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从反应原理来看,烧碱、熟石灰都能与氯化铵反应产生氨气: NaOH+NH₄Cl→NaCl+NH₃↑+H₂OCa(OH)₂+2NH₄Cl→CaCl₂+2NH₃↑ +2H₂O,甚至因为NaOH碱性更强,反应更剧烈、更彻底。那为什么实验室一定要用熟石灰呢?
这是一个很好的问题,它触及了实验室制备气体时对试剂和条件的全面考量。简单来说,核心原因在于熟石灰与铵盐在反应的可控性、安全性和实验操作便利性上,都优于烧碱。 下面对比Ca(OH)₂和NaOH 对实验的具体影响。
1.碱性:
Ca(OH)₂中等强度且微溶,NaOH强碱且极易溶。NaOH反应过于剧烈不易控制; Ca(OH)₂反应速率适中,气流平稳易于收集。
2.吸湿性:
Ca(OH)₂很低,NaOH极强的潮解。NaOH会吸收空气中水分结块,并与NH₄Cl粉末粘连成糊状,使反应物难以混合均匀,热量不易散发。
3.状态:
Ca(OH)₂固体粉末, NaOH固体颗粒或块状。 NaOH与NH₄Cl混合加热时,容易结块并粘在试管壁上,可能导致试管因受热不均而破裂。
4.腐蚀性:
Ca(OH)₂弱腐蚀性, NaOH强腐蚀性。NaOH对玻璃仪器(特别是试管口)有强腐蚀性。 普通玻璃的主要成分是SiO₂,它是一种酸性氧化物。强碱能够与二氧化硅发生化学反应,生成可溶性的硅酸盐,从而导致玻璃表面被腐蚀。 SiO₂ + 2OH⁻ → SiO₃²⁻ + H₂O。而硅酸钙是难溶的,会阻碍玻璃被进一步腐蚀。
5.成本:
Ca(OH)₂ 非常廉价(一种常见的建筑材料), NaOH相对较贵 实验室大量使用,成本也是考量因素之一。
综合分析,氢氧化钙方案的核心优势如下:首先是可控性好,反应温和平稳,产生的氨气气流稳定,易于用向下排空气法收集。其次是安全性高,避免使用强腐蚀性的NaOH,保护实验人员和仪器,混合物疏松,加热时受热均匀,不易发生试管炸裂。再者是操作简便,固体粉末易于混合均匀,不粘连试管,实验后也易于清洁。最后是经济实用,价格低廉。
实验室选择试剂不仅仅看“能不能反应”,更要综合考虑反应速率、操作安全、实验可控性、成本以及对仪器的损害等多个方面。氢氧化钙在这些方面的综合得分远高于氢氧化钠,因此成为实验室制备氨气的经典选择。
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