第三节　钠、钾、镁、钙的重要化合物

一、氧化物

Na、K、Mg、Ca都能与氧作用生成氧化物。

1.氧化钠和氧化钾

氧化钠（Na2O）和氧化钾（K2O）均为白色固体，不稳定（在干燥空气中加热，能生成Na2O2或KO2）；具有碱性氧化物的通性；与水发生剧烈的反应，生成相应的氢氧化物。

M2O+H2O 2MOH（M=Na、K）

2.氧化镁

氧化镁（MgO）俗称苦土，是一种白色粉末，具有碱性氧化物的通性，难溶于水，熔点约为2800℃，可作耐火材料，制备坩埚、耐火砖、高温炉的衬里等；医学上将纯的MgO用作抑酸剂，以中和过多的胃酸，还可作为轻泻剂。滑石（3MgO·4SiO2·H2O）广泛应用于造纸、橡胶、颜料、纺织、陶瓷等工业，也作为机器的润滑剂。

MgO通常用煅烧菱镁矿的方法来制备：

3.氧化钙

氧化钙（CaO）俗称生石灰，是一种白色块状或粉末状固体，熔点为2580℃，可做耐火材料。吸湿性强，可做干燥剂。它微溶于水，并与水作用生成Ca（OH）2，同时放出大量的热。

CaO+H2O Ca（OH）2

CaO具有碱性氧化物的通性，高温下能与SiO2、P2O5等化合。

在冶金工业中，利用这两个反应，可将矿石中的Si、P等杂质以炉渣形式除去，CaO还广泛地应用在制造电石、漂白粉及建筑方面。

CaO通常用煅烧石灰石的方法制取：

二、过氧化物

碱金属与碱土金属在一定条件下，也可以生成比较复杂的过氧化物。其中以Na2O2实际用途最大。

［演示实验2-5］　取少量Na2O2置于试管中，观察其颜色、状态，然后，向试管中滴水少量，再将火柴余烬靠近试管口，检验有无氧气（O2）放出。

Na2O2是淡黄色粉末，易吸潮，热稳定性强，熔融时也不分解，与稀酸反应生成过氧化氢（H2O2）。H2O2不稳定，易分解放出O2。

Na2O2+2H2O H2O2+2NaOH

Na2O2+2HCl H2O2+2NaCl

2H2O2 2H2O+O2↑

由于H2O2具有漂白性，所以Na2O2可以用作羽毛、纤维、纸浆等的漂白剂；在Na2O2中的O为-1价，因此，它具有强氧化性，常用作分解矿物的熔剂。Na2O2熔融时遇到棉花、炭粉或铝粉，会发生爆炸，使用时应小心。

Na2O2暴露在空气中与CO2反应，放出O2。因此Na2O2必须密封保存。

2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2↑

利用这一性质，Na2O2在防毒面具、高空飞行和潜艇中用作O2的再生剂。

三、氢化物

碱金属和碱土金属的氢化物都是白色固体，其中H的化合价为-1，因此它们都是强还原剂。例如固态NaH在400℃时能将TiCl4还原为金属Ti。反应式为：

TiCl4+4NaH Ti+4NaCl+2H2↑

它们也能与水迅速反应，放出H2。其反应如下：

KH+H2O KOH+H2↑

CaH2+2H2O Ca（OH）2+2H2↑

因此，常用CaH2作为野外产生H2的原料，在有机合成中也常作还原剂。

四、氢氧化物

1.氢氧化钠

氢氧化钠（NaOH）是白色固体，暴露在空气中易潮解，极易溶于水，溶解时放出大量的热。它的浓溶液对皮肤、纸张等有强烈的腐蚀性，故又称之为烧碱、火碱、苛性钠。使用其浓溶液时，应佩戴防护眼镜。

NaOH是一种强碱，具有碱的通性。NaOH易吸收空气中的CO2，因此NaOH需要密封保存。

NaOH能与SiO2反应，生成硅酸钠和水。

2NaOH+SiO2 Na2SiO3+H2O

Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，是一种黏合剂。因此贮存NaOH溶液的试剂瓶，不能用玻璃塞，而用橡皮塞，以免玻璃塞与瓶口粘住。

