第三節(jié) 堿金屬元素

一、堿金屬單質(zhì)的物理性質(zhì)

     1、相似性：軟可切，銀白色（銫略帶金色光澤）麗光澤、密度小、熔沸點較低，良好的導電導熱性。

     2、遞變規(guī)律：熔點、沸點逐漸降低，密度呈增大趨勢（ ）

二、堿金屬的原子結(jié)構(gòu)

 

 

 

 

 

1、相同點：最外層電子數(shù)相同都是一個電子，次外層電子數(shù)相同為8電子（Li除外）。

 2、不同點：核外電子層數(shù)不同。

 3、遞變規(guī)律：按Li、Na、K、Rb、Cs、順序，原子半徑依次增大，離子半徑依次增大。（同種元素的原子半徑大于離子半徑）。

 4、推論性質(zhì)遞變：隨原子核外電子層數(shù)的增多原子半徑依次增大核對外層電子引力的減弱、失去電子的趨勢增強，無素的金屬性增強，單質(zhì)的還原性增強。

三、堿金屬的化學性質(zhì)

它們都能跟鹵素、氧氣、硫等非金屬直接化合，在反應中表現(xiàn)出很強的還原性。單質(zhì)都能與水劇烈反應，生成相應的堿和氫氣。反應的實質(zhì)可表示為：

2R+2H₂0＝2ROH+H₂↑反應的現(xiàn)象各不相同。與水反應不熔化；鈉與水反應時熔化；鉀與水反應熔化，且使產(chǎn)生的H₂燃燒；銣、銫都與水猛烈反應。堿金屬與鹽溶液反應，都是先與水反應，若符合復分解反應發(fā)生的條件，則生成的氫氧化物繼續(xù)同鹽發(fā)生復分解反應。堿金屬均不能在水溶液中置換另外的金屬單質(zhì)。

1、跟非金屬反應

 鹵素：

 氧氣：

      

       （K、Rb、Cs與氧氣反應，都生成比過氧化物更復雜的氧化物）。

 氫氣：Na、K、Rb、Cs與氫氣反應，都生成  RH。

 與硫等大多多數(shù)的非金屬起反應。

 2、跟水的反應

 堿金屬都能跟水反應生成氫氧化物和氫氣。 。鈉與水反應比鋰與水反應激烈，鉀跟水的反應比鈉更劇烈，常使生成的氫氣燃燒并發(fā)生輕微爆炸，據(jù)此可得出結(jié)論：金屬單質(zhì)置換出水中氫越容易說明該元素的金屬性越強。因此隨著原子的電子層數(shù)增多原子半徑的增大，堿金屬的活動性增強。

 與常見鹽溶液反應的離子方程式：（R表示堿金屬元素）

 

四、焰色反應

 定義：某些金屬或它們的化合物在灼燒時使火焰呈特殊的顏色。這在化學上叫做焰色反應。

焰色反應鑒別鹽類的步驟：

 ①鉑絲在火焰上灼燒至原火焰色②蘸取溶液（沾取固體）放在火焰上灼燒，觀察火焰顏色，觀察鉀火焰顏色要透過藍色的鈷玻璃去觀察。③鹽酸洗鉑絲④鉑絲在火焰上灼燒至原火焰色（如不能灼燒至原火焰色，則需再酸洗，再灼燒）。⑤再蘸取（沾�。┝硗饣瘜W藥品進行實驗。

 鉀、鈉焰色反應顏色：鉀——紫色（透過藍色鈷玻璃）

                     鈉——黃色

五、鉀肥

 通常使用的鉀肥：氯化鉀、硫酸鉀、碳酸鉀，由于均易溶于水，在施用時要防止雨水淋失。草木灰中含碳酸鉀。

 鉀肥肥效通常以氧化鉀的質(zhì)量分數(shù)表示：

                      

