第10章碱金属与碱土金属习题解答

1、第十章碱金属和碱土金属思考题解析1 (10-1)钾和钠在地壳中的丰度相近(2.74%),但为什么海洋中钾的含量远小于钠？(参看牟保磊编.元素地球化学.26页，北京大学出版社，1999年；曹素忱编.无机化学.283页.高等教育出版社，1993年)解：(1)不少钾盐在水中的溶解度比钠盐小，又钾与土壤里的硅酸盐、硅铝酸盐结合得很牢；(2)钾是植物生长的要素，从岩石中溶解岀的大部分被植物所吸收。2 (10-2)碱金属及其氢氧化物为什么不能在自然界中存在？解：因为碱金属的化学性质活泼，可与空气中的氧、自然界中的水直接反应；碱金属的氢氧化物均为强碱，易于自然界中的酸性物质(如空气中的C02、雨中的硝酸等)

2、作用生成盐，所以碱金属及其氢氧化物不能在自然界中存在。3 (10-3)金属钠着火时能否用 H20、CO2、石棉毯扑灭？为什么？解：金属钠着火时不能用 H20、C02扑灭，可用石棉毯扑灭。因为金属钠着火时，若用 H20灭火，钠可 与水反应产生易燃易爆的 H2；若用C02灭火，钠着火是表面生成的 Na2O2会与C02作用产生助燃的02。 石棉(CaO 3MgO 4SiO2)与钠不作用，可用于扑灭钠着火。4 (10-4)为什么人们常用 Na2O2作供氧剂？解：因为Na202在室温下与H20、C02反应生成02,貝卩Na2O2 + 2H2O2NaOH + H 2O2t2H2O22H2O + 0212N

3、a22 + 2C02N B a2C03 + 025 (10-5)某地的土壤现碱性主要是由于 Na2C03引起的，加入石膏为什么有降低碱性的作用？解：石膏为CaS04,他虽然不容于水，但与 Na2C03作用可生成更难溶的 CaC03,则降低了由于 Na2C03 水解而引起的土壤碱性。6 (10-6)盛Ba(OH) 2溶液的瓶子，在空气中放置一段时间后，其内壁会被蒙上一层白色薄膜，这成薄膜是什么物质？欲除去应采用下列何种物质来洗涤，并说明理由。水(2) 盐酸(3) 硫酸解：薄膜是B aC03，因为B a (OH) 2可与空气C02中反应，即B a (OH) 2 十 CO2CO3 + H2O I用盐

4、酸可将B aC03除出，因为可发生下列反应:B aCO3 +2 HClBaCl2+ H2O+ CO2水和硫酸不能将B aCO3除出，前者是因为B aCO3不溶于水；后者是生成了难溶的BaS04。7(10-7)如何解释下列事实：锂的电离能比铯大，但 E ( Li + / Li)却比E (Cs+ /Cs)小。解：假设原电池：M M+(1mol L-I)Il H+ (1mol L-1) H2(IOOkPa),Pt(+)原电池反应：+ + 1M(S) +H+(aq) +(aq) +H2(g)2 rGm = - Z FE = ZFE (H+H)-E ( Li+/ Li) =Z，FE (Li +/ Li)

5、对于碱金属如不考虑 rSm的影响，可以近似用反应的焓变( rHm)代替反应的吉布斯自由能变(rGm来加以说明。碱金属在水溶液中转变为水合离子过程的焓变： rH m = SUbHmel(M) +I 1 ( M) + Hhe ( M +- Hhe ( H ) - I 1 (H)-1 D (H-H)2LiCS subHm (M /(KJ mol-1 )16178.811 (M /(KJ mol-1 )520376Hhe (M /(KJ mol-1 )-519-264 rH m/(KJ mol-1 )-275.0-246.2从以上数据可看出，尽管锂的升华和电离过程吸收的能量比CS大，但Li+水合过程所