NaOH是重要的基本化工原料之一。它主要用于精炼石油、肥皂、造纸、纺织、有机合成、洗涤剂等生产；实验室中可用于干燥NH3、O2、H2等气体。

工业上主要采用电解饱和食盐水的方法生产NaOH。反应如下：

所得溶液中NaOH的质量分数为10%～11%，经蒸发、浓缩、冷却后，可得到固体烧碱。

2.氢氧化钾

氢氧化钾（KOH）又称为苛性钾，为白色固体，极易溶于水，并放出大量的热，在空气中易吸湿潮解。熔点较低，易熔化。

由于KOH价格高，一般用性质相似的NaOH代替。

3.氢氧化镁

氢氧化镁［Mg（OH）2］是微溶于水的白色粉末，它是中等强度的碱。可用镁的易溶盐与强碱反应制取。它的热稳定性差，加热时Mg（OH）2分解为MgO和H2O。

Mg（OH）2的悬浊液在医药上称为“苦土乳”，是一种抑酸剂，造纸工业中常用它作填充材料，还用于制造牙膏。

4.氢氧化钙

氢氧化钙［Ca（OH）2］俗称熟石灰或消石灰，是一种白色粉末，微溶于水，其溶解度随温度的升高而减小。它的水溶液称为石灰水，能与空气中的CO2反应而变浑浊，实验室常用来检验CO2气体。

Ca（OH）2+CO2 CaCO3↓+H2O

Ca（OH）2是一种最便宜的强碱，但其溶解度较小，因而溶液的碱性并不很强。Ca（OH）2在制取漂白粉、纯碱、糖、硬水软化、石油工业、制药、橡胶、建筑等方面都有应用。

想一想

为什么盛放NaOH溶液的玻璃瓶不能使用玻璃塞？

五、重要的盐类

1.钠、钾的盐类

（1）钠、钾盐类的共性

①颜色　钠盐、钾盐一般情况下都是无色或白色固体。当盐中的阴离子带有颜色时，钠盐、钾盐才有颜色，如高锰酸钾（KMnO4）、重铬酸钾（K2Cr2O7）的颜色就分别为Mn和Cr2的颜色。

②溶解性　钠盐、钾盐大多易溶于水，并完全电离。NaHCO3的溶解度较小，NaCl的溶解度受温度影响不大。只有少数盐是难溶的，例如：醋酸铀酰锌钠［NaAc·Zn（Ac）2·3UO2（Ac）2·9H2O，黄色］，钴亚硝酸钠钾（K2Na［Co（NO2）6］，亮黄色），四苯硼酸钾（K［B（C6H5）4］，白色）等。

钠、钾的一些难溶盐常用于鉴定Na+、K+。

③熔点　一般钠盐、钾盐具有较高的熔点。这是因为离子化合物的晶体中，阴、阳离子之间具有较强的吸引力所致。例如NaCl、Na2SO4和Na2CO3的熔点分别为801℃、884℃及851℃。

④热稳定性　钠盐、钾盐具有较高的热稳定性，卤化物在高温时挥发而难分解；硫酸盐高温下既难挥发又难分解；碳酸盐熔融下也难分解；而硝酸盐加热到一定温度时，分解为亚硝酸盐和O2；酸式碳酸盐热稳定性也较差。

钾盐的性质和对应钠盐的性质相似，由于钠的来源比较广泛，所以工业上多用钠盐，但两者也有差异性。一些重要的盐，如配制火药的KNO3、KClO3及分析化学常用的基准试剂K2Cr2O7、KMnO4等，由于不含结晶水，不易潮解，易提纯等特点，在生产、实验中应用较多，而不能用相应的钠盐所代替。

（2）重要的钠盐、钾盐

①氯化钠　又称食盐，为无色晶体，味咸，纯净的NaCl在空气中不潮解，粗盐中因含CaCl2、MgCl2等杂质易于潮解。NaCl易溶于水，但溶解度随温度变化不大。它是制取金属Na、NaOH、Na2CO3、Cl2和HCl等多种化工产品的基本原料，冰盐混合物可以作为制冷剂。医疗上用的生理盐水是质量分数为0.9%的NaCl水溶液。NaCl还用作食品调味剂和防腐剂。

