金属钠及其化合物知识归纳和巩固之三——碱金属
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金属钠及其化合物知识归纳和巩固 三、碱金属元素 知识点精析 I:碱金属元素的原子结构 相同点:次外层8个电子(Li是2个);最外层1个电子。 不同点:核电荷数增加,电子层数增多,原子半径增大。 II:碱金属单质的物理性质 相同点:均为银白色(铯略带金色光泽),轻(其中锂、钠、钾比水还轻) 软金属,低熔点,导电,导热。 不同点:随着原子序数的递增,密度逐渐增大(但ρNa>ρK),硬度变小,熔沸点降低。 III:碱金属单质的化学性质 相同点:均与卤素、硫、氧气、水等反应。 不同点:在氧气中燃烧时:Li的生成物一般是Li2O,Na的生成物是Na2O2,而K、Rb、Cs等生成过氧化物或超氧化物;在与水反应时:Li较剧烈,Na剧烈,K更剧烈并轻微爆炸,Rb很猛烈并爆炸,Cs更猛烈并爆炸。 注意: (1)Li与水反应时不熔化,且生成的氢氧化锂溶解度较小,阻碍反应的进行。 (2)碱金属元素所对应的碱(MOH)均为可溶性强碱,碱性从LiOH到CsOH依次增强。 (3)碱金属氧化物(M2O)是碱性氧化物。过氧化物(M2O2)和超氧化物(MO2)都不是碱性氧化物,与酸反应除生成盐和水外,还放出氧气。2K2O2+4HCl===4KCl+2H2O +O2↑ 4KO2+4HCl===4KCl+2H2O +3O2↑ 综上所述:物质的结构决定性质,性质反映结构。结构相似,性质相似;结构不相似,性质差异大。 IV:碱金属单质的保存 碱金属单质化学性质十分活泼,所以碱金属元素均以化合态存在于自然界中。碱金属元素的性质非常活泼,常温下易和氧气、水等反应,所以碱金属单质单质保存时必须隔绝空气和水。如钠、钾、铷、铯保存于煤油中。由于锂的密度小于煤油的密度,将锂放入煤油会浮在液面上,起不到保护作用,因此锂不保存在煤油中,一般浸没在液态石蜡里。 V:碱金属的氢化物 碱金属跟氢气发生反应,生成碱金属氢化物,它们都是离子化合物,其中氢以H-形式存在,显-1价。 碱金属的氢化物是强还原剂。在较高的温度下,它们能从熔融盐中将金属还原出来。例如在400℃时,NaH能够把TiCl4还原成Ti;NaH可用于铁制品的除锈;碱金属氢化物常用来还原某些有机物,如将醛、酮、羧酸还原为醇,将硝基还原为氨基。 碱金属氢化物与水反应放出氢气。MH+H2O ==MOH + H2↑,1千克氢化锂与水反应可以放出2800L氢气。因此,氢化锂可以看做是储藏氢气的“仓库”,常用于军事上和其他需要氢气的地方,比如在航空航天上可以作为燃料电池的原料。 VI:焰色反应 1. 定义:某些金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色,这在 2
化学上叫做焰色反应。 2. 焰色反应原理: 灼烧某些金属或它们的化合物时,核外电子获得能量被激发,被激发后的电子不稳定,又恢复到原来状态,以光的形式释放能量,此乃元素的性质,与价态无关。原子结构不同,发出的光波长就不同,所以各种金属的焰色各不相同,该过程中无新物质生成,故不是化学变化,而是物理变化。 3. 焰色反应的操作步骤 (1)点燃酒精灯。 (2)铂丝在酒精灯上灼烧至火焰呈原色,如有色蘸盐酸再烧,直至与原来的火焰颜色相同为止。 (3)铂丝蘸取固体或溶液灼烧、观察。(若是钾元素,应通过蓝色钴玻璃,滤去遮盖紫色的黄光。) (4)铂丝用稀盐酸洗净,在火焰上灼烧至原色,放好。 注意:焰色反应的操作应注意下列几个问题: ①所用火焰本身的颜色要浅,以免干扰观察。 ②蘸取待测物的金属丝本身在火焰上灼烧时,应无颜色,同时熔点要高,不易被氧化。用铂丝效果最好,也可用铁丝、镍丝、钨丝等来代替铂丝。但不能用铜丝,因为它在灼烧时有绿色火焰产生。 ③金属丝在使用前要用稀盐酸将其表面的氧化物洗净,然后在火焰上灼烧至无焰色,以除去能起焰色反应的少量杂质。 ④观察钾的焰色时,要透过蓝色的钴玻璃片。因为钾中常混有钠的化合物杂质,蓝色钴玻璃可以滤去黄色火焰,以看清钾的紫色火焰。 4. 钠、钾等金属的焰色 K(K+)紫色(透过蓝色钴玻璃),Na(Na+)黄色,Cu(Cu2+)绿色, Ca(Ca2+)砖红色。 VII:钾肥和从草木灰中提取钾盐 1. 土壤中的钾元素多以矿物形式存在,如云母、正长石等。通常使用的钾肥主要有KCl、K2SO4、K2CO3等钾盐。钾在这些盐中均以离子存在,易被农作物吸收,所以这些钾肥都是速效的,但是这些盐易溶于水,在使用时要防止雨水淋失。 2. 从草木灰中提取钾盐 草木灰的主要成分是K2CO3,可分四个步骤提取: (1)溶解;(2)过滤;(3)蒸发;(4)冷却结晶。 解题方法指导 题型1 考查碱金属化合物的性质 [例1] 某K2CO3样品中含有Na2CO3、KNO3、Ba(NO3)2三种杂质中的一种或两种。现将13.8g样品加入足量水中,样品全部溶解。再加入过量的CaCl2溶液,得到9克沉淀,对样品所含杂质的正确判断是( ) A.肯定有KNO3 B.肯定有KNO3,可能还含有Na2CO3
C.肯定没有Ba(NO3)2,可能有KNO3 D.肯定没有Na2CO3和Ba(NO3)2
解析:固体能溶于水,说明固体中肯定没有硝酸钡,因为如果有会与碳酸钾生成沉淀 如果碳酸钾是纯净的,那么 K2CO3+CaCl2=CaCO3 ↓+2KCl 138 100 3
13.8 x x=10g 将产生10g碳酸钙沉淀 如果全是碳酸钠的话 Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl 106 100 13.8 y y≈13g 若含有碳酸钠则得到沉淀的质量应该大于10g小于13g,而实际只得到9g,故不可能含有碳酸钠,一定含有硝酸钾,观察选项,故选A、D.
