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本文發(fā)表于《高中數(shù)理化》，也是即將由山東科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界——中學化學關鍵知識解讀》中的一篇，該書將于2021年底出版。

1. 為什么鈉和鉀的鹽大多是可溶于水的？有無不易溶解的鈉鹽和鉀鹽？

“K⁺、Na⁺、NH₄⁺、NO₃^- 的鹽都易溶（于水）”是中學化學里關于物質(zhì)溶解性的規(guī)律之一。觀察研究這四種離子的共同特征可知，它們都只帶有一個單位的電荷，且離子半徑相對較大。

從溶解的微觀過程看，離子化合物是否易溶于水，跟離子鍵的強弱、晶體內(nèi)陰陽離子的堆積方式及離子水合能力等因素有關。從離子鍵的強弱來看，應該是離子鍵越弱，則晶體在水里越容易解離、擴散，而離子鍵的強弱跟離子電荷、半徑等直接相關。K⁺、Na⁺、NH₄⁺、NO₃^- 四種離子的電荷少而且半徑相對較大，它們的鹽中離子鍵較弱，故比較容易溶解。

其實，也不是所有的鈉鹽、鉀鹽都易溶于水，鈉離子和鉀離子也可跟某些陰離子形成難溶物沉淀。只是這些試劑在中學化學里不太常見而已。如：

Na⁺ + BiO₃^- = NaBiO₃ ↓（鉍酸鈉，黃色）

Na⁺+3UO₂(CH₃COO)₂+Zn(CH₃COO)₂+HAc+9H₂O= NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉·9H₂O↓+H⁺

水合醋酸鈾酰鋅鈉（黃色）

Na⁺ + Sb(OH)₆ ^- =Na[Sb(OH)₆)]↓

        （六羥基合銻酸鈉，白色）

分析化學里，常用K[Sb(OH)₆]或醋酸鈾酰鋅等試劑來檢驗Na⁺離子。

K⁺ + B(C₆H₅)₄^-= K[B(C₆H₅)₄] ↓

          （四苯硼鉀，白色）

    故可用四苯硼鈉溶液檢驗鉀離子的存在。

2. 怎樣理解Na⁺、K⁺、NH₄⁺ 離子的相似性？

初中化學里我們知道，NH₄⁺ 的鹽跟Na⁺、K⁺ 的鹽具有非常大的相似性，比如都屬于離子化合物，都易溶解于水等。這是為什么呢？讓我們通過結構分析來理解NH₄⁺與Na⁺、K⁺ 的這些相似性。

NH₄⁺ 與Na⁺都具有10個核外電子和11個核電荷，不同的是Na⁺ 的核電荷集中于一點而NH₄⁺的核電荷比較分散（有+7集中于一點，另外+4分散于+7的周邊。參考下圖所示），但NH₄⁺ 的11個正電荷的重心也是集中在離子的核心位置。這就是為什么NH₄⁺ 的鹽與鈉鹽具有相似性的結構原因。

這些相似不僅表現(xiàn)在水合離子的顏色（均為無色）及鹽的溶解性（大多易溶）方面，鈉燃燒的火焰是黃色，氨氣在純氧中燃燒的火焰竟然也是黃色！

因鈉與鉀同族且相鄰，Na⁺ 本來就與K⁺ 具有相似性，相對于Na⁺，NH₄⁺ 的體積與K⁺更接近，故NH₄⁺ 鹽與鉀鹽具有相似性也就不足為奇了。比如，分析化學上，凡是鉀離子的沉淀試劑幾乎都能夠使NH₄⁺ 形成沉淀。

3. 銫和銣用于制造光電管的原理是什么？

堿金屬中的銣和銫極其活潑，以至于不需要氧化劑存在的情況下，在一定強度的電場里，受到普通光的照射下便可以釋放出電子，所以常被用作光電轉(zhuǎn)換材料。

光電管是電視信號發(fā)射裝置中不可缺少的裝置，其工作原理可用上圖簡單示意。

玻璃真空管的陰極表面涂有銣和銫等活潑金屬，當沒有光線照射時，外電路是斷開的，線路中無電流通過；當有光照射在陰極上時，金屬表面上的電子獲得能量，從金屬表面逃逸，在外電場作用下向陽極運動從而形成電流。

光信號強則外電路中電流強，而光信號弱則電信號也弱。這樣就把強度不同的光信號轉(zhuǎn)換成強度不同的電信號，實現(xiàn)“光-電”的轉(zhuǎn)化。

比銣和銫金屬性弱的一些金屬也具有上述“光電效應”，只是由于它們不夠活潑，需要在很強的電場中才能釋放電子，實用性不如銣和銫而已。

4. 為什么鹵素單質(zhì)熔點隨著核電荷數(shù)增大而升高，而堿金屬則表現(xiàn)出相反的規(guī)律？

物質(zhì)的性質(zhì)是由其結構決定的。鹵素單質(zhì)跟堿金屬單質(zhì)的內(nèi)部結構不同，影響它們?nèi)埸c高低的微觀作用力類型不同導致了上述看似相反的規(guī)律的出現(xiàn)。

鹵素單質(zhì)的晶體是由小分子（X₂）通過分子間作用力結合構成的分子晶體。由于鹵素單質(zhì)分子的極性（均屬于非極性分子，可看作分子極性為0）與形狀（均為雙原子分子）都相同，從單質(zhì)F₂到單質(zhì)I₂，分子間作用力隨著相對分子質(zhì)量（根本上是分子的體積）的增大而增大，鹵素單質(zhì)晶體熔化時所需要克服的作用力越來越強，熔點升高。

堿金屬單質(zhì)在常溫下都形成金屬晶體。相鄰的金屬原子間以金屬鍵作用而結合在一起，影響其熔點高低的核心因素是金屬鍵的強弱。而金屬鍵的強弱主要決定于金屬原子的價電子數(shù)和原子半徑。對于Li、Na、K、Rb、Cs來說，由于其價電子數(shù)完全相同（都是1個價電子）而原子半徑逐漸增大，所以金屬鍵的強度逐漸減弱，熔點依次下降。