饱和
食盐水是指在一定温度下(通常为
室温),向一定量的水中加入
食盐,让食盐
溶解,当加入的食盐足够多时,无法再继续溶解食盐,此时食盐的水
溶液为饱和食盐水。
定义
在一定温度下,向一定量的水中加入食盐,让食盐溶解,当加入的食盐足够多时,无法再继续溶解食盐,此时水溶液为食盐的饱和水溶液,即饱和食盐水。其主要成分为NaCl,属于混合物。
配置方法
室温条件下,向每100mL的水加入大于等于36g NaCl并使其自然溶解即可。但NaCl的
溶解度会随着
温度的变化而变化,温度升高,溶解度也会稍稍升高,所以需要关注温度对配置的影响。
电解饱和食盐水
饱和食盐水中的NaCl完全
电离,H2O部分电离(
电离方程式为:NaCl=Na++Cl-;H2O⇌H++OH- ),因而溶液中存在着Na+、H+、Cl-、OH-四种
离子。给饱和食盐水通电后,在
电场力的作用下,带负电的OH-和Cl-向
阳极移动,带正电的Na+和H+向
阴极移动。在阳极,Cl-比OH-容易失去
电子而被
氧化成氯原子,氯原子两两结合成氯分子,放出Cl2,
电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2↑(
氧化反应);在阴极,H+比Na+容易得到电子,因而H+不断从阴极获得电子被
还原为氢原子,氢原子两两结合成氢分子,放出H2,电极反应式为:2H++2e-=H2↑(
还原反应)。H+在阴极上不断得到电子而生成H2,导致H+
浓度下降,破坏了溶液附近水的
电离平衡,使水的电离向生成H+和OH-的方向移动,因而水分子又大量电离成H+(但根据
勒夏特列原理,电离平衡的移动只会减弱H+浓度减小的趋势,因此H+浓度不会升高)和OH-,且生成OH-的
速率远大于OH-向阳极定向运动的速率。因此,阴极附近的OH-大量增加,溶液中产生
氢氧化钠。综上,
实验过程中分别在阴极与阳极放出H2与Cl2,阴极也同时生成NaOH。由于在阴极生成了NaOH(或者说OH-),因此阴极的
pH升高,呈
碱性,滴入
酚酞时,溶液变红。
电解饱和食盐水的
化学方程式为:2NaCl+2H2O=通电=H2↑+Cl2↑+2NaOH ;离子方程式为:2Cl-+2H2O=通电=2OH-+H2↑+Cl2↑。电解过程中,可能还会发生如下反应:Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O ,则此时的总方程式为:NaCl+H2O=通电=NaClO+H2↑ 。
工业上利用这个反应即可制取
烧碱、氯气和氢气。但在上述实验中,电解产物之间能够发生化学反应:NaOH溶液和Cl2接触会生成NaClO和NaCl,H2和Cl2混合遇火或见光能发生
爆炸(化学方程式为:H2+Cl2=点燃/光照=2HCl)。所以在工业生产中,需要避免这几种产物混合,因而常使反应在具有特殊构造的、带有
阳离子交换膜(不允许带负电的Cl-通过,允许带正电的Na+通过)的
电解槽中进行。
电解饱和食盐水的工业生产,叫作
氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一。
·图2说明:进入电解槽
阴极室的为含少量氢氧化钠的水,目的是在保证不引入新的杂质的同时增强水的
导电性。
化学实验应用
饱和食盐水的实验应用比较广,这里主要列举3种并结合实验实例进行说明。
1.收集氯气
由于Cl2能溶于水,所以不能用
排水法收集Cl2。Cl2的
相对分子质量为71,
空气的
平均相对分子质量为29,根据
