化學(xué)奧賽考試指導(dǎo):堿金屬元素基礎(chǔ)

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鋰3Li,鈉11Na,鉀19K,銨口37Rb,銫55Cs,鈁87Pr
    一、鈉
    1、鈉的物理性質(zhì);
    銀白色,金屬光澤,密度小0.9克/厘米3(原子半徑較大,原子體積大)
    熔點低,硬度小(每個原子只有1個電子參加金屬鍵,在晶體中原子之間的引力較小)
    97.8°C
    導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好(參加金屬鍵的是電外層的電子,核對其引力很小)。
    2、化學(xué)性質(zhì):活潑性極高的金屬,是強(qiáng)還原劑。
     (1)非金屬:4Na+O2 2Na2O (在空氣中迅速變暗)
     2Na+O2 Na2O2 (空氣中燃燒)
     2Na+Cl2 = 2NaCl (發(fā)火燃燒)
     2Na+S = Na2S (甚至爆炸)
     2Na+H2 2NaOH
     (2)劇烈反應(yīng)。
    2Na+2H2O = 2NaOH+H2↑
     保存在煤油里,跟空氣和水隔絕。
     (3)酸:反應(yīng)猛烈,能發(fā)火燃燒。
     2Na+2H+ = 2Na++H2↑
     (4)鹽:由于鈉具有強(qiáng)還原性而且容易制取,常被用作金屬還原劑。
     4Na+TiCl4 Ti+4NaCl
     (5)鈉跟醇、酚,羧酸反應(yīng),轉(zhuǎn)換出氫,生成醇鈉,酸鈉和羧酸鈉,表現(xiàn)強(qiáng)還原性。
     (堿金屬Ca,Sr,Ba 均易溶于液氨中)
    3、制備、用途。
     (1)制法:由于鈉的性質(zhì)很活潑,所以它在自然界里不能以游離態(tài)存在,只能以化合態(tài)存在,主要以NaCl形式存在
    2NaCl 2Na + Cl2↑
     陰極 陽極
     (2)用途:可用于制過氧化鈉。
    鈉和鉀的合金(50~80%鉀)在高溫時是淳態(tài),是原子反應(yīng)堆的導(dǎo)熱劑。
    強(qiáng)還原劑:把鈦,鋯,鈮,鉭等金屬從它們的熔融鹵化物里還原出來,電光源上,高壓鈉燈發(fā)出的黃光射程遠(yuǎn),造霧能力強(qiáng),對道路平面的照度比高壓水銀燈高幾倍。
    二、鈉的重要化合物
    1、鈉的氧化物
     (1)氧化鈉(Na2O)
     Na2O+H2O = 2NaOH;
     Na2O+CO2 = Na2CO3;
     Na2O+H2SO4 =Na2SO4+H2O.
     (2)過氧化鈉(Na2O2)
     淡黃色固體 離子化合物O-1
    a、與水,酸,二氧化碳的作用:
     2Na2O2+2H2O = 4NaOH+O2↑;2Na2O2+2H2SO4+2H2O+O2↑;2Na2O2+2CO2 = 2Na2CO3+O2↑.