NaCl广泛存在于海洋、盐湖及岩石中。如海水中，每1000g海水含NaCl 27.231g。

②硫酸钠　无水Na2SO4俗称元明粉，为无色晶体，溶于水。Na2SO4·10H2O俗称芒硝，在干燥的空气中易失去结晶水（称为风化）。它有很大的熔化热，是一种较好的相变贮热材料的主要成分，可用于低温贮存太阳能。白天它吸收太阳能而熔化，夜间冷却结晶释放出热能。Na2SO4还大量用于玻璃、造纸、水玻璃、陶瓷等工业中，也用于制造Na2S和Na2S2O3等。

Na2SO4主要分布在盐湖和海水中。我国盛产芒硝。

③碳酸钠　俗称纯碱或苏打，通常是含10个结晶水的白色晶体（Na2CO3·10H2O），在空气中易风化而逐渐碎裂为疏松的粉末，易溶于水，其水溶液有较强的碱性。它是一种基本化工原料，大量用于玻璃、搪瓷、肥皂、造纸、纺织、洗涤剂的生产和有色金属的冶炼中，它还是制备其他钠盐或碳酸盐的原料。

④碳酸氢钠　俗称小苏打，白色粉末，可溶于水，但溶解度不大，其水溶液呈弱碱性。主要用于医药和食品工业。

⑤碳酸钾　为白色晶体，在潮湿的空气中易潮解，极易溶于水，其水溶液呈强碱性。K2CO3还存在于草木灰中，是一种重要的钾肥。K2CO3也是制造硬质玻璃必需的原料。

⑥氯化钾　为白色晶体，易溶于水，在空气中稳定，是一种重要的钾肥。

知识拓展

钾是维持生命不可或缺的必需物质。钾和钠共同作用，调节体内水分的平衡并使心跳规律化。人体血清中钾的正常浓度为3.5～5.5mmol·L-1。

钾在人体内的主要作用是维持酸碱平衡，参与能量代谢以及维持神经肌肉的正常功能。当体内缺钾时，会造成全身无力、心跳减弱、头昏眼花，严重缺钾还会致使呼吸肌麻痹而死亡。此外，低钾还会使胃肠蠕动减慢，导致肠麻痹，加重厌食，出现恶心、呕吐、腹胀等症状。最安全有效的补钾方法是多吃富钾食品，特别是要多吃水果和蔬菜。

2.镁盐

（1）氯化镁　MgCl2·6H2O为无色晶体，味苦，极易吸水。光卤石和海水是取得MgCl2的主要资源。MgCl2·6H2O受热至527℃以上，分解为MgO和HCl气体。

所以仅用加热的方法得不到无水MgCl2。欲得到无水MgCl2，必须在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O使其脱水。无水MgCl2是制取金属Mg的原料。纺织工业中用MgCl2来保持棉纱的湿度而使其柔软。从海水中制得的不纯的MgCl2·6H2O叫盐卤块，工业上常用于制造MgCO3和一些其他镁的化合物。

（2）硫酸镁　MgSO4·7H2O为无色晶体，易溶于水，微溶于醇，味苦。用于造纸、纺织、肥皂、陶瓷、油漆工业，也用作媒染剂、泻盐。

（3）碳酸镁　为白色固体，微溶于水。将CO2通入MgCO3的悬浊液，则生成可溶性的碳酸氢镁。

MgCO3+CO2+H2O Mg（HCO3）2

3.钙盐

（1）氯化钙　极易溶于水，也溶于乙醇。将CaCl2·6H2O加热脱水，可得到白色多孔的CaCl2。无水CaCl2有很强的吸水性，实验室常用作干燥剂，但不能用CaCl2来干燥NH3和酒精，因为它与NH3、酒精分别形成CaCl2·4NH3、CaCl2·8NH3、CaCl2·4C2H5OH等。CaCl2水溶液的冰点很低，质量分数为32.5%时，其冰点为-51℃，它是常用的冷冻液，工厂里称其为冷冻盐水。

（2）硫酸钙　CaSO4·2H2O俗称生石膏，为无色晶体，微溶于水，将其加热至120℃左右，部分脱水转变为熟石膏。

这个反应是可逆的，熟石膏与水混合成糊状后放置一段时间，又会变成CaSO4·2H2O，逐渐硬化并膨胀，故用以制模型、塑像、粉笔和石膏绷带，还用于生产水泥和轻质建筑材料。将石膏加热到500℃以上，得到无水石膏CaSO4，无水石膏无可塑性。

（3）碳酸钙　为白色粉末，难溶于水。溶于酸和NH4Cl溶液，用于制CO2、生石灰、发酵粉和涂料等。