第四章碱金属

第四章 碱金属 一 碱金属元素 Li Na K Rb Cs Fr 二 钠及其化合物 NaH NaOH Na2CO3 NaHCO3 三 钠及其化合物相关计算 第一部分 碱金属元素 一 共性 1 原子结构 最外层 1e 最高正价 1 价 A 2 单质物理性质 金属晶体 银白色金属光泽 铯略带金色 质软 密度小 1 Rb Cs 熔点低 只有 Li 高于 100 强的导电 导热性质 3 单质化学性质 都能与 O2 H2O 非金属单质 水溶液等反应 R 离子化合物 注 碱金属与盐溶液反应 先考虑与水反应 生成碱若能与盐发生复分解反应则进 一步反应 4 最高价氧化物的水化物 ROH 强碱 R H2O ROH H2 LiOH 微溶 中强碱 5 金属氧化物 RH 离子化合物 共价型 H2O H2S HX CH4 NH3 H 显 1 价 H O H 离子型 NaH LiH CaH2 H 显 1 价 Na H 氢化物 共价型氢化物 分子晶体 溶沸点低 易挥发 气态 a 多数溶于水发生电离而水溶液显酸性 HX H2S A AH2O 外 b 少数与水反应形成化合物而电离显碱性 NH3 H2O NH3 H2ONH4 OH A c 一些难溶于水 烃类 CH4 B2H6 离子型氢化物溶于水发生氧化还原反应使水溶液显碱性 NaH H2O H2 NaOH 属离子晶体 熔融态可导电 6 焰色反应 金属元素的物理性质 目的 碱金属离子的检验 原理 物理变化 操作 洗 烧 醮 烧 看 洗 对象 装在玻棒上铂丝 铂丝可用 Ni Cr W 无锈 Fe 丝 便不能用 Cu 丝 洗液 稀 HCl 不可用稀 H2SO4 烧 原火焰 无色 或淡蓝 酒精灯或煤气 烧 灼烧物 金属或金属化合物 溶液或粉末 颜色 不是所有元素都有特征焰色 只有碱金属以及 Ca Sr Ba Cu 等 Na 黄 K 紫 透过蓝色钴玻璃 Ca 砖红 铜绿 滤去杂质黄光 二 递变性 1 原子结构 序数 核电荷数 电子层数 半径 2 单质物性 熔沸点 硬度 与卤素 氧族相反 密度 不同波长的可见光对应不同的颜色 h hrQ Q h 低能级 金属性 Li 是最轻的金属 Na K 3 单质化性 与 O2反应 4Li O2 2Li2O Li 只能生成氧化物 4Na O2 2Na2O 2Na O2 Na2O2 过氧化物 K O2 KO2 超氧化钾 a Cs Rb 以超氧化物为主 b 同一碱金属氧化物稳定性 超氧化物 过氧化物 氧化物 c 自然界最活泼的金属 Cs 2M 2H2O 2MOH H2 a Li 不溶化 LiOH 微熔 类似于 Mg OH 2 Na 溶化 K 燃烧 Rb 爆炸 b LiOH 易分解为 Li2O 和 H2O 其它碱金属氢氧化物难分解 Li2CO3不稳定 其它碱金属碳酸盐难分解 Li2CO3 Li2O CO2 Li2CO3难溶于水 三 碱金属保存 少量 Na K 存放在煤油 K Na 煤油 量多 用固体石蜡密封保存 Li Li RLI 11 O2 Na2O Na2O2 O2H2OH2O CO2 风化 变暗 白色固体白色固体白色粉末变潮湿 12 22 NaH HCl H2 NaClH 只能存在于晶体中 发散 2 4 6 g 钠和 1 6 g 硫在石棉网上加热 产物为 发散 3 已知下列物质的溶沸点 它们可否形成合金 物 质NaAlSiSNa Al Al Si 共熔 溶点 97 8660 41410112 8Na Si S Si 沸点 882 924672355444 6Al S 反应 Na S 反应 3 与 H2O 反应 本质 2H2O2OH 2Na 2H 2Na H2 e 2mol 1mol 2m 发散 1 Na H2O 酚酞 现象 浮 熔 游 嘶 发散 2 类似反应 Li Na K Rb Na CH3CH2OH CH3CH2ONa H2 沉下底部反应 Na H2 2Na 2HCl 2NaCl H2 a 反应速率 b Na 与 HCl aq 反应随量不同溶液酸碱性不同 发散 3 如右图实验 Na 位于 H2O 层交界面上 现象 气体生成 Na 熔成小球 小球在界面处上下跳动 发散 4 钠与 CuSO4 aq 反应 FeCl3 NH4Cl CuSO4 2Na 2H2O Cu OH 2 Na2SO4 H2 2Na 2H2O 2NaOH H2 2NaOH CuSO4 Cu OH 2 Na2SO4 注 Na 与盐溶液反应 先考虑与 H2O 反应 再考虑生成碱与盐反应 若不反应则 只考虑 Na 与 H2O 反应 4 熔融态制备金属 稀有 还原剂 OH ONa 熔融 H2O Na 4Na TiCl4 4NaCl Ti 还原性 Na Ti Na KCl NaCl K 沸 点 Na K 根据化学平衡移动原理分析 发散 RbClRb CsClCs 5 制造抗爆剂 2 基铅 4CH3CH2Cl 4Na Pb CH3CH2 4Pb 4NaCl 发散 CH3CH2 4Pb 