氢氧化物

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简介

氢氧根是一种带负电的二原子离子。它与带正电的金属（如钠、镁、铝等）结合，也与乙基、甲基和芳香环等有机化合物结合。化合物的名称由分子的前缀或后缀表示。例如，当它与金属钠结合时，形成氢氧化钠。当它与乙烷结合时，形成乙醇。

什么是氢氧化物？

氢氧根离子是由氢原子和氧原子通过共价键结合形成的。它是一个带负电的离子，也称为羟基离子或氧化物阴离子。它在化学反应中充当碱、催化剂、配体和亲核试剂。它广泛用于工业作为防腐剂、抗凝剂和碱化剂。它是水分子的共轭碱。它是最简单的二元阴离子之一。它存在于自然界的多种矿石中，例如褐铁矿、铝土矿等。

氢氧根离子

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OH−和H+之间的关系是什么？

在氢氧根离子中，氧的电负性比氢强。当它们形成共价键时，氧会将电子拉向自身，并在分子OH−上产生部分负电荷。这会吸引来自水或酸性介质中的正H+离子，形成水合氢离子。

• 当H+离子和氢氧根离子OH−的浓度相等时，它们形成水分子。它们相互吸引并形成水分子。

• 氢氧根离子的浓度决定溶液的pH值。

水合氢离子的形成

氢氧化钠的化学式

氢氧化钠是一种白色结晶固体。它的化学式是NaOH。它由钠阳离子Na+和氢氧根阴离子OH−形成。它是一种广泛用于工业和实验室用途的碱，例如清洁剂、制皂、炸药、造纸工业等。它也称为苛性钠或烧碱。

氢氧化钠的结构

氢氧化钠是由钠离子和氢氧根离子通过离子键形成的。它是一个中性分子，但它的单水合物形成正交晶体结构。其中，钠被三个羟基离子和一个水分子包围。

氢氧化钠结构

氢氧化钠的制备

氢氧化钠可以通过多种方法制备，例如水银电解法、氯碱法、隔膜法或水银电解法中的盐水溶液。

• 通过盐水电解法制备氢氧化钠 - 在此过程中，盐水，即NaCl溶液，在隔膜电池中进行电解。电池包含阴极和阳极。

• 水在阴极被还原，形成氢气和氢氧根离子。

$$\mathrm{2H_{2}O\:2e^{-}\rightarrow\:H_{2}\:+\:2OH^{-}}$$

• 在阳极，盐水NaCl分解成氯离子Cl−和钠离子Na+。

• 在此过程中，氯气和氢气可能会结合并引起爆炸，因此为了避免它们的反应，阴极与石棉的多孔隔膜相结合。

• 之后，钠和氢氧根结合形成氢氧化钠。

• 氯气和氢气随后被净化并压缩到气瓶中。

$$\mathrm{2Na\:+\:2OH^{-}\:\rightarrow\:2NaOH}$$

• 在此反应中也会形成一些副产品，即钠金属，它在阴极被汞汞齐化。

$$\mathrm{Na(aq)\:e^{-}\:+\:xHg(l)\rightarrow\:NaHg_{x}(l)}$$

• 在此过程中，溶液中产生的50%氢氧化钠直接被去除，并进一步干燥并以结晶形式NaOH·H₂O去除。

氢氧化钠的制备

物理和化学性质

物理性质

物理性质	属性
颜色	白色
外观	结晶状
化学式	$\mathrm{NaOH}$
气味	无味
密度	2.13 g/cm3
溶解度	溶于水和甘油，不溶于乙醚。
沸点	1388°C
熔点	318°C

化学性质

• 与酸的反应 - 当它与酸反应时，会形成盐和水。

$$\mathrm{NaOH(aq)\:+\:HCl(aq)\:\rightarrow\:NaCl(aq)\:+\:H_{2}O(l)}$$

• 与金属的反应 - 当氢氧化钠在高温下与金属反应时，会形成金属氧化物并释放氢气和钠。

$$\mathrm{4Fe\:+\:6NaOH\rightarrow\:2Fe_{2}O_{3}\:+\:3H_{2}\:+\:6Na}$$

• 与酸性氧化物的反应 - 当它与酸性氧化物二氧化碳反应时，会形成碳酸钠和水。这是一个放热反应。

$$\mathrm{2NaOH\:+\:CO_{2}\rightarrow\:Na_{2}CO_{3}\:+\:H_{2}O}$$

氢氧化钠的用途

• 金属氢氧化物不溶于水，但氢氧化钠溶于水，因此它用于水处理，沉淀金属氢氧化物，如氢氧化铝。

$$\mathrm{6NaOH(aq)\:+\:{Al_{2}}(SO_{4})_{3}(aq)\rightarrow\:2Al(OH)_{3}(s)\:+\:3Na_{2}SO_{4}(aq)}$$

• 氢氧化钠会缓慢与玻璃反应，形成硅酸钠。

• 它用于皂化过程以形成洗涤剂。

• 氯漂白剂是通过将氢氧化钠与氯结合制备的。

• 它也用于制药工业，用于制备抗凝剂、药物等。

• 它用于燃料电池、食品防腐剂和食品加工。

与氢氧化钠相关的健康危害

• 它具有高度腐蚀性，可引起严重的组织烧伤。

• 如果接触氢氧化钠溶液或固体，可能会引起眼睛和皮肤刺激以及皮炎。

• 食用或饮用氢氧化钠可能会导致烧伤、呕吐、恶心，甚至死亡等。

趣味知识

当我们要配制氢氧化钠溶液时，我们总是将固体氢氧化钠放入水中，而不是将水倒入固体氢氧化钠中。当它溶解在水中时，会产生热量，这些热量被水吸收，而不是被氢氧化钠吸收。如果我们将水倒在固体氢氧化钠上，可能会造成烧伤。

结论

氢氧根是一种带负电的阴离子，呈碱性，pH值高。当它与H+离子反应时，通过形成离子键而中和。大多数金属氢氧化物不溶于水，如氢氧化铜(II)或氢氧化铁，但氢氧化钠可溶于水。氢氧化钠是一种无机化合物。它用于各种商业用途，例如食品工业、医药、实验室等。

常见问题

1. 为什么氢氧根离子单独存在于水中？

氢氧根是一种带负电的离子，即碱，而H+离子是带正电的酸。酸碱会在溶液中反应并中和。因此，氢氧根离子单独存在于水中。

2. 氢氧根离子的用途是什么？

氢氧根离子是一种强碱，用于许多化学反应。例如，氢氧化钾用于农业。

3. 氢氧化钠在造纸工业中的作用是什么？

木材首先用氢氧化钠和硫化钠溶液处理。木材中不需要的物质溶解在溶液中，并纯化用于制造纸张的纤维素。

4. 氢氧化钠在土壤中的作用是什么？

氢氧化钠用于提高土壤的pH值。

5. 氢氧化钠是否具有抗氧化性能？

从植物或土壤中提取的氢氧化钠具有抗氧化性能。