氫氧化鈉(sodium hydroxide)又称苛性钠(caustic soda),俗称碱液(lye)、片鹼、火碱、烧碱、液碱等,化學式為NaOH,是一種具有高腐蝕性的強鹼,一般為白色片狀或顆粒,能溶於水生成鹼性溶液,另也能溶解於甲醇及乙醇。此鹼性物具有潮解性,會吸收空氣中的水蒸氣,亦會吸取二氧化碳、二氧化硫等酸性氣體。
氫氧化鈉為常用的化學品之一。其應用廣泛,為很多工業過程的必需品:常用於製造木浆紙張、紡織品、肥皂[2]及其他清潔劑,另也用於煙氣脫硫與家用的水管疏通剂等。2004年全球總共製造了六千萬噸的氫氧化鈉,而總消耗量為五千一百萬噸。[3]
化学性質
和酸反应
氢氧化钠溶於水中會完全解离成钠离子與氢氧根离子,可以和酸进行酸鹼中和反应:
![{\displaystyle {\rm {NaOH+HCl\rightarrow NaCl+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/357996450ad21a06d75bfb28cca0854dc23be562)
![{\displaystyle {\rm {2NaOH+H_{2}SO_{4}\rightarrow Na_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ddd25d000a7628154ec3c2ad33fd2d7cdc2eba9a)
利用这一性质,可以制备一些酸的钠盐,如:
![{\displaystyle {\rm {NaOH+C_{6}H_{5}COOH\rightarrow C_{6}H_{5}COONa+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2a54eab9b1f5f35cdb952f8033b26bb58bc00e75)
![{\displaystyle {\rm {NaOH+CH_{3}COOH\rightarrow CH_{3}COONa+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b398f2da69bd209fa48fb1342bc6f44e7ba543ad)
酸性很弱的苯酚也能与之反应:
![{\displaystyle {\rm {NaOH+C_{6}H_{5}OH\rightarrow C_{6}H_{5}ONa+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/87b76c3402d01807b5d9357fbc95c4c0735b474a)
和酸性氧化物反应
氫氧化鈉在空氣中容易變質,就是因為和空氣中的二氧化碳发生了反应:
![{\displaystyle {\rm {2NaOH+CO_{2}\rightarrow Na_{2}CO_{3}+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1d0edfe2a966be6789eb3b3e8465c03dae243970)
在溶液中发生,过量的二氧化碳会将碳酸钠转化为碳酸氫鈉(俗稱小蘇打):
![{\displaystyle {\rm {Na_{2}CO_{3}+CO_{2}+H_{2}O\rightarrow 2NaHCO_{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c5f1564374dd487a35411723875adb02cb410a1e)
由于玻璃製品中含有二氧化硅,氢氧化钠会与之反应生成硅酸钠,使得玻璃儀器中的活塞黏著於儀器上,無法再次使用。因此,存放氢氧化钠的细口瓶一般用橡胶塞封口。如果以玻璃容器长时间盛裝热的氫氧化鈉溶液,会造成玻璃容器损坏,甚至破裂的情況。
![{\displaystyle {\rm {2NaOH+SiO_{2}\rightarrow Na_{2}SiO_{3}+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/888abb873c85318800e977e25e21811125c1fded)
同样地,氢氧化钠也能和三氧化铬、五氧化二磷、三氧化二砷、二氧化硫、二氧化硒等其它酸性氧化物反应,生成它们的盐:
![{\displaystyle {\rm {2NaOH+CrO_{3}\rightarrow Na_{2}CrO_{4}+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/390c9fa5253c962404a0a1389bb3371d982a5c5c)
![{\displaystyle {\rm {2NaOH+2CrO_{3}\rightarrow Na_{2}Cr_{2}O_{7}+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/48a7475566fbb9f0ffca42f75a87fc12dd2c5cb4)
和两性氧化物及氢氧化物的反应
氢氧化钠可以和两性氧化物或氢氧化物反应,生成盐和水,如:
![{\displaystyle {\rm {2NaOH+Al_{2}O_{3}+3H_{2}O\rightarrow 2Na[Al(OH)_{4}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ae676e442976d0d6bc26f598f3898598d8ada05e)
和单质的反应
硼、硅和两性金属(如铍、铝、锌等)和氢氧化钠反应,放出氢气:
![{\displaystyle {\rm {Si+2NaOH+H_{2}O\rightarrow Na_{2}SiO_{3}+2H_{2}\uparrow }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8f9ca0ed7881ec06537dac7643bb2008386cd8ec)