可减弱汽油的爆震性 减小噪音 但燃烧尾气造成铅污染 目前被禁用 现在靠调入一部分高率烷值的汽油调合组分及含氧化合物如甲醇 甲基叔丁基醚 MTBE 的使用 解决了汽油抗爆性问题 3 制法和用途 1 电解法制 Na 2NaCl 2Na Cl2 发散 MgCl2 Mg Cl2 MgCl2 S2 H 反应 H CO32 HCO3 H HCO3 CO2 H2O 较快 HCO3 H CO2 H2O 更快 与碱反应 NaOH Na2CO3 x Ca OH 2 Na2CO3 CaCO3 2NaOH HCO3 OH CO32 H2O Ca2 OH HCO3 CaCO3 H2O 碱足 Ca2 2OH 2HCO3 CaCO3 CO32 2H2O 碱不足 CaCl2Ca2 CO32 CaCO3 不反应 Al2 SO4 3 Al3 3CO32 3H2O 2Al OH 3 3CO2 Al3 3HCO3 Al OH 3 3CO2 化 性 与 H2O 作用 水解 碱性较强 CO32 H2OHCO3 OH HCO3 H2OH2CO3 OH 水解 碱性较弱 HCO3 H2OH2CO3 OH 用 途制玻璃 造纸 制皂 洗涤剂发酵粉 灭火剂 治胃酸 鉴 别 加热 加酸 与酸反滴 加盐 不分解 慢 现象与滴加顺序有关 加 CaCl2产生白 分解产生澄清石灰水变浑气体 快 现象与滴加顺序无关 加 CaCl2无明显现象 相互转化Na2CO3 NaHCO3 发散 1 Na2SO4用途 制玻璃 造纸 染色 纺织 制水玻璃 绶泻剂 Na2SO4 10H2O 芒硝 发散 2 Na2S2O3 大苏打 海波 Na2S2O3 5H2O 无色晶体 Na2S2O3 Na2SO3 S 反 CO2 H2O 固加盐 液 NaOH S2O32 2H SO2 S H2O S2O32 4Cl2 3H2O 8Cl 2SO42 6H 除去织物漂白残留 Cl2 I2 2S2O32 2I S4O62 连 4 碳酸根 2Na2S2O3 AgBr Na3 Ag S2O3 2 NaBr 照相定影剂 发散 3 侯氏制碱简介 1 原料 NaCl 焦炭 空气 水 HCl KH2O3溶解度大 2 过程及原理 NH3 CO2的制备 C H2O CO H2 CO H2O CO2 H2 N2 3H2 2NH3 NaHCO3晶体制备 向氨化饱和 NaCl aq 通入 CO2 NaCl CO2 NH3 H2O NaHCO3 NH4Cl 母液 Na2CO3生成 2NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O 后期处理 向冷冻后母液中加入 NaCl 得 NH4Cl 晶体 NH4Cl aq NaCl s NH4Cl NaCl 母液 Ca OH 2 2NH4Cl CaCl2 NH3 H2O 3 优点 和索尔维法比较 投资省 NaCl 利用率高 无 CaCl2生成 解决用途不大 CaCl2难处理问题 发散 4 碱金属盐的规律 同一碱金属元素的含氧酸盐 高价比低价含氧酸酸稳定 eg KClO4 KClO3 KClO2 KClO K2SO4 K2SO3 同一含氧酸根的正盐比酸式盐稳定 eg Na2CO3 NaHCO3 H2CO3 高 T 高 T 高 T P 催 30 35 10 15 索尔维 减压低温蒸发溶液防止 NaHCO3分解 一般酸式盐比正盐易溶 但 Na2CO3 NaHCO3 饱和 Na2CO3溶液中通入过量 CO2后过滤得 NaHCO3晶体 酸稳定其盐亦稳定 eg HNO3 KNO3 H2SO3 K2SO3 不稳定 但 H2CO3不稳定 对碱金属盐除 Li2CO3外的盐均很稳定 Na 及其化合物相互转化 1 A B C D E 五种物质都含有同一种短周期 1 18 号 元素 它们按下图所示关系相互转化 已知 A 为单 质 则 1 写出 A E 的化学式 2 写出 A D C D C E 反应的化学方程式 2 下列图中的每一方格 表示有关的一种反应物或生成物 其中 A C 为无色气体且物 质的量之比为 1 1 1 X 的化学式 C 的分子式 F 的分子式 2 反应 的化学方程式 3 反应 的离子方程式 3 下图为某些物质之间的变化关系 未注明用量的物质间匀按恰好充分反应处理 已 知 A 的焰色反应显黄色 常温下 甲为能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体 乙为可 燃性气体 甲 乙分子中质子数相等 A BE C D O2 点燃 空气 短期 放置 B Na2O2 NaOH 加热 XB C A 加热 HCl D 催化剂 E D FG Cu 木炭 加热 白色粉末 白 色 固 体 A 固体 固体 B 甲 水 粉末 D 乙 H2SO4溶液 固体 气体 少量浓硫酸 微热 气体 C 不的 溶白 于色 硝沉 酸淀 中 性 溶 液 少量 BaCl2溶液 x 溶液 1 A 的化学式是 乙的化学式是 2 x 