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4碱金属元素
碱金属元素
1.钠及其化合物的转化关系
2.碱金属元素的相似性和递变性
Li、Na、K、Rb、Cs、Fr
相似性
差异性
原子结构及元素性质
最外层电子数1
易失电子,金属性强
最高化合价+1价
核电荷数依次增大,原子半径依次增大
失电子能力依次增强,金属性依次增强
有不同的焰色反应
单质的
物理性质
颜色:
银白色
硬度:
柔软
密度:
轻金属
熔、沸点:
较低
铯略有金色
硬度依次减小
密度增大,但K比钠小,反常。
熔沸点依次降低
单质的
化学性质
强还原性
与非金属单质化合
与H2O反应生成MOH+H2
还原较不活泼的金属
活泼性依次增强Li—Li2O;
与O2的燃烧产物:
Na—Na2O2;
K、Rb、Cs更复杂
与水反应剧烈程度依次增大
氧化物及其水化物
M2O都是易与水反应的碱性氧化物,水化物都是强碱
MOH的碱性依次增强
物质
比较
Na2O
Na2O2
属类
碱性氧化物
过氧化物
颜色、状态
白色固体
淡黄色固体
氧元素价态
-2价
-1价
稳定性
不稳定
较稳定
化学
与水反应
Na2O+H2O=2NaOH
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
性质
与CO2反应
Na2O+CO2=Na2CO3
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑
3.氧化钠和过氧化钠的比较
化学式
NaHCO3
Na2CO3
属类
酸式盐
正盐
俗名
小苏打
纯碱、苏打
颜色、状态
细小的白色晶体
白色粉末
热稳定性
不稳定,受热易分解
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
稳定,加热不易分解
溶解性
接近易溶,溶解度比Na2CO3小
易溶于水
与酸反应
迅速放出大量气体
HCO3ˉ+H+=H2O+CO2↑
放出气体相对较缓和
酸不足:
CO32ˉ+H+=HCO3ˉ
酸足量:
CO32ˉ+2H+=H2O+CO2↑
与碱反应
生成正盐HCO3ˉ+OHˉ=CO32ˉ+H2O
不反应
与CO2反应
不反应
Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
水解
水解程度小,溶液碱性弱
HCO3ˉ+H2OH2CO3+OHˉ
水解程度大,溶液碱性较强
CO32ˉ+H2OHCO3ˉ+OHˉ
用途
作发酵粉成分,治疗胃酸过多症
广泛用于玻璃、制皂、造纸、纺织等工业,也用于制其它钠化合物
相互转化
HCO3ˉCO32-
鉴别
加热(固体)看有无气体生成;加酚酞(等浓度稀溶液)看红色深浅;加CaCl2稀溶液看有无沉淀
4.碳酸氢钠和碳酸钠
(一)碱金属元素:
元素周期表中IA族元素(除H外)称为碱金属,包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)。
由于它们的氢氧化物(MOH)均易溶于水,呈强碱性,因而统称碱金属。
碱金属是典型的活泼金属,在自然界没有单质存在,只能由人工(一般用电解法)制取。
钠是碱金属的代表物,以钠为参照物,根据递变关系可以推论出其它碱金属的主要性质。
碱金属不仅是有关金属性质理论学习和研究的典型物,在实际生产上也有重要用途。
如钠可用于制取Na2O2等重要化合物,可用作冶炼钛、锆、铌、钽等金属的还原剂,可用于制高压钠灯,钠、钾合金可用作原子反应堆的导热剂。
(二)金属钠
1.钠的化学性质
钠的化学性质很活泼,易失去电子被氧化,表现出强还原性:
Na–eˉ=Na+
(1)Na跟非金属(如Cl2、S、O2等)发生化合反应
2Na+O2Na2O2(淡黄色)
Na+S=NaS(反应剧烈,可能爆炸)
(2)Na跟水、酸、醇发生置换反应
2Na+2H2O==2NaOH+H2↑(剧烈)离子方程式:
2Na+2H2O=2Na++2OHˉ+H2↑
