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学习小专题 |
【苛性碱】碱金属氢氧化物的总称。一般指的是苛性钠（NaOH)和苛性钾（KOH)。由于它们对皮肤、羊毛、纸张、木材等具有强烈的腐蚀性而得名。
【焰色反应】有些金属或它们的化合物在灼烧时能使火焰呈特殊颜色。这是因为这些金属元素的原子在接受火焰提供的能量时，其外层电子将会被激发到能量较高的激发态。处于激发态的外层电子不稳定，又要跃迁到能量较低的基态。不同元素原子的外层电子具有着不同能量的基态和激发态。在这个过程中就会产生不同的波长的电磁波，如果这种电磁波的波长是在可见光波长范围内，就会在火焰中观察到这种元素的特征颜色。利用元素的这一性质就可以检验一些金属或金属化合物的存在。这就是物质检验中的焰色反应。一些金属或金属化合物(金属离子)的焰色反应的颜色列于下表。
焰色反应
进行焰色反应应使用铂丝。把嵌在玻璃棒上的铂丝在稀盐酸里蘸洗后，放在酒精灯的火焰(最好是煤气灯，因为它的火焰颜色浅、温度高)里灼烧，直到跟原来的火焰的颜色一样时，再用铂丝蘸被检验溶液，然后放在火焰上，这时就可以看到被检验溶液里所含元素的特征焰色。例如，蘸取碳酸钠溶液灼烧时，看到的火焰呈黄色。蘸取碳酸钾溶液，放到灯焰上灼烧，隔着蓝色钴玻璃观察，火焰呈浅紫色。实验完毕，要用稀盐酸洗净铂丝，在火焰上灼烧到没有什么颜色后，才能再去蘸另一种溶液进行焰色反应。
【铯】元素符号Cs，原子序数55，原子量132.9，外围电子层排布6s1，原子半径265.4皮米，离子半径167皮米，第一电离能371千焦/摩尔，电负性0.7，主要氧化数+1。
银白色金属，质软而轻，密度1.8785克/厘米3，硬度0.2，电导性4.8。
在自然界中铯是碱金属里最活泼的，能跟氧剧烈反应生成多种氧化物的混和物，在空气中常温下铷能自燃，生成红黄色晶体超氧化铯CsO2，铯不跟氮反应，可在高温下跟氢气化合生成较稳定的氢化物CsH，跟卤素能剧烈反应生成稳定的卤化物。不仅在常温下，甚至温度低到-116℃时铯跟水都可发生爆炸性的反应，生成氢氧化铯和氢气。氧化铯跟水反应时燃烧甚至爆炸，生成氢氧化铯。
铯对光特别灵敏，光照射下，铯容易释放出电子，因此，铯单质主要用于制造光电管、摄谱仪、闪烁计数器、电子管、红外信号灯、以及光学自动控制仪器，还用于电子管的吸氧剂。医疗中用铯盐做药物。同位素铯-137，可用来治疗癌症。
1860年德国本生和基尔霍夫在对矿泉的提取物进行光谱实验时，发现了铯，并根据谱线的颜色命名为铯(原意是天蓝)。铯在自然界分布少而分散，主要有氯化铯存在于海水或光卤石中，主要矿物有铯榴石、绿柱石等。工业上用镁或钙在700～800℃和真空条件下还原氯化铯制取铯
铯
加热叠氮化铯CsN3也可分解生成铯。
银白色有金属光泽，质软，硬度为0.3，密度为1.532克/厘米3(固)，1.475克/厘米3(液)，熔点38.39℃，沸点688℃，电导性7.7。
化学性质极活泼，在空气中很快形成氧化层而失去光泽并自燃生成深棕色的超氧化物RbO2。臭氧跟氢氧化铷反应可生成臭氧化铷，铷跟氯气或溴猛烈反应燃烧形成火焰，不跟氮气反应。铷跟水剧烈反应并发生爆炸，跟温度低于-100℃的冰也能发生剧烈的反应，生成氢气和氢氧化铷。跟氢气化合生成氢化铷。它是碱金属氢化物中最不稳定的一种，加热不待熔化即行分解，铷平时保存在煤油里。铷的蒸气在180℃时显绛红色，高于250℃时则变为橙黄色。铷有优异的光电性能，铷原子受光的照射时会激发释放出电子，利用这种特性，可把铷喷镀在银片上，制成光电管，广泛应用于电影、电视、自动控制设备中。由于铷能强烈地跟氧气化合，制造真空管时用做吸氧剂。铷汞齐用做催化剂。有些铷的化合物用于医药。