英國在1986年有一油罐車誤裝載重量百分率濃度為25%的氫氧化鈉水溶液,氫氧化鈉便與油罐壁上的鋁產生化學變化,導致油罐因內部壓力過載而受損,反應方程式如下所示:
![{\displaystyle {\rm {2Al+2NaOH+2H_{2}O\rightarrow 2NaAlO_{2}+3H_{2}\uparrow }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2818de141f44a3c70425fa02beb1a41390d4c2e5)
氯、溴、碘、硫、白磷等单质和氢氧化钠发生歧化反应:
![{\displaystyle {\rm {Cl_{2}+2NaOH\rightarrow NaCl+NaClO+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cf697eb6bdda98eb021967778c3b68ad53a972f6)
和盐的反应
过渡金属的盐类和一些主族金属的盐可以和氢氧化钠反应,生成更难溶的氢氧化物,或转化为可溶性的羟基配合物再次溶解。
![{\displaystyle {\rm {2NaOH+CoSO_{4}\rightarrow Na_{2}SO_{4}+Co(OH)_{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e9572a277bea8d791890805db4abc48bf73df019)
![{\displaystyle {\rm {2NaOH+CuCl_{2}\rightarrow 2NaCl+Cu(OH)_{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/097aeae24bc46ecb6645fb3a2bc21c7339ab476c)
![{\displaystyle {\rm {3NaOH+Cr(NO_{3})_{3}\rightarrow 3NaNO_{3}+Cr(OH)_{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/af656d75d9e464ed178a18d4d483378c91be1193)
![{\displaystyle {\rm {NaOH+Cr(OH)_{3}\rightarrow Na[Cr(OH)_{4}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4f188a413c7e4ff339d84ba882d5d47dea11ef64)
以上反應的產物的顔色、溶解度等可被用來測試某種陽離子。
对于汞等氢氧化物不能稳定存在的物质来说,会生产氧化物或氧化物的水合物沉淀:
![{\displaystyle {\rm {2NaOH+HgCl_{2}\rightarrow 2NaCl+HgO+H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cb7320d49049e7096b4c653c3ed48148e0da6d01)
氢氧化钠可以将过渡金属的酰基离子转化为阴离子酸根(简单离子或多聚离子),如VO2+、UO22+等:
![{\displaystyle {\rm {6NaOH+2UO_{2}(NO_{3})_{2}\rightarrow 4NaNO_{3}+Na_{2}U_{2}O_{7}+3H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9730b0f2d0437aac8849dd86db7b5b73d37752ec)
氫氧化鈉跟銨鹽產生反應,生成氨氣、水和相應的鈉鹽。此為銨離子的檢驗方法。
和其它无机物的反应
二氧化氯、二氧化氮等可以和氢氧化钠发生反应。
高锰酸钠在氢氧化钠溶液中煮沸,可以还原为锰酸钠。
和有机物的反应
氢氧化钠可以将卤代烃、酯和酰卤水解。其醇溶液可以用于卤代烃的消去。例如:
- 氯乙烷的水解, 生成氯化鈉和乙醇:
![{\displaystyle {\ce {EtCl + NaOH -> EtOH + NaCl}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3e578517548eb1228d715eefdddec28bd34593da)
- 乙酸乙酯的加鹼水解[4]:
![{\displaystyle {\ce {CH3COOC2H5 + OH- ->[H2O] CH3COO- + C2H5OH}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fb36e34a19ded1fc822023afea7e52b0f50e82f4)
- 如果是高級脂肪酸酯,水解成皂的反應,統一命名為皂化反應。
另外,氫氧化鈉是一種鹼,可提供氫氧根離子,可催化羥醛縮合反應。首先,氫氧根離子會去質子化醛或酮,生成烯醇負離子和水,該烯醇負離子會進攻令一電中性的醛或酮,生成羥醛加成物負離子。然後加成物會質子化,在第一步所生成的水上拿掉質子,在生成最終的羥醛產物後,亦同時再生氫氧根離子(催化劑)。
由於氫氧化鈉可以提供氫氧根離子,所以亦可催化酮-烯醇互變異構[5]。這叫鹼催化酮-烯醇互變異構:
工业制法
氢氧化钠為工业中製氯氣过程的副产物,工業上,透過电解大量饱和食盐水以量產氯氣,然而,當氯離子氧化成氯气逸出的同時,溶液中也只剩下氢氧化钠一种溶质,反应方程式如下所示[6]:
