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本文发表于《高中数理化》，也是即将由山东科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界——中学化学关键知识解读》中的一篇，该书将于2021年底出版。 1. 为什么钠和钾的盐大多是可溶于水的？有无不易溶解的钠盐和钾盐？ “K+、Na+、NH4+、NO3- 的盐都易溶（于水）”是中学化学里关于物质溶解性的规律之一。观察研究这四种离子的共同特征可知，它们都只带有一个单位的电荷，且离子半径相对较大。 从溶解的微观过程看，离子化合物是否易溶于水，跟离子键的强弱、晶体内阴阳离子的堆积方式及离子水合能力等因素有关。从离子键的强弱来看，应该是离子键越弱，则晶体在水里越容易解离、扩散，而离子键的强弱跟离子电荷、半径等直接相关。K+、Na+、NH4+、NO3- 四种离子的电荷少而且半径相对较大，它们的盐中离子键较弱，故比较容易溶解。 其实，也不是所有的钠盐、钾盐都易溶于水，钠离子和钾离子也可跟某些阴离子形成难溶物沉淀。只是这些试剂在中学化学里不太常见而已。如： Na+ + BiO3- = NaBiO3 ↓（铋酸钠，黄色） Na++3UO2(CH3COO)2+Zn(CH3COO)2+HAc+9H2O= NaZn(UO2)3(CH3COO)9·9H2O↓+H+ 水合醋酸铀酰锌钠（黄色） Na+ + Sb(OH)6 - =Na[Sb(OH)6)]↓ （六羟基合锑酸钠，白色） 分析化学里，常用K[Sb(OH)6]或醋酸铀酰锌等试剂来检验Na+离子。 K+ + B(C6H5)4-= K[B(C6H5)4] ↓ （四苯硼钾，白色） 故可用四苯硼钠溶液检验钾离子的存在。 2. 怎样理解Na+、K+、NH4+ 离子的相似性？ 初中化学里我们知道，NH4+ 的盐跟Na+、K+ 的盐具有非常大的相似性，比如都属于离子化合物，都易溶解于水等。这是为什么呢？让我们通过结构分析来理解NH4+与Na+、K+ 的这些相似性。 NH4+ 与Na+都具有10个核外电子和11个核电荷，不同的是Na+ 的核电荷集中于一点而NH4+的核电荷比较分散（有+7集中于一点，另外+4分散于+7的周边。参考下图所示），但NH4+ 的11个正电荷的重心也是集中在离子的核心位置。这就是为什么NH4+ 的盐与钠盐具有相似性的结构原因。 这些相似不仅表现在水合离子的颜色（均为无色）及盐的溶解性（大多易溶）方面，钠燃烧的火焰是黄色，氨气在纯氧中燃烧的火焰竟然也是黄色！ 因钠与钾同族且相邻，Na+ 本来就与K+ 具有相似性，相对于Na+，NH4+ 的体积与K+更接近，故NH4+ 盐与钾盐具有相似性也就不足为奇了。比如，分析化学上，凡是钾离子的沉淀试剂几乎都能够使NH4+ 形成沉淀。 3. 铯和铷用于制造光电管的原理是什么？ 碱金属中的铷和铯极其活泼，以至于不需要氧化剂存在的情况下，在一定强度的电场里，受到普通光的照射下便可以释放出电子，所以常被用作光电转换材料。 光电管是电视信号发射装置中不可缺少的装置，其工作原理可用上图简单示意。 玻璃真空管的阴极表面涂有铷和铯等活泼金属，当没有光线照射时，外电路是断开的，线路中无电流通过；当有光照射在阴极上时，金属表面上的电子获得能量，从金属表面逃逸，在外电场作用下向阳极运动从而形成电流。 光信号强则外电路中电流强，而光信号弱则电信号也弱。这样就把强度不同的光信号转换成强度不同的电信号，实现“光-电”的转化。 比铷和铯金属性弱的一些金属也具有上述“光电效应”，只是由于它们不够活泼，需要在很强的电场中才能释放电子，实用性不如铷和铯而已。 4. 为什么卤素单质熔点随着核电荷数增大而升高，而碱金属则表现出相反的规律？ 物质的性质是由其结构决定的。卤素单质跟碱金属单质的内部结构不同，影响它们熔点高低的微观作用力类型不同导致了上述看似相反的规律的出现。 卤素单质的晶体是由小分子（X2）通过分子间作用力结合构成的分子晶体。由于卤素单质分子的极性（均属于非极性分子，可看作分子极性为0）与形状（均为双原子分子）都相同，从单质F2到单质I2，分子间作用力随着相对分子质量（根本上是分子的体积）的增大而增大，卤素单质晶体熔化时所需要克服的作用力越来越强，熔点升高。 碱金属单质在常温下都形成金属晶体。相邻的金属原子间以金属键作用而结合在一起，影响其熔点高低的核心因素是金属键的强弱。而金属键的强弱主要决定于金属原子的价电子数和原子半径。对于Li、Na、K、Rb、Cs来说，由于其价电子数完全相同（都是1个价电子）而原子半径逐渐增大，所以金属键的强度逐渐减弱，熔点依次下降。 |
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