1861年德国的本生和基尔霍夫，用光谱分析的方法从云母提取物中发现了铷，并根据谱线的颜色命名为铷(原意是暗红)。铷在自然界很少，而且分散，海水中含量较多，用重结晶法从海水中提取氯化铷。可用电解熔融氯化铷的方法制备铷，但有危险，工业上主要用钙或镁在700～800℃和真空条件下还原氯化铷制取铷
铷
铷的沸点比钙低，便于分离收集。
【超氧化钾】化学式KO2，式量71.1。橙黄色晶体，熔点380℃。超氧化钾中含有超氧离子O2- ，其中含有三电子键，稳定性比K2O2差，是强氧化剂。
跟水剧烈反应，产生氧气和过氧化氢。
2KO2+2H2O=2KOH+O2↑+H2O2；
超氧化钾跟二氧化碳反应，放出氧气。
4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2↑ 。
常用于急救用的呼吸面具中。钾在过量空气中燃烧可生成超氧化钾。
【氢化钠】化学式NaH，式量23.998。白色晶体，属于离子晶体，类盐化合物，其中氢为负一价离子。加热时不稳定，不待熔化即分解，氢化钠跟水发生水解反应生成氢氧化钠并放出氢气。氢化钠是强还原剂，如在400℃时能将四氯化钛还原为金属钛：TiCl4+4NaH=Ti+4NaCl+2H2↑ ,钠在氢气流中于300～400℃时化合生成氢化钠。
【离子型氢化物】
当氢同电负性很小的ⅠA及ⅡA族(除Be,Mg外)金属直接化合时，氢就倾向于从这些金属获取一个电子形成负一价氢离子(H- )。但由于氢成为负一价离子的趋势远小于卤素的这种趋势,所以在较高温度下才能生成离子型氢化物.
这类氢化物晶体结构的特点是金属正离子与氢负离子分别占据着晶格结点，因此这种类型的氢化物又称为类盐型或离子型氢化物。它们都是白色晶体，但常因含少量金属而呈灰色。
除LiH、BaH2具有较高的稳定性以外，其余的氢化物都在熔融温度以前分解为单质。类盐型氢化物遇水分解，生成金属氢氧化物并放出氢气。此性质常用来制取少量氢气。
氢负离子(H- )具有较大的离子半径(208Pm)，这是由于氢仅有的一个质子吸引两个互相排斥的自旋相反的电子的结果，因此氢负离子不稳定，有强烈的失电子的趋势。这类氢化物都具有强还原性，均属强还原剂。在高温下可以还原金属氯化物、氧化物及含氧酸盐。如
TiCl4 + 4NaH 
4NaCl + Ti + 2H2
UO2 + CaH2 U + Ca(OH)2
离子型氢化物在非极性溶剂中，与B2H6，AlCl3等可形成复合氢化物，例如
2LiH + B2H6 2LiBH4
4LiH + AlCl3 
LiAlH4 + 3LiCl
【联合制碱法】又称侯氏制碱法。是我国化工专家侯德榜首先提出的。此法是将氨碱法与合成氨联合同时制造纯碱和氯化铵的生产方法。以食盐、氨和二氧化碳（合成氨生产的副产品）为原料，将氨和二氧化碳先后通入饱和食盐水中，生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、煅烧而得纯碱。在滤液中，再通入氨并加食盐使所含的氯化铵析出，经过滤干燥而得氯化铵。所得滤液再通入氨和二氧化碳循环使用。与氨碱法相比此法的优点是：氯化钠的利用很高可达96％以上，同时避免产生大量含氯化钙的废液，并可省去一些设备。
联合制碱法