![{\displaystyle {\ce {2NaCl + 2H_2O -> 2NaOH + Cl_2 ^ + H_2 ^}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/41baf8350914af4d7c02158a023c6d1bb1ad3842)
19世紀以前,氫氧化鈉的製備通常會先以勒布朗制碱法生成前驅物碳酸钠,再通过高温煅烧,使得碳酸钠分解为氧化钠與二氧化碳,最後,將氧化钠溶於水中,便可製得氢氧化钠:
![{\displaystyle {\ce {Na_2CO_3 -> Na_2O + CO_2 ^}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bcdbba2bc147d017c4340c9e4bdf6d9ccb2fc75d)
![{\displaystyle {\ce {Na_2O + H_2O -> 2NaOH}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a0c227b45d36f6a3a72bfaa993059ee8fc34a390)
另外,也可利用複分解制備氫氧化鈉,碳酸鈉(俗稱為蘇打)與氫氧化鈣(俗稱為熟石灰)的反應方程式如下所示:[7]
![{\displaystyle {\ce {Na_2CO_3 + Ca(OH)_2 -> CaCO_3 v + 2NaOH}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a8aaa98a70834012082b8073509cd4f2142d6e24)
安全性
皮膚與氫氧化鈉溶液直接接觸所產生之灼傷,照片攝於患者與氫氧化鈉溶液直接接觸後44小時
氢氧化钠固体或其溶液皆能灼伤皮肤,對无防护措施者可造成永久性伤害(如疤痕)。倘若讓氫氧化鈉直接接触眼睛的話,严重者甚至可造成失明。个人防护措施,諸如橡胶手套、防護衣與护目镜等便能大大降低接触氢氧化钠所带来的危险。
氢氧化钠溶于水中(如稀釋),抑或是與酸反應,都会放出大量的热量,可能导致灼伤或点燃易燃物(如有機溶劑)。除此之外,氢氧化钠能夠腐蚀一些金属(如铝)生成易燃的氢气,还能夠轻度腐蚀玻璃製品,應慎選儲存氫氧化鈉的容器材質。[8]
![{\displaystyle {\ce {2Al + 2NaOH + 2H_2O -> 3H_2 + 2NaAlO_2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/82c2371092d97930cbb81595e2990d563d78ecee)
![{\displaystyle {\ce {2Al + 6NaOH + xH_2O -> 3H_2 + 2 Na_3AlO_3 + x H_2O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7ed3ac1e873c9e78c54ba84741abf5e85acaff53)
![{\displaystyle {\ce {2Al + 2NaOH + 6H_2O -> 3H_2 + 2NaAl(OH)_4}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a304e909f4ca44f03b0655eb01d71286a38626fd)
参看
參考資料
- ^ Sortierte Liste: pKb-Werte, nach Ordnungszahl sortiert. – Das Periodensystem online. [2019-01-15]. (原始内容存档于2018-11-16).
- ^ Morfit, Campbell. A treatise on chemistry applied to the manufacture of soap and candles. Parry and McMillan. 1856.
- ^ Cetin Kurt, Jürgen Bittner, Sodium Hydroxide, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a24_345.pub2
- ^ 乙酸乙酯 Ethyl acetate. 物竞数据库. [2021-01-19]. (原始内容存档于2021-02-06) (中文).
添加微量的酸或碱能促进水解反应。
- ^ 曾昭瓊. 《有机化学》第四版上册 第四版. 北京: 高等教育出版社. 2005. ISBN 7-04-013845-X.
- ^ 氢氧化钠 Sodium hydroxide. 物竞数据库. [2021-01-19]. (原始内容存档于2021-02-06) (中文).
将二次精制盐水电解,于阳极室生成氯气,阳极室盐水中的Na+通过离子膜进入阴极室与阴极室的0H生成氢氧化钠,H+直接在阴极上放电生成氢气
- ^ Chemistry:Precision and Design.Verne Biddle, Gregory Parker.A Beka Book, Inc.
- ^ aluminium_water_hydrogen.pdf (application/pdf Object) (PDF). www1.eere.energy.gov. 2008 [January 15, 2013]. (原始内容 (PDF)存档于2012年9月14日).
注释
- ^ 此稱呼主要出現在香港。港人取了其英文別名“caustic soda”中的“caustic”譯音,故讀作“哥士的”。
外部链接
|
---|
| 卤素、拟卤素 | |
---|
| 礦素(氧族) | |
---|
| 氮族 | |
---|
| 晶素(碳族) | |
---|
| 硼族 | |
---|
| 鹼土金屬、 鹼金屬、惰氣 | |
---|
| 副族金属 | |
---|
| 有机酸盐 | |
---|
| 有机化合物 | |
---|
|