6、放出的能量比 CS大得多，从而导致整个过程焓变化值较CS小，所以E (Li+/ Li)值比E ( Cs+ /Cs)小。E (Li +/ Li) 比 E ( Na+/ Na)小，但锂同水得作用不如钠激烈。解：因为锂得熔点(1805C)较高，反应所产生的热量不足以使他熔化，而钠的熔点(97.82 C)较低，钠与水反应放出的热可以使其熔化，更利于与水反应；另外Li与H2O反应产物LiOH的溶解度较小，它一经生成即覆盖在 Li的表面上，阻碍反应继续进行。Li比KI易溶于水，而LiF比KF难溶于水。解：Li比KI易溶于水，主要由于 Li+半径小，其水合能大的因素占主导；而 LiF比KF难溶于水，主 要是

7、由于Li+半径小，LiF的晶格能大的因素占主导。BeCb为共价化合物，而 CaCb为离子化合物。解：主要是由于Be2+的半径小，极化能力强，故BeCl2为共价化合物；而Ca+的半径大，极化能力弱， 故CaCI 2为离子化合物。金属钙与盐酸反应剧烈，但与硫酸反应缓慢。解：因为金属钙与硫酸反应生成了难溶的CaSO4,覆盖在金属钙的表面，妨碍了反应的进行。8( 10 8)为什么商品NaoH中常有Na2C3?怎样简便地检验和除去？解：因为NaOH易与空气中地CO2作用，即2NaOH + 2Na23 +H2O所以商品NaOH中常有Na2CO3。取少许地商品NaOH ,加入HCI,若有CO2气体产生，说明

8、含有 Na2CO3杂质。将含有杂质地 NaOH 加水适量溶解，加 Ca (OH ) 2,则发生下列反应：Na2CO3 + Ca(OH)2 2NaOH +CaCO31过滤，即可除出所含 Na2CO3杂质。9 (10 9)工业NaCI和Na2CO3中含有杂质Ga2+、Mg 2+、Fe3+ ,通常采用沉淀法除出。试问为什么 在NaCI溶液中除加 NaOH外还要加Na2CO3?在Na2CO3溶液中还要加 NaOH ?解：在NaCI溶液中若只加 NaOH，Ga2+除不干净，因为 Ca (OH) 2溶解度虽不大，但也不是很小， 加入Na2CO3,可生成溶解度很小地 GaCO3沉淀。在Na2CO3溶液中Mg

9、2+、Fe3+除不干净，因为沉淀不完全，加如NaOH ,可生成溶解度很小的 Mg(OH) 2、 Fe(OH)3 沉淀。10 (10 9)用联碱法制纯碱，可使 NaCI的利用率由73 %提高到96% ,试计算每生产 5万吨纯碱， 可节约NaCl多少吨？由所节约的NaCl可制得无水Na2CO3多少吨？解：5.00 104t( 0.96 0.73)= 1.15 104t15 104tMr(NaCO3)Mr(NaCI)=1.15 X 104t逻=1.04 104t117即生产5万吨纯碱，可节约 NaCI1.15万吨，节约的NaCI可制得无水Na2CO31.04万吨习题解答完成下列反应方程式解:(I)

10、N S(S) x十助IJHm -J Wa+(HH3Xc-1 fe 且合片P) O2 +2M3O 2NaOH +02G) 2K2 + 2H2 2X0H + H2Og + OifHaO+1/2 0畀 2 HaiO2 + 2C0 j21TiCO3 + O2 f 6 4KO +2COB e(0H + IOI Be(OH府Jir+ 2NH3HD(S)阳0亠H0：離) BaSOj-HH3O;I H.O + 12 OJ碳、水为原料，制备下列物质(写岀反应式并注明反试以食盐、 应条件)。解:G)阻6；电解2NaCl(s) 3N+CL2Na亠6祷去E6；的干空拓a22 (3) NaOH;2NaCI-2H2O-i

11、 2a0H+CL4 + H2f(4) KCO5;电解12JCM2H2 2JaOH+ Cl2 f燃烧 ,C十OrC6*2NaOH - CO_A Na2COjHiO有一份白色固体混合物，其中可能含有 KCl、MgSo4、BaCl2、CaC3,根据下列实验现象，判断混合物中有哪几种化合物？化合物溶于水，得透明澄清溶液；对溶液作焰色反应，通过钻玻璃观察到紫色；向溶液中加入碱，产生白色胶状沉淀。解：（1）该混合物中不含 CaC03,且MgSO4、BaCl 2不会同时存在;（2）该混合物中含有KCl ；（3）该混合物中含有 MgSO4。故混合物中只有 KCl、MgSO4。4. 如何鉴别下列各组物质：Na2