【氨碱法制碱】又称索尔维法。是比利时工业化学家索尔维（Ernest Solvay）首先发明的纯碱工业制法。以食盐、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）和氨为原料。先使氨通入饱和食盐水中制成氨盐水，再通入二氧化碳以发生碳酸化反应，析出碳酸氢钠固体和含氯化铵的母液；经过滤、洗涤后，将碳酸氢钠煅烧得到产品纯碱。滤液中含大量的氯化铵，与石灰乳混和，加热产生的氨以及煅烧碳酸氢钠时产生的二氧化碳都可循环使用。此法氯化钠的利用率仅为72～74％左右，同时有大量的氯化钙作为废液排出，未加以利用。
氨碱法Na2O2+2H2O
2NaOH+H2O2
Na2O2+H2SO4(稀)Na2SO4+H2O2
反应放热，使H2O2立即分解放出O2。
2H2O22H2O+O2↑
它能与CO2作用，放出O2。
2Na2O2+2CO2＝2Na2CO3+O2
根据这个性质，可将它用在矿山、坑道、潜水或宇宙飞船等缺氧的场合，将人们呼出的CO2再转换成O2，以供呼吸之用。它还可以用于消毒、杀菌和漂白。
【碱金属】周期表ⅠA族元素，包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)和钫(Fr)等6种元素。其中钫(Fr)为放射性元素。它们的氢氧化物均易溶于水，都有强碱性，因而得名；都以化合态(钫除外)存在于自然界中。原子的内电子层都是稳定结构，最外层只有1个电子(ns1)，易于失去而成+1价离子，没有变价。单质的密度小，是金属里最轻的。熔点低，硬度小，导电性强。当表面受到光照射时，电子可以从表面脱出，用铷和铯制造光电管就是利用这一性质。碱金属能在常温下形成液态的合金，例如钾钠合金(熔点-12.3℃)、钠汞齐(熔点-36.8℃)。前者具有高的比热，用做核反应堆的冷却剂；后者是一种活泼的还原剂，常用于有机合成中，由于这种合金可能缓和钠作用的激烈程度，比纯钠更适用。碱金属表现出最典型的金属化学性质，化学性质非常活泼，具有强还原性。金属性随着原子序数的增加、原子半径增大而增强。碱金属及其挥发性化合物在灼烧时，发生特征的颜色。
碱金属均属于轻有色金属，其原子具有相同的价电子层结构，性质相似，如单质的密度、硬度、熔点都很低，导电性强；它们都能与水、氧、硫、磷、卤素等非金属直接反应而生成M+的各种化合物。但由于碱金属的原子半径一般都随着电子层数的增多而增大，它们的化学活泼性，如化学反应激烈程度，随核电荷数增多而加强。钠和钾在空气中微热就可燃烧，钠生成过氧化钠(Na2O2)，钾生成超氧化钾(KO2)，铷和铯在室温下就会自燃生成超氧化物。碱金属氧化物跟水反应，Li2O反应很慢，Na2O、K2O反应快，Rb2O、Cs2O反应很快、会发生燃烧甚至爆炸；所生成的对应的水化物，均为强碱，碱性依次增强。又如金属单质跟水反应，锂反应较慢，钠很激烈，钾燃烧，铷和铯则发生爆炸。碱金属与所有化学试剂(除氮外)作用的活泼性都是从锂到铯递增。
【氢氧化铜】 化学式Cu(OH)2，式量97.56。淡蓝色粉末状晶体，密度3.368克/厘米3。难溶于水。受热易分解为氧化铜和水。微显两性，既溶于酸又溶于氨水和浓碱溶液，Cu(OH)2＋2NaOH=Na2［Cu(OH)4］ ，Cu(OH)2＋4NH3=［Cu(NH3)4](OH)2 ，用作媒染剂、颜料、纸张着色。由铜盐溶液和碱溶液反应制得。