题型2 检验锂的性质 [例2] 关于锂的结构和性质的判断,错误的是( ) (1)与水反应比钠剧烈 (2)它的原子半径比钠小 (3)它的氧化物暴露在空气中易吸收二氧化碳 (4)它的阳离子最外层电子数和钠相同 (5)它是还原剂 A. 只有(1) B. (3)和(5) C. (2)和(3) D. (1)和(4)
题型3 检验碱金属的性质递变规律 [例3]以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述不正确的是( ) ①氢氧化物中碱性最强的是CsOH ②单质熔点最高的是铯 ③它们都是热和电的良导体 ④它们的密度依次增大,且都比水轻 ⑤它们的还原性依次增强 ⑥它们对应离子的氧化性也依次增强 A.①③ B.②⑤ C.②④⑥ D.①③⑤ 解析:从碱金属元素的原子结构入手,把握其单质及化合物的化学性质。随着核电荷数增多,碱金属原子半径增大,失电子的能力增强,其还原性增强,对应离子的氧化性减弱。根据碱金属单质物理性质变化规律,它们的熔点逐渐降低,密度逐渐增大,但钾却反常,密度小于钠。
题型4 有关碱金属单质及其氧化物的计算 [例4] 由某碱金属(R)及其氧化物(R2O)组成的混合物4.0g与水充分反应,蒸发,结晶得到干燥的固体5.0g。试通过计算确定该金属元素的名称 。
解析:设R的相对原子质量为a (1)设:4.0g都是碱金属(R)则有: R- --------- ---ROH---▲m a 17g 4.0 (5.0g-4.0g) 解得 a=68 (2)设4.0g都是碱金属的氧化物(R2O)则有; R2O-----------2ROH------▲m (2a+16) 18g 4.0 (5.0g-4.0g) 4
解得:a=28 因为:Li——7;Na——23;K——39;Rb——85;Cs——133 那么碱金属的相对分子质量就是在28~68之间 所以碱金属只能是K 蒸发反应后的溶液,得到5.0g无水晶体。 题型5 综合考察钾及化合物的性质 [例5] 现有A、B、C、D四种化合物,透过蓝色钴玻璃其焰色反应均为紫色,A、B、C和盐酸发生反应后,均得到D;将固体C加热可得到A;若在A的溶液中通入一种无色无味气体,可制得C,若B与C的溶液混合可制得A;推断:A为 ;B为 ;C为 ;D为 。写出有关反应的化学方程式 。
解析:根据“焰色反应均为紫色”可知四种化合物均含有钾元素;A、B、C都和盐酸反应并生成D,推知它们可能是KOH、K2O、K2CO3、KHCO3等,D为KCl。固体C加热可得A,说明其热稳定性差,可能为KHCO3,在A的溶液中通入无色无味的气体,可得C,则A有可能为K2CO3,气体为CO2,C可能为KHCO3。如果B与C的溶液混合可得A,则B可能是KOH,进一步证实A为K2CO3。 答案:K2CO3 KOH KHCO3 KCl
基础达标演练 1. 某物质燃烧时,焰色为黄色,下列判断正确的是( ) A. 该物质一定是钠的化合物 B. 该物质中一定含有钾元素 C. 该物质一定是金属钠 D. 该物质中一定含有钠元素 2. 跟水反应最剧烈的碱金属是( ) A. Li B. Na C. K D. Rb 3. 把一小块金属钾投入硫酸铜溶液中,生成物有( ) A. Cu和K2SO4 B. Cu、K2SO4和H2 C. K2SO4、Cu(OH)2和H2 D. Cu、KOH和H2 4. 钾和钠的性质相似,下列说法中能较好地解释这个事实的是( ) A. 最外层电子数相同 B. 都是金属元素 C. 原子半径相差不大 D. 最高化合价相同 5. 下列关于铯及其化合物的说法,不正确的是( ) A. 氢氧化铯是一种强碱 B. 铯与水或酸反应剧烈,都能放出氢气 C. 碳酸铯加热可生成氧化铯和CO2 D. 铯与氧气反应的产物很复杂 6. 把7.4g小苏打和Na2CO3·10H2O组成的混合物溶于水制成100mL溶液,其中c(Na+)=0.6mol/L。若将等质量的该混合物加热至恒重,则该混合物的质量减小了( ) A. 2.12g B. 3.18g C. 4.22g D. 5.28g
解析:混合物加热至恒重时,残留物质的是Na2CO3,Na+的物质的量:0.6mol·L×0.1L=0.06mol,相当于0.03mol的Na2CO3,残留固体的质量是:106g/mol×0.03mol=3.18g。故答案选C。 7. 以下关于铷的叙述,不正确的是( ) ①铷的密度比钠大,熔点比钠高 ②与冷水不反应,与热水反应放出氢气 ③铷盐大多数都易溶于水 ④铷的原子半径和离子半径都分别比钠大