12、CO3NaHCO3NaOHCaSO4CaCO3Na2SO4MgSO4AI(OH) 3Mg(OH) 2MgCO 3解：鉴别上述各组物质有不同方法，现仅举一例供参考:有气体放岀碱性弱1. Na2CO3NaHCO3 NaOHNa2CO3NaHCO32. CaSO4CaCO3稀HCl无现象有气体放岀3. Na2SO4MgSO 4稀 NaOH无现象有沉:淀析岀 AI(OH) 3Mg(OH) 2MgCO3AI(OH) 3 沉淀溶解稀HCl沉淀溶解有气体放岀-NaOH溶液沉淀溶解CO2 BaSO4J + CO2HaiCO2CaC2溶液7.某固体混合物中可能含有MgCO 3、Na2SO4、Ba(NO 3)2、

13、AgNO3和CuSO4。此固体溶于水后可得无色溶5. 如何将粗食盐中含有的杂质Ca2+、Mg2+和SO42-除去，试以反应式表示之。解：加入适量BaC2(或氢氧化钡)、Na2CO3和NaOH,其反应式为Ba2+ + SO42-BaS04 JkCa2+ + CO32-CaC03 J #Mg2+ +2OH - Mg(OH) 2 J *Ba2+CO32-BaC3 J6. 现有五瓶无标签的白色固体粉末，他们分别是：MgCO3、BaCO3、无水Na2CO3、无水CaC2及Na2SO4, 试设法加以区别。解：MgCO 3(S)BaCO3(S)Na2CO3(S)CaC2(S)Na2SO4(S)各取少许，分别

14、加水MgCO 3 ( S) BaCO3 (S)Na2CO3溶液 CaC2溶液 Na2SO4溶液液和白色沉淀。无色溶液遇HCl无反应，其焰色反应呈黄色；白色沉淀溶于稀盐酸并放岀气体。试判断存在、不存在的物质各是什么?解：(1)根据“此固体溶于水后可得无色溶液和白色沉淀”，可判断混合物中不含 CuSO4,而白色沉淀可能是 MgCO 3、BaSO4、Ag2SO4;(2)根据“无色溶液遇 HCl无反应，其焰色反应呈黄色”，可判断混合物中含有 Na2SO4,不含AgNO 3；(3)根据“白色沉淀溶于稀盐酸并放出气体”，可判断混合物中含有 MgCO3,白色沉淀不可能是 BaSO4 和 Ag 2SO4 o故

15、存在的物质是 MgCO 3、Na2SO4;不存在的物质是 Ba(NO 3)2、AgNO 3和CuSO4。8.向一含有Ba2+和Sr2+ (均为0.10molL )的溶液中，滴加 K2CrO4溶液。试问首先析出的沉淀是什么物质？通过计算说明能否将 Ba2+和Sr2+分离(假设反应过程中溶液体积不变)。解：(1)因 C (Ba2+) = C (Sr2+)KSP (BaCro4) = 1.17 X 10-1 KSP(SrCr04) = 2.2 X 10-5故滴加K2CrO4首先析出BaCrO4沉淀。(2)当SrCrO4刚要析出时C(CrO42-) = KSP(S2rCrO4)cc(Sr2 ) c52.2 10mol ? L-10.10=2.210-4 mol?L-1此时C (Ba2+)KSP(BaCrO4)C(CrO4 ) C1.1710 1042.2 10mol ? L-1=5.3 10-7mol?L-1Ba2+已沉淀完全，因此可将Ba2+和Sr2+分离。9.在下图各箭头处填入适当的试剂和条件，以实现各物质的转变解: ( 1)电解先加HCL溶解MgCl 2MgMg(OH) 2cl 2后加过量NAOHNaCO3HClHNO3HNO3MgCO 3Mg(NO 3)2MgO(2)HNO 3CaCO 3CaOCa(NO3)2CQ