【硫酸铜】化学式CuSO4，式量159.6。白色粉末，密度3.608克/厘米3，有强吸水性，吸水后变蓝，生成五水硫酸铜。在650℃时分解为氧化铜和三氧化硫。常见的是五水合硫酸铜蓝色晶体CuSO4·5H2O，俗称胆矾或蓝矾。三斜晶体。晶体中四个水分子以配位键与Cu2+结合，一个水分子以氢键与硫酸根离子结合。易溶于水，在干燥空气中易风化。可用作媒染剂、杀虫剂、杀菌剂、还用于镀铜。由氧化铜跟稀硫酸反应，再经浓缩结
晶可制得胆矾。
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| 硫酸铜晶体 |
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| 硫酸铜 |
【孔雀石】化学式Cu2(OH)2CO3或CuCO3·Cu(OH)2。由铜的碱式盐组成。单斜晶系，晶体呈针状，通常为放射状或钟乳状集合体。绿色。有玻璃光泽或金刚光泽，硬度3.5～4；性脆，密度3.9～4.0克/厘米3。产在含铜硫化物矿床的氧化带。块大色美的孔雀石，可琢磨成各种装饰品，粉末用作颜料。遇酸产生二氧化碳并生成铜盐。还用于提炼铜和制备铜盐。
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| 孔雀石 |
【氯化汞】俗称升汞，化学式HgCl2，式量271.50。无色晶体。密度5.44克/厘米3，熔点276℃，沸点302℃，溶于水，有剧毒。共价型分子，熔融时不导电。在酸性溶液中有较强的氧化性。水溶液在空气和光的作用下逐渐分解为氯化亚汞、盐酸和氧。有腐蚀性。用作消毒剂、防腐剂、催化剂、医药。将氧化汞溶于盐酸，或将硫酸汞跟氯化钠混和共热制得。
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| 氯化汞 |
【 氯化亚汞】因略带甜味俗称甘汞。化学式为Hg2Cl2，式量472.09。白色正方或四方晶体。密度7.15克/厘米3，熔点303℃，沸点384℃。不溶于水和乙醇。溶于浓硝酸、沸腾的盐酸、氯化铵和碱溶液，生成汞和氯化汞。在光照射下分解生成汞、氯化汞而逐渐变黑。用作杀菌剂、焰火制造，制甘汞电极。由硝酸亚汞溶液跟氯化钠溶液混合制得。
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| 氯化亚汞 |
【朱砂】化学式HgS，式量232.65。有红色六角晶体，有金属光泽，密度 8.10克/厘米3，580℃升华。有黄色单斜晶体，在386℃以上稳定。还有黑色变体(六方晶体或无定形粉末)，密闭加热升华得红色变体。难溶于水和醇。溶于硫化钠溶液、硝酸和王水。在空气中加热生成汞和二氧化硫。有毒。用于油画颜料、印泥、油漆、油墨和朱红雕刻漆，还用于医药。天然产的俗称辰砂或朱砂。将汞与硫反应升华制得。
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| 朱砂 |
【氧化亚铜】 化学式Cu2O，式量143.08。由于晶体微粒大小不同，呈现多种颜色，如橙黄、鲜红、深棕色。密度6.0克/厘米3，熔点1235℃。不溶于水。在潮湿空气中易氧化。有毒。溶于稀硫酸，立即发生岐化反应：Cu2O＋H2SO4=Cu2SO4＋H2O ；Cu2SO4=CuSO4＋Cu 。溶于氢卤酸生成无色络合物H［CuX2］。溶于氨水生成无色［Cu(NH3)]＋，很快被空气中氧气氧化成蓝色的［Cu(NH3)4]2＋ 。用作玻璃或陶瓷的红色颜料，制作整流器材料，有机合成用催化剂，农业用作催化剂。实验室由含酒石酸钾钠的硫酸铜溶液用葡萄糖还原制得。
