有句话说:“只有可溶性碱对应的氧化物才能和水反应生成碱。”这个说法确实适用于很多元素的氧化物。比如氢氧化铜和氢氧化铁是不溶性碱,它们对应的氧化物氧化铜和氧化铁不能与水反应生成碱。氢氧化钡和氢氧化钠是可溶性碱,它们对应的氧化钠和氧化钡能与水反应生成碱。
然而,上述说法并不适用于所有元素的氧化物。如氢氧化镧和氢氧化铈的溶度积常数分别为2.0×10[-19]和1.6×10[-20],溶解度(g/100g水)分别为1.8×10[-4]和9.4×10[-5],都属于难溶碱,但氧化镧和氧化物除外。
La[,2]O[,3]+3H[,2]O→2La(OH)[,3]
Ce[,2]O[,3]+3H[,2]O→2Ce(OH)[,3]
氢氧化镁也是不溶性碱,溶度积常数为1.8×10[-11],溶解度(g/100g)约为9.6×10[-4]。所以如果上述说法成立,氧化镁就不能和水反应生成氢氧化镁。
我们先从化学热力学分析一下。相关数据见下表:
│材料│MgO(s)│H[,2]O(1)│Mg(OH)[,2](s)│
│标准生成焓△ HF (kJ/mol) │-601.70
│-285.84
│-924.54
│标准生成自由能△Gf(KJ/mol)│-569.44
│-237.19
│-833.58
反应:MgO(s)+H[,2]O(1)→Mg(OH)[,2](s)
△H =-924.5-[-601.70+(-285.84)]=-37.00 kj
△G =-833.58-[-569.44+(-237.19)]=-26.95 kj
从△G0可以看出,这个反应是可以发生的;同时,从△H0可以看出,该反应是放热的。
很多书(包括一些中学化学课本)也提到氧化镁可以慢慢和水反应生成氢氧化镁。
为此,我们做了一个简单的实验。将4.9g试剂级氧化镁放入蒸馏水中,放置一天,过滤,将沉淀物在105℃干燥至恒重。得到的固体质量约为5.8g,明显比原来的氧化镁重,这也说明氧化镁能与水反应。
但是我们也知道氧化镁是可以作为耐火材料的,而作为耐火材料的氧化镁很难和水发生反应。这个区别在于,我们通常使用的氧化镁是由碳酸镁(菱镁矿)或氢氧化镁分解而成的。碳酸镁和氢氧化镁的分解温度约为350℃,得到的氧化镁为低密度的粉状(轻)氧化镁。氧化镁作为一种耐火材料,需要在高温(1400℃)下煅烧。这种氧化镁的粉末密度高,其化学稳定性也增加。不仅与水难反应,与酸也难反应,但我们不能说氧化镁不与酸反应。