六、常見鈉的化合物的化學式和俗稱：

名稱

氫氧化鈉

氯化鈉

硫酸鈉晶體

 鈉晶體

化學式

NaOH

NaCl

Na₂SO₄·10H₂O

Na₂CO₃·10H₂O

俗稱

苛性鈉、火堿、燒堿

食鹽

芒硝

蘇打、純堿

 

名稱

碳酸氫鈉

硫代硫酸鈉

硅酸鈉

硝酸鈉

化學式

NaHCO₃

Na₂S₂O₃ ·5H₂O

Na₂SiO₃

NaNO₃

俗稱

小蘇打

大蘇打、海波

泡花堿、水溶液叫水玻璃

智利硝石

重點、難點點撥

    1．鈉氧化物制取

    當鈉在氧氣中燃燒時，生成的產(chǎn)物是過氧化鈉。這是因為氧化鈉不穩(wěn)定，會跟氧氣繼續(xù)起反應，生成過氧化鈉。所以工業(yè)常用鈉在氧氣中燃燒制過氧化鈉：2Na+O₂=Na₂O₂

  氧化鈉一般用間接方法來制取，如：  

  2NaN0₂+6Na＝4Na₂0+N₂↑

  2．堿金屬中的一般和特殊之處

  (1)Na、K需保存于煤油中，但Li的密度比煤油小，所以Li必須保存在密度更小的石蠟油中或密封于石蠟

  (2)堿金屬中，從LiàCs，密度呈增大的趨勢，但ρ(K)=0．862g／cm³<p(Na)=0.971e／cm³。

  (3)酸式鹽的溶解度一般大于正鹽，但溶解度NaHC0₃<Na₂C0₃。

  (4)氧在化合物中一般顯-2價，氫顯+1價，但Na₂O₂ 、H₂0₂中的氧顯-1價，NaH、CaH₂中的氫顯[-1]價。

  (5)試劑瓶中的藥品取出后，一般不能放回原瓶，但I_A金屬Na、K等除外。 

(6)一般活潑金屬能從鹽中置換出不活潑金屬，但對I_A非常活潑的金屬Na、K等除外。如：2Na+CuS0₄+2H₂0=Cu(OH)₂↓=H₂↑+Na₂S0₄。

經(jīng)典解析

1、(2001·上海)堿金屬與鹵素所形成的化合物，大都具有的性質(zhì)是    (    )

    ①高沸點  ②能溶于水  ③水溶液能導電  ④低熔點  ⑤熔融狀態(tài)不導電

    A.①②③     B.③④⑤

    C．①④⑤    D．②③⑤

  [解析]  堿金屬與鹵素所形成的化合物大都是離子化合物，因此具有高沸點、能溶于水、熔融態(tài)或水溶液都能導電的性質(zhì)。

    [答案]  A

  2、(競賽題)堿金屬(如鋰、鈉、鉀、銣等)溶于汞中可形成良好的還原劑“汞齊”。取7g某種堿金屬的汞齊與水作用得到0．2g氫氣，并得到幾密度為ρ g／cm³的溶液，則溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)可以是    (    )

    A．     B．     C.        D.

    [解析]  汞不能與水反應，堿金屬(M)能與水發(fā)生反應。

    設堿金屬的質(zhì)量為x(x<7g)，相對原子質(zhì)量為a。

    2M+2H₂0=2MOH+H₂↑x=0.2ag。

    因為0．2ag<7g，故a<35，相對原子質(zhì)量小于35的堿金屬只有Li和Na，分別計算可知答案為A、B。

    [答案]  AB

 3、(上海)甲、乙、丙、丁四個燒杯內(nèi)分別放人 0．1mol的鈉、氧化鈉、過氧化鈉和氫氧化鈉，然后各加入 100mL水，攪拌，使固體完全溶解，則甲、乙、丙、丁的質(zhì)量分數(shù)大小的順序是    (    )

    A.甲<乙<丙<丁    B．丁<甲<乙=丙

    C.甲=丁<乙：丙    D．丁<甲<乙<丙

    [解析]  由Na⁺守恒比較四種溶液中的溶質(zhì)質(zhì)量；由溶液凈增重(△m)比較溶液質(zhì)量。每摩爾Na、Na₂0、 Na₂0₂溶于水，分別使溶液凈增重(23-1)g、(62-0)g、 (78-16)g，即Na₂0、Na₂0₂使溶液凈增重相等。