由于制备方法和条件的不同，Cu2O晶粒大小各异，而呈现多种颜色，如黄、桔黄、鲜红或深棕。
Cu2O溶于稀硫酸，立即发生歧化反应：
Cu2O + H2SO4 
Cu2SO4 + H2O
Cu2SO4 CuSO4 + Cu
Cu2O对热十分稳定，在1058K时熔化而不分解，要加热到更高的温度时才分解。Cu2O不溶于水，具有半导体性质，常用它和铜装成亚铜整流器。在制造玻璃和搪瓷时，用作红色颜料。
Cu2O溶于氨水和氢卤酸中，分别形成稳定的无色配合物[Cu(NH3)2]+ 和[CuX2]- ，[Cu(NH3)2]+ 很快被空气中的氧氧化成蓝色的[Cu(NH3)4]2+ ，利用这种性质可以除去气体中的氧：
Cu2O + 4NH3·H2O 2[Cu(NH3)2]+ + 2OH- + 3H2O
2[Cu(NH3)2]+ +4NH3·H2O+1/2O22[Cu(NH3)4]2+ +2OH- +3H2O
合成氨工业中常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)[Cu(NH3)2]Ac溶液吸收对氨合成催化剂有毒的CO气体：
[Cu(NH3)2]Ac + CO + NH3 
[Cu(NH3)3]Ac·CO
这是一个放热和体积减少的反应，降温、加压有利于吸收CO。吸收CO以后的醋酸铜氨液，经减压和加热，又能将气体放出而再生，继续循环使用：
[Cu(NH3)3]Ac·CO 
[Cu(NH3)2]Ac + CO↑+ NH3↑
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| 氧化亚铜 |
【氯化铜】化学式CuCl2，式量134.44。棕黄色粉状结晶。共价化合物。密度 3.386克/厘米3，熔点620℃，993℃分解为氯化亚铜。有毒！易潮解，易溶于水。很浓的溶液显黄绿色，稀溶液显蓝色。黄色是由于[CuCl4]2－络离子存在，蓝色是由于有[Cu(H2O)4]2＋的存在，两者共存时显绿色。CuCl2·2H2O为蓝绿色斜方晶体。易潮解，受热分解失去氯化氢生成碱式盐Cu(OH)2·CuCl2。用作化学试剂、氧化剂、媒染剂、木材防腐剂、还用于石油馏分的脱硫、脱臭。由铜跟氯直接化合或由碱式碳酸铜跟盐酸反应制得。
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| 氯化铜 |
【 铜】元素符号Cu，原子序数29，原子量63.55，外围电子排布3d104s1，位于第四周期Ib族。原子半径127.8皮米，Cu2＋半径72皮米，第一电离能为750千焦/摩尔，电负性1.9，常见氧化数＋1、＋2。
紫红色有光泽的金属，有良好的延展性和传热、导电性。密度8.96克/厘米3，熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃。
化学性质不很活泼，在干燥空气中稳定，在含有二氧化碳的潮湿空气中易生成碱式碳酸铜，俗称铜绿(Cu2(OH)2CO3)。加热时跟氧生成氧化铜，跟卤素反应生成卤化铜，加热时跟硫反应生成硫化亚铜。不与水反应。不溶于稀盐酸和稀硫酸。可溶于硝酸和热浓硫酸。也能溶于浓盐酸生成H2CuCl3和H2。缓慢溶于氨水。容易被碱侵蚀。
主要用于电器工业，如制电线、电缆、各种电器设备。也用于制各种合金，如黄铜、青铜、白铜等，也用于电镀。古代就发现了铜，主要矿物有黄铜矿(CuFeS2)、辉铜矿(Cu2S)、赤铜矿(Cu2O)、孔雀石(Cu2(OH)2CO3)。铜矿石经冶炼得粗铜，最后经电解精炼得纯铜。