    b、氧化劑,可用來漂白織物,麥稈,羽毛等。
    c、用途:
     氧化劑,漂白劑,氧氣發(fā)生劑(防毒面具,高空飛行,潛艇中的CO2吸收劑和共氧劑)。
    2、氫氧化鈉
     (1)氫氧化鈉的性質(zhì):
    白色固體,熔點較低,易溶于水,溶于水時放出大量熱,在空氣中容易吸濕潮解,新固體NaOH是常用的干燥劑,NaOH是強(qiáng)堿,具有堿類通性。
     NaOH = Na+ + OH-;2OH- + CO2 = CO32- + H2O;OH- + H+ = H2O;OH- + Mg2+ = Mg(OH)2↓;
    2Al+2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2+3H2↑;Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2↑;SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O(緩慢)
    ∴盛NaOH溶液的瓶子應(yīng)該用橡膠塞,而不能用玻璃塞。
     (2)氫氧化鈉的用途。
     重要的化工原料之一,在工業(yè)上應(yīng)用廣泛,石油,造紙,肥皂,紡織,印染等工業(yè)都大量便用。
     (3)制法。
    a、工業(yè):電解飽和食鹽水。
     2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
     陰極 陽極
    b、實驗室:
     Na2CO3+Ca(OH)2 = CaCO3↓+2NaOH
    3、硫酸鈉
     Na2SO4·10H2O 芒硝,我國盛產(chǎn)芒硝。
    制玻璃,造紙(制染)的重要原料,也用在染色,紡織,制水玻璃等工業(yè)上,醫(yī)藥上緩瀉劑,主要頒鹽湖,海水里。
    4、碳酸鈉和碳酸氫鈉。
     Na2CO3
     NaHCO3
    俗名
     純堿,蘇打
     小蘇打
    性狀
     白色粉末(Na2CO3·10H2O,白晶,易失水)
    易溶于水
     白色晶體
    溶解度較
    熱穩(wěn)定
     加熱難分解(鑒別)
    (85°C以上)
     受熱易分解
    2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑
    與酸反應(yīng)
     CO32-+2H+ = CO2↑
     HCO3-+H+ = H2O +CO2↑(塊)
    水解性
     CO32-+H2O⇌HCO3-+OH-強(qiáng)堿性
     HCO3-+H2O⇌H2CO3+OH-弱堿性
     (用途見書)
     純堿的工業(yè)生產(chǎn):
     NaCl+NH3+CO3+H2O = NaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑
     三、堿金屬
     1、在元素周期表中位置,原子結(jié)構(gòu)特驅(qū);
     Li
     Na
     K
     Rb
     Cs
     ※Rr
    族
     IA族
    周期
     2
     3
     4
     5
     6
    外圍電子特征特型
     2S′
     3S′
     4S′
     5S′
     6S′
    相似點
     最外層只有一個電子⇒
    不同點
     電子層數(shù)依次增多,原子 金屬性磁強(qiáng)
    半徑依次增大,原子核對⇒
    最外層電子的引力依次減小 堿性增強(qiáng)
     2、堿金屬的物理性質(zhì)。
     它們的晶體都是具有銀白色,密度小、硬度小的熔點,沸點低的金屬晶體,導(dǎo)熱,導(dǎo)電能力強(qiáng)。
     3、堿金屬的化學(xué)性質(zhì):
     (1)與氧氣反應(yīng):
     a、常溫下空氣中氧化4M+O2 =2M2O
     b、過量氯氣大燃燒4Li+O2 = 2LiO,2Na+O2 = Na2O2(KO2,超氧化鉀,MO3具氧化物)Rb,Cs能自燃。
     (2)與水反應(yīng)
    2M+2H2O = 2MOH+H2↑
     Li
     Na
     K
     Rb
     Cs
    現(xiàn)象
     不熔化
     熔化
     燃燒(輕爆)
     爆炸
     爆炸
    程度
     劇烈程度依次增強(qiáng)
    2M+2NH3(t)= 2 MNH2+H2↑氨基化物
     4、堿金屬的鹽。
     a、多數(shù)是無色或白色固體,一般都能溶于水。
     b、常見的鈉鹽和鉀鹽相比較,常溫下有不少的鈉鹽比鉀鹽的溶解度更大些,潮解性更強(qiáng)些,(制大藥用KNO3而不用NaNO3),含結(jié)晶水的鈉鹽也比鉀鹽多些。
     c、各種鉀鹽(KCl,K2SO4,K2CO3)可作鉀肥。易溶水,K+易被作物吸收——速效(注意雨水淋失),土壤里鉀的含量并不少,但大部分以鉀的礦物形式存在,難溶于水,作物不能吸收利用。只有長期風(fēng)化才能逐步轉(zhuǎn)化為作物可以吸收的水溶性的鉀的化合物。
    因此,土壤里的鉀常常不能滿足作物生長的需要,往往要施用鉀肥加以補(bǔ)充。
    5、用途:
    Li:制備有機(jī)化學(xué)工業(yè)上的催化劑,多種合金,高強(qiáng)度玻璃,制熱極反應(yīng)的材料氟。
    Rb,Cs:光電管(在普通光的照射下能夠放電子。)