是一种纯净物 x 的化学式是 C 中含有 填化学 式 3 能否确定 B 为何种物质 如果能写出 B 的化学式 如果不能 请说明理由 第三部分 碱金属有关计算 一 采用极值法 巧解连续反应问题 例 往 400ml 0 5mol L NaOH 溶液中通入一定量 H2S 气体 然后在低温下蒸发溶液 得 白色固体 A 7 92 克 推测白色固体 A 所有可能组成及其质量 解 由反应顺序可知 固体变化路线 8g 7 92 7 8g 7 92 1 1 只发生 失重为 H2O 总质量一定 相对 而言 失重减小 若nNaOH nNaH2CO3 1 1 均发生 失重 H 2O CO2 总质量一定 相对 而言 失重增加 法 1 混合物失重 18 4 16 6 1 8 g 设nNaOH nNaH2CO3 1 1 且失重为 x g 有 NaOH NaHCO3 Na2CO3 H2O m 124 106 18 1 18 4z 15 71 8 故 NaHCO3不过量 即 NaOH 为 18 4 8 4 10g 法 2 极端假设 18 4g 全是 NaOH m 0g 18 4g 全是 NaHCO3 2NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O m 84 2 62 18 4 m 6 8g nNaOH nNaH2CO3 1 1 NaOH NaHCO3 Na2CO3 H2O m 12 4 18 18 4 m 2 67g nNaOH nNaH2CO3 1 1 nNaOH nNaH2CO3 1 1 nNaOH nNaH2CO3 O 1 1 m 1 6 02 67 6 8 NaHCO3 x mol NaOH ymol NaOH 过量 84x 40y 18 4 mNaOH 40y 10g 106x 401 y x 16 6 注 NaHCO3过量 反应后固体 Na2CO3 设反应前后质量为 m前 m后 NaHCO3 xmol NaOH y mol 84x 40y m前 106 m后 Na 元素守恒 2 yx 三 碱金属单质及氧化物与水反应 例 某碱金属及其氧化物的混合物 2 克 与水完全反应后生成 3 克碱 则此碱金属是什 么 此题难在数据不足 按常规难求 否则需逐一代入 但按极端法利用平均值满足 大 小 解 假设 2g 全为碱金属单质 M 则有 17 3 2M1 34g mol M 2 假设 2g 全为碱金属氧化物 M2O 则有 18 3 2M2 10g mol 162 2 M 因 2g 为混合物 M2 M M1M 23 符合 1 6 四 Na2O2与混合气体反应 1 与 CO2 H2O g 反应 例 100 时 3 88g 气体 A 与足量 Na2O2完全反应 放出 O2 且固体的质量增加了 2 28g 试推断 A 是什么气体 联系已学知识可推知与 Na2O2反应 且放出 O2的气体 A 可能是 CO2或 H2O g 或 CO2 和 H2O g 解 CO2 Na2O2 Na2CO3 O2 H2O Na2O2 2NaOH O2 2 1 2 1 设 A 的平均式量为 A M A O2 mn0 nCO2 nH2O 0 1mol 2 1 16 28 2 88 3 16 16 38 8M A M 1 0 88 3 M 3 88 2 28 38 8M 因MH2OV原 2 1 VNO VNO2 2 2 CO V后 V原 2 2 NOCO VV 2 1 S g 产 物 C3H81 2 C4H61 3 解 1 气态烃不完全燃烧的化学方程式 1CxHy O2 mCO2 x m CO H2O 242 myx 2 y 2 将燃烧产物的混合气 CO2 CO H2O 通入足量 Na2O2发生反应为 则 1mol CxHy不完全燃烧产物通过足量 Na2O2后 产生的 O2为 42 ym 5 242 myx m 2 代入 8 3 2 42 y mxx ym 3 因 Na2O2固体增重范围是 90g m 118g m m CO2 m H2O m CO 28x y 90 28x y 118 气态 CxHy1 x 4 2 y 10 x m 0 3 42 ym 1 若 C3H8y 8m 2 满足 成立 2 1 2 CO CO n n 2 若 C3H6y 6m 2 舍去 3 若 C4H6y 6m 2 满足 成立 3 1 2 CO CO n n 4 若 C3H4y 4m 2 舍去 五 Na2O2与 NaHCO3反应 例 将 m mol 的 Na2O2和 n mol 的 NaHCO3固体混合物在密闭容器中加热至 250 让其 充分反应后排出气体 1 填表 见前面数轴 序号m n固体成分排出气体成分 x 4 y 8 即 C4H8 当 x 1 时 62 y 90 舍去 当 x 2 时 34 y 62 舍去 当 x 3 时 6 y 34 当 x 4 时 y 6 1Na2CO3 NaOH Na2O2O2 2 排出气体只含 H2O O2且两