSO_4+2H_2O\\2NaOH+CO_2=Na_2CO_3+H_2O\\Na_2CO_3 +Ca(OH)_2=2NaOH+CaCO_3\\Fe(OH)_3+3HCl=FeCl_3+3H_2O}】
2、怎樣由氫氧化銅制取下列物質(zhì)?寫出它們反應的化學方程式(1)氧化銅,(2)氯化銅,(3)硝酸銅,(4)硫酸銅。
【山答】
【山注,B站專欄公式代碼\color{blue}{Cu(OH)_2\mathop{=\!=}\limits^{加熱}CuO+H_2O\\Cu(OH)_2+2HCl=CuCl_2+2H_2O\\Cu(OH)_2+2HNO_3=Cu(NO_3)_2+2H_2O\\Cu(OH)_2+H_2SO_4=CuSO_4+2H_2O}】
3、什么叫做復分解反應?為什么下面兩個化學反應是屬于復分解反應類型的?
【山注,B站專欄公式代碼\begin{eqnarray} &&(1)\quad\quad &&CuO+H_2SO_4\mathop{=\!=}\limits^{加熱}CuSO_4+H_2O\\&&(2)&&Na_2CO_3+Ca(OH)_2=CaCO_3↓+2NaOH\\\end{eqnarray}】
【山答】在化學反應里,兩種化合物相互交換成分,生成另外兩種新的化合物,叫做復分解反應。上述反應中都是交換了成分,①是氧元素與硫酸根交換,②是碳酸根與氫氧根交換,因此兩個反應都屬于復分解反應類型。
4、怎樣由鐵屑、氯氣、氫氧化鈉制得氧化鐵?寫出它們反應的化學方程式,并注明它們各屬于哪一類化學反應[提示:氯氣和鐵作用生成氯化鐵]。
【山答】
【山注,B站專欄公式代碼\color{blue}{2Fe+3Cl_2\mathop{=\!=}\limits^{點燃}2FeCl_3\\3NaOH+FeCl_3=3NaCl+\mathop{Fe(OH)_3↓}\\2Fe(OH)_3\mathop{=\!=}\limits^{加熱}Fe_2O_3+3H_2O}】
5、寫出氫氧化鈉和下列物質(zhì)反應時的化學方程式:(1)鹽酸,(2)二氧化碳,(3)硫酸銅。
【山答】
【山注,B站專欄公式代碼\color{blue}{NaOH+2HCl=NaCl_2+H_2O\\2NaOH+CO_2=Na_2CO_3+H_2O\\2NaOH+H_2SO_4=Na_2SO_4+2H_2O}】