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碱金属或其化合物在高温火焰中可以使火焰呈现出特征的颜色,这种方法称为焰色实验。其中,锂火焰为深红色,钠火焰为黄色,钾火焰为紫色,物火焰为紫红色,绝火焰为蓝色。
1. 盐的溶解性
锂盐的溶解性较特殊,强酸盐较易溶于水,而一些弱酸盐溶解性较差,如LiF、Li2CO3、Li3PO4,溶解度较小。
其他碱金属盐绝大多数都溶于水,均为离子型化合物。
重要的碱金属难溶盐有:NaBiO3,乙酸铀酰锌钠NaAc·Zn(Ac)2·3UO2(Ac)2·9H2O(黄绿色),锑酸钠Na[Sb(OH)6];KCIO4,K3[Co(NO2)6](黄色),酒石酸氢钾KHC4H4O6,四苯硼酸钾K[B(C6H5)4],K2[PtCl6](黄色);Rb2[SnCl6];CsClO4。
2. 盐的结晶水与复盐
半径小的碱金属对水分子的引力较大,容易形成结晶水合盐。但碱金属卤化物一般不带结晶水。
硝酸盐中,只有硝酸锂有结晶水(LiNO3·H2O,LiNO3·3H2O),其他硝酸盐无结晶水。有结晶水的碱金属硫酸盐只有Li2SO4·H2O和Na2SO4·10H2O。碳酸盐中除Li2CO3外,其他碱金属盐都带结晶水,如Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O、Na2CO3·10H2O、K2CO3·H2O、K2CO3·5H2O等。Na2SO4·10H2O熔化热较大,受热溶于其结晶水而熔化,冷却结晶时放出较多热量,故可以作储热材料。
钾的半径略大,钾盐较钠盐更不易潮解。因此,实验室常用钾盐为试剂,如KI、KBr、KMnO4、K2Cr2O7等。
除锂外,碱金属离子能形成一系列复盐,如KCl·MgCl2·6H2O(光卤石)、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O(明矾)、K2SO4·MgCl2·6H2O(软钾镁矾)、K2SO4·Cr2(SO4)3·24H2O(铬钾矾)。复盐的溶解度比简单盐小是复盐能够形成的主要因素。
3. 含氧酸盐的热稳定性
碱金属离子的极化能力影响着其含氧酸盐的热稳定性。碱金属离子的半径越小,极化能力越强,其含氧酸盐越不稳定,分解温度越低。以碱金属碳酸盐为例,Li2CO3的分解温度最低,700℃即分解,而Na2CO3和K2CO3的分解温度要高于1000℃。
Li2CO3=Li2O+CO2
碱金属离子极化能力的不同有时也影响其含氧酸盐的热分解产物。以硝酸盐为例,由于锂离子的强极化能力,其硝酸盐热分解的产物为金属氧化物;而其他碱金属硝酸盐的受热分解产物为亚硝酸盐,在更高的温度分解则生成氧化物、氮气和氧气。
4. 重要的碱金属盐
碱金属盐中最重要的是NaCl,俗称食盐、岩盐,大量存在于海水中(NaCl质量分数近2.7%),也有其矿物(岩盐)。NaCl是人们日常生活的必需品,也是重要的化工原料。历史上曾将以NaCl为原料生产NaOH作为化学工业开端的标志,以NaCl为原料可以生产Na、NaOH、Cl2、Na2CO3和HCl等。NaCl也大量用在食品加工、石油工业、纺织品工业等方面,作为公路除雪剂的用量也相当大。
碳酸钠Na2CO3,俗称苏打、纯碱,是最重要的碱性化合物之一。市售的商品是含有10个结晶水的碳酸钠Na2CO3·10H2O,易失去部分结晶水而风化。碳酸钠是重要的化工原料,大量用于生产纸浆、肥皂、洗涤剂和其他化学试剂等。工业生产碳酸钠的方法有氨碱法和联合制碱法。
碳酸氢钠NaHCO3,俗称小苏打,大量用于食品加工,也是重要的化工原料,加热很容易脱水转化为Na2CO3。
无水硫酸钠Na2SO3,俗称元明粉,大量用于造纸和陶瓷等工业中。十水硫酸钠Na2SO4·10H2O俗称芒硝,是储能材料。
硝酸钾KNO3,大量用作化肥;硝酸钾有氧化性、易爆炸,可用来制造炸药。
锂盐最初主要是制造硬脂酸锂,用于润滑剂的增稠剂。Li2CO3用于电解铅时降低熔点,小剂量口服LiCO3可有效治疗狂郁精神病。近年来,锂电池和锂离子电池大量用于智能手机等电子产品,使锂的用途和产品开发越来越受到重视。
相关链接:碱金属含氧化合物
文章来源:《无机化学核心教程(第二版)》
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