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| 铜的精炼 |
【黄铜】铜与锌形成的合金。含铜64～67％, 含锌33～36％, 杂质少于0.3％。有良好可塑性和耐腐蚀性。如还含有一种或几种其它合金元素(如镍、锰、铝、硅等)叫特种黄铜。具有较高的硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性。用于铸造机器零件、制造管材、板材、棒材等, 军工用于制枪弹弹壳等。
【青铜】通常指锡青铜。铜、锡为主形成的合金。含铜81～87％, 含锡3～4.5％, 锌5～7％, 铅4～6％。有良好的铸造性能、抗磨性、抗腐蚀性。用于制轴承、阀门、小齿轮、钟表弹簧、热交换器等。此外, 铜与铍、铝、锰、硅、磷等组成的二元或多元合金通常称为特种青铜, 如铍青铜、磷青铜等。一般有良好的润滑性、高导电性、耐腐蚀性。用于制轴承、齿轮、连杆、仪器零件、板材、管材、棒材以及艺术器等。
【氢气】氢气的分子式为H2， 氢气在通常状况下为无色、无气味的气体， 氢气的密度为0.0899克/升， 液氢的密度为0.070克/厘米3， 熔点－259.14℃， 沸点－252.4℃， 氢气是最轻的气体(密度最小)， 微溶于水(0℃时， 每体积水溶解0.0214体积氢气)。氢气有最大的扩散速度， 容易通过各种细小的空隙， 如钢板。高扩散速度使氢气有高导热性。用氢气冷却物体比用空气冷却约快6倍。氢分子通过电弧或高温， 都能离解成氢原子， 氢原子在金属表面很快又结合成氢分子， 同时放出大量的热， 形成氢原子火焰， 温度可高达3500℃。
氢气有可燃性， 它在空气中燃烧生成水并放出大量的热， 当空气中含4.1～75％(体积百分比)氢气时， 点火则发生爆炸。氢气跟氧气按一定比例混和时即得爆鸣气， 因此， 点燃氢气前必须检验氢气的纯度， 保证安全。氢气可以跟氟、氯、溴、碘、硫、氮等很多非金属化合生成气态氢化物， 其中氢为＋1价。氢气还能跟一些碱金属、碱土金属化合生成固态金属氢化物如：LiH、NaH、Kh、CaH2、BaH2等， 在这些化合物中氢为－1价。这些氢化物属于离子型化合物。氢气有还原性， 在一定温度下， 氢气可以从某些金属氧化物或非金属氧化物中夺取氧。用氢气可使氧化钨还原为金属钨。在一定温度下， 也可从某些金属氯化物或非金属氯化物中夺取氯， 使金属或非金属还原出来。氢气还可跟不饱和烃及其衍生物发生加成反应。钯和某些合金如LaNi5等能大量“吸收”氢气， 在一定条件下氢气又可以被释放出来， 因此钯和这些合金可用做氢气的储运材料。
氢气或氢氦混和气体可用来充填气球， 氢气可用来制燃料电池， 液氢和液氧可用做火箭的高能燃料， 氢原子焰可用来焊接金属。利用氢气的还原性可用来冶炼金属或制纯硅。氢气是重要的化工原料， 可用于合成氨、合成盐酸以及有机合成等。
氢气可用下列几种方法制取。(1)电解氢氧化钠水溶液， 制得的氢气纯度较高(99.9％)；(2)甲烷转化法， 甲烷和水蒸气在高温和镍、钴催化作用下转化成氢气和一氧化碳；(3)水煤气法， 用焦炭在高温下跟水蒸气反应；(4)离子型金属氢化物如氢化钙跟水反应；(5)用过渡金属络合物做催化剂， 利用太阳能分解水制取氢气是发展氢能源的方向；(6)在实验室中常用锌跟稀硫酸或稀盐酸作用制取少量氢气。