2Na+2C2H50H→2C2H5ONa+H2↑(平稳)
(3)Na与盐溶液反应。
一般不跟溶液中金属离子作用,而是与水反应。
必须考虑其产物(NaOH)与金属离子间的作用。
例如,钠与硫酸铜溶液的反应,可认为是两步反应:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑;2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu(OH)2↓
也可合并写为总反应方程式:
2Na+2H2O+CuSO4=Na2SO4+Cu(OH)2↓+H2↑
钠与硫酸铜溶液反应的现象为:
钠块浮于液面,熔成闪亮的小球,四处游动,放出气体并逐渐消失(以上现象与钠跟水的反应现象相同);溶液中则产生蓝色絮状沉淀。
(4)Na还原其它金属4Na+4TiCl4Ti+4NaCl(工业制钛);
2.钠的存在、保存、制备
在自然界中,钠元素只能以化合态存在。
主要存在形式有NaCl及Na2SO4、Na2CO3、NaNO3等。
金属钠是人工制取的。
制取原理:
2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
实验室中通常将钠保存在煤油里,以使其与空气隔绝。
这是利用钠比煤油密度小,且不溶于煤油,也不与煤油反应的性质。
(三)过氧化钠(Na2O2)
1.Na2O2是浅黄色的固体。
其主要反应为:
(1)与水反应:
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
(2)与二氧化碳反应:
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2↑
(3)与酸反应:
2Na2O2+2H2SO4=2Na2SO4+2H2O+O2↑
(4)氧化性:
过氧化钠(或其它过氧化物如过氧化氢、过氧化钾等)有强氧化性,不但可以氧化常见的还原性物质还可以起漂白、杀菌作用。
2.Na2O2的用途:
过氧化钠常用作生氧剂和漂白剂。
(四)NaOH
NaOH是最重要的常用碱。
实验室使用强碱时一般用NaOH。
工业上广泛用于制肥皂、造纸、纺织、印染等。
1.NaOH的重要理化性质
(1)白色固体,易潮解,易溶于水,溶解时放出大量热,有很强的腐蚀性。
(2)强吸水性,可用作干燥剂。
为防吸水后结块,常和CaO混合制成“碱石灰”。
(3)强碱,俗称火碱、烧碱、苛性钠。
具有碱的通性。
对玻璃有腐蚀作用。
2.NaOH的主要反应
(1)与酸碱指示剂作用;
(2)与酸或酚发生中和反应;(3)与酸性氧化物如SO2、SO3、CO2、SiO2、P2O5等反应;(4)与两性物质如Al、Al2O3、Al(OH)3等反应;(5)与盐类发生复分解反应,如与铵盐反应生成NH3,与MgCl2等一些盐反应生成氢氧化物沉淀,与酸式盐反应生成正盐等;(6)与多种非金属单质(如Cl2)反应;(7)在有机反应中作催化剂或反应物,例如卤化烃的水解反应、卤代烃的消去反应、酯类的水解反应、油脂的皂化反应等。
3.有关NaOH(及其它强碱)的实验问题
(1)防止对玻璃的腐蚀。
保存的试剂瓶不能用磨口玻璃塞;酸式滴定管、分液漏斗等有玻璃活塞的仪器一般避免与碱液接触;制取氨气用熟石灰而不用NaOH;制甲烷时要加入多量的石灰稀释NaOH;熔化固体NaOH要选金属铁、镍等金属质料的坩埚而不选用玻璃、陶瓷等硅酸盐质料的坩埚。
(2)注意其潮解性。
取用后应随时塞(盖)瓶口;保存应注意密封;称量时应放在玻璃器皿中而不是常规的垫纸的方法。
(3)注意安全。
NaOH对肌肤有很强的腐蚀性,应尽量避免与皮肤直接接触,万一碱溶液溅到皮肤上,应立即用大量水冲洗,然后再涂上硼酸溶液。
如果溅到眼睛中应立即用大量水冲洗,并急送医务室治疗。
4.NaOH的工业制备:
①电解饱和食盐水2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH
②Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH
(五)Na2CO3和NaHCO3
1.Na2CO3的工业制法:
把CO2通入饱和了氨和食盐的溶液中
NaCl+NH3+CO2+H2O==NaHCO3(结晶)+NH4Cl
然后加热过滤出的NaHCO3晶体
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
“侯氏制碱法”的发明人是中国化学家侯德榜。
产品为纯碱和NH4Cl。
2.碳酸及碳酸盐的热稳定性规律。
(1)正盐>酸式盐>H2CO3(盐含同种金属阳离子),如稳定性Na2CO3>NaHCO3>H2CO3。
(2)IA族碳酸盐>IIA族碳酸盐,如Na2CO3>CaCO3。
3.正碳酸盐和酸式碳酸盐的溶解性
IA族碳酸盐的溶解性:
正盐>酸式盐,如Na2CO3>NaHCO3。
IIA族碳酸盐的溶解性:
酸式盐>正盐,如Ca(HCO3)2>CaCO3。
(六)焰色反应
1.实验操作要领:
①所用火焰应该无色。
所用金属丝本身没有明显焰色。
②铂丝(或其代用品)要洗干净,以避免其它离子的干扰。
用盐酸洗涤,灼烧,并反复多次,直至火焰变为无色。
③检验K+时要透过蓝色钴玻璃片观察焰色。
2.焰色反应不属于化学反应;焰色是元素的性质,一种元素的游离态和化合态都具有同样的焰色反应。
(七)碱金属中的某些特殊性
1.钠、钾等常浸于煤油中保存,但锂的密度比煤油小,不能用煤油保存。
可浸于密度更小的油中或用石蜡封存。
2.随相对原子质量的增加,碱金属密度增大,但钾的密度比钠小。
3.碱金属在足量氧气中燃烧生成过氧化物或更复杂的氧化物,但Li与O2反应只能生成正常的氧化物Li2O。
4.较活泼金属能把较不活泼金属从它们的盐溶液中置换出来,但碱金属不能。
而是首先与水反应。
【命题战略】
高考经典聚焦
一、选择题(每小题有1-2个选项符合题意)
1.在允许加热的条件下,只用一种试剂就可以鉴别硫酸铵、氯化钾、氯化镁、硫酸铝和硫酸铁溶液,这种试剂是(2003年•江苏)
A.NaOHB.NH3·H2OC.AgNO3D.BaCl2
2.按图4-1装置持续通入x气体,并在管口P处点燃,实验结果使澄清的石灰水变浑浊;则
x、Y可以是(1993·全国)
A.H2和NaHCO3B.CO和Na2CO3
C.CO和CuOD.H2和Fe2O3
3.下列灭火剂能用于扑灭金属钠着火的是(1996·上海)
A.干冰B.黄沙
C.干粉(含NaHCO3)灭火剂D,泡沫灭火剂
4.在10mL0.01mol·L-1的纯碱溶液中.不断搅拌并逐滴加入
1.2mL0.05mol·L-1HCl,完全反应后在标准状况下生成二氧化碳的体积为(1998·上海)
A.1.344mLB.2.240mL
C.0.672mLD.0mL
5.用1L1.0mol·L-1NaOH溶液吸收0.8molCO2所得溶液中的CO32ˉ和HCO3ˉ的物质的量浓度之比约是(2000春·京皖)
A.1∶3B.1∶2C.2∶3D.3∶2
6.碱金属与卤素所形成的化合物大都具有的性质是:
①高沸点②能溶于水③水溶液能导电④低熔点⑤熔融状态不导电(2001·上海)
A.①②③B.③④⑤C.①④⑤D.②③⑤
二、非选择题
7.(1994·全国)现有一定量含有Na2O杂质的Na2O2试样,请从图4-2中选用适当的实验装置,设计一个最简单的实验,测定Na2O2试样的纯度(可供选用的反应物只有CaCO3固体,6mol·L-1HCl和蒸馏水)。
请填写下列空白:
(1)写出实验中Na2O2和
Na2O分别发生反应的化学
方程式_____________
(2)应选用的装置是(只要求
写出图中装置的标号)________________。
(3)所选用装置的连接顺序应是_________________(填各接口的字母,连接胶管省略)。
8.(1997·上海)某课外活动小组学生模拟呼吸面具中的原理(过氧化钠与潮湿二氧化碳反应),设计用图4-3所示仪器
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