实验室制氨气为什么不用氢氧化钠:试管损耗风险高
实验室制氨气为什么不用氢氧化钠,核心原因是氢氧化钠高温下会腐蚀硬质玻璃试管,同时它吸水能力强、结块后反应很难持续放出氨气,适合这个实验的是氢氧化钙,该结论针对中学化学固体加热制氨气的经典装置,不包含固液常温型制氨气的方案。
氢氧化钠腐蚀玻璃的原理
氢氧化钠属于强碱,在加热条件下可以和玻璃中的二氧化硅发生化学反应,生成硅酸钠,硅酸钠有黏性,会把试管和固体反应物粘在一起,实验结束后很难清理试管,严重时会直接造成试管开裂,加热过程中存在器材破损的隐患。常温状态下氢氧化钠和玻璃的反应速率较慢,所以常温存放氢氧化钠溶液可以使用玻璃瓶,只需要搭配橡胶塞,这个条件和加热固体的场景区分开。
反应方程式:2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O。
氢氧化钠的物理性质对制气的干扰
氢氧化钠极易潮解,暴露在空气中就会吸收水分,和氯化铵固体混合加热时,潮解产生的水会让反应物结块,结块内部的氯化铵很难和碱接触反应,氨气释放断断续续,收集到的氨气产量偏低,气体纯度也会下降。氢氧化钙潮解性弱很多,固体颗粒松散,混合后可以保持良好的接触状态,加热时气体释放平稳。
氢氧化钠吸潮结块,阻碍反应。
氢氧化钠与氢氧化钙的对比
| 试剂 | 高温腐蚀玻璃 | 潮解程度 | 反应产气稳定性 | 成本 |
|---|---|---|---|---|
| 氢氧化钠 | 明显腐蚀 | 强,极易结块 | 较差,产气断断续续 | 较高 |
| 氢氧化钙 | 腐蚀风险较低 | 弱,不易结块 | 较好,产气连续稳定 | 低廉 |
氢氧化钠还有一个短板,它的熔点偏低,加热到一定温度会熔融流动,熔融的碱液会顺着试管内壁流动,局部高温腐蚀会集中在试管底部,进一步提升试管炸裂的概率,熔融后的反应物也容易堵塞导气管,造成装置内压强异常,干扰氨气收集。氢氧化钙熔点高,加热时维持固态形态,不会出现熔融流淌的情况。
该判断仅适用于固体加热法制备氨气。如果你使用浓氨水加碱的常温制气方案,氢氧化钠可以选用,依靠它溶解放热、增大氢氧根浓度促使氨气逸出。
中学化学教材人教版,固体加热制氨气的指定碱为氢氧化钙。
选用氢氧化钙,兼顾安全、产气效果与成本。
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