[答案]  B

 

4、A為單質(zhì)，B、C、D是A元素的三種不同的化合物，用鉑絲蘸取B、C、D的溶液進行焰色反應，都呈紫色，按各圖變化，寫出有關(guān)反應的化學方程式。

 [解]：B、C、D中都含鉀元素，則A為單質(zhì)鉀，B為鉀的氫氧化物，C為鉀的碳酸鹽，D為鉀的氯化物。

 答：①      ②

     ③         ④

5、8.1g某堿金屬（R）及其氧化物（R₂O）組成的混合物，與水充分反應后，蒸發(fā)反應后的溶液，得到12g無水晶體，通過計算確定該金屬的名稱。

 [解]：假設該混合物為單一成分組成的純凈物。

 Ⅰ：若全為金屬，則

     

 Ⅱ：若全為氧化物，則

     

 因為應滿足： ，在此區(qū)間的金屬只能鈉，鈉原子量為23。

 說明：按常規(guī)法解題非常麻煩，亦可得。

6、KHCO₃和CaCO₃的混合物和與之等質(zhì)量的NaHCO₃分別與鹽酸反應時，消耗酸的量相等，求混合物中KHCO₃、CaCO₃的質(zhì)量比。

 [解]：設混合物的質(zhì)量為m

   

    解得：

    因為 ，所以

7、現(xiàn)有A、B、C三種白色固體及一種無色氣體D。A、B、C均可溶于水，其中C的溶液為堿溶液，焰色反應均呈黃色，且四種物質(zhì)中間存在如下反應關(guān)系：

①                    ②

③                       ④

     試推斷：A是 ________ B是 ________ C是 _________ D是 ________。

     答案：  A:Na₂CO₃     B:NaHCO₃     C:NaOH       D:CO₂

         或  A:Na₂SO₃     B:NaHSO₃     C:NaOH       D:SO₂

8、、NaHCO₃和Na₂CO₃的混合物100g和20gNaOH固體混合物加熱，充分反應后冷卻稱量，剩余固體質(zhì)量為108g，求原混合物中Na₂CO₃的質(zhì)量分數(shù)是多少？

     [解]：設20gNaOH與足量NaHCO₃反應減少質(zhì)量為x，消耗NaHCO₃質(zhì)量為y

          

         因為 ，所以肯定有過量的NaHCO₃分解。

         設：分解的NaHCO₃為m

           

 

     

      

     

        答：（略）。

9、現(xiàn)有 和 的混合物，為了測定x的值，某同學采用如下圖裝置進行實驗：

 

 

 

 

（1） A的裝置的作用是 _____________________________

（2） B的裝置的作用是 _____________________________

（3） C的裝置的作用是 _____________________________

      （4）若在試管A中裝入 和 的混合物3.7g，用酒精燈加熱到反應完全，此時B管增重1.89g，C管增重0.22g，則x值為 ______ 。

      [解]：（1）加熱使 失去結(jié)晶水，使 分解。

          （2）吸收反應中生成的水。

          （3）吸收CO₂。

          （4）

              

              

              

        答：（略）。

10、向5.68gCaCO₃和MgCO₃組成的混合物中加入足量的鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入500mL 0.2mol/L NaOH 溶液中，CO₂完全被吸收，NaOH無剩余，把吸收CO₂后的溶液在減壓低溫條件下蒸干，得無水固體5.92g。求混合物質(zhì)MgCO₃的質(zhì)量分數(shù)。

     [解]：0.1mol NaOH全部轉(zhuǎn)變成Na₂CO₃,則

          0.1mol NaOH全部轉(zhuǎn)變成NaHCO₃， 則

     因為 ，所以5.92g固體為 和 的混合物。

         

         

        

         

         

        

        

      答：（略）。

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