阿伏伽德罗定律的推论(同温同压下,气体的摩尔质量之比等于气体密度之比)可得,Cl2的
密度比空气的密度大,故可以用
向上排空气法收集Cl2。另外,Cl2溶于水后会产生Cl-(离子方程式为:Cl2+H2O⇌H++Cl-+HClO),然而饱和食盐水中本身已有许多Cl-且浓度已达饱和,溶液中很难再电离出Cl-,也就是说Cl2的电离很难再向正反应方向进行,Cl2也就很难再溶解进饱和食盐水中了。这个
化学平衡原理其实也就是
同离子效应。因此,也可以用排饱和食盐水法收集Cl2。
例如,在探究
甲烷(CH4)与氯气在
光照条件下的反应(甲烷的
卤代反应)时,就是用排饱和食盐水的方法用导管向
量筒中通入Cl2和CH4以收集它们的。
2.吸收氯化氢气体
虽然饱和食盐水中已有大量Cl-,但同时也有大量的水。由于HCl极易溶于水,所以HCl能溶于饱和食盐水且几乎全部溶解。故可以用饱和食盐水吸收HCl。
例如,在利用
二氧化锰和
浓盐酸的反应制取氯气【化学方程式为:MnO2+4HCl(浓)=Δ=MnCl2+Cl2↑+2H2O】的实验中,因为浓HCl易挥发,且在
加热时会有
水蒸气生成,就会有HCl和H2O混入Cl2中,往往不能得到干燥纯净的Cl2,这样就需要将HCl和H2O除去。由于
除杂时选用的除杂
试剂不能与目标产物Cl2反应,且不能引入新的杂质,而饱和食盐水就不与Cl2反应但HCl能溶于饱和食盐水,所以就用饱和食盐水吸收HCl。浓H2SO4具有
吸水性,且Cl2是
酸性气体,因此用浓H2SO4吸收水蒸气。这样就可以在实验中收集到干燥纯净的Cl2了。
其实也不难看出,饱和食盐水可以用来提纯一些情况下制得的Cl2。
·图4说明:图中NaOH溶液是用来吸收有毒的Cl2的。这样可以有效处理尾气,防止污染
空气。
3.降低某些反应的化学反应速率
在
实验室中,常利用
电石【主要成分为
碳化钙(CaC2)】和水的
复分解反应制取
乙炔(CH≡CH)【化学方程式为:CaC2+2H2O=Ca(OH)2+CH≡CH↑】。然而,如果用纯水制取,反应速率非常快,不利于收集生成的CH≡CH。为了尽可能降低
化学反应速率,需要使用
分液漏斗(有
旋塞),以控制滴加反应液的速率;另外,也要将纯水换为饱和食盐水,这样做相当于降低了反应时水的浓度,也就降低了化学反应速率。
·图5说明:因为CH≡CH中含有不饱和键(
重键)——碳碳
三键,所以为了检验生成的CH≡CH,可以用KMnO4溶液(H+)或
溴水或溴的CCl4溶液,CH≡CH会使它们褪色。但由于电石中还会混有
硫化钙(CaS)和
磷化钙(Ca3P2)杂质,它们和水反应会产生
硫化氢气体(H2S)和
磷化氢气体(PH3)【化学方程式分别为:CaS+2H2O=Ca(OH)2+H2S↑;Ca3P2+6H2O=3Ca(OH)2+2PH3↑】,而H2S和PH3也会使KMnO4溶液(H+)、溴水和溴的CCl4溶液褪色,这样就需要将产生的气体通过装有CuSO4溶液的
集气瓶,将H2S和PH3除去(化学方程式分别为:H2S+CuSO4=CuS↓+H2SO4;11PH3+24CuSO4+12H2O=8Cu3P↓+3H3PO4+24H2SO4)。另外,需要注意的是这个反应的反应发生装置不能使用
启普发生器,原因主要有四点:首先,电石虽然是块状
固体,但遇水后就立刻变为
粉末;其次,此反应会放出大量的
热,容易损坏启普发生器;同时,反应十分迅速,使用启普发生器难以控制反应速率;最后,反应后生成的
石灰乳是糊状的,容易堵塞启普发生器。
其他用途
饱和食盐水可以用来卸妆、消毒杀菌、补水、治疗
电解质紊乱等。