1、1碱金属元素人们把锂、钠、钾、铷、铯等叫作碱金属，放在一起研究，是由于它们之间存在某种内在的联系。这种内在的联系是什么呢？下面我们将从它们的结特征和性质等来进行探讨。一碱金属元素的原子结构和碱金属的性质碱金属是一类化学性质非常活泼的金属，因此，它们在自然界中都以化合态存在，碱金属的单质都由人工制得。表 21 中给出了碱金属元素的主要物理性质。表 21 碱金属的主要物理性质元素名称元素符号核电荷数颜色和状态密度 gcm -3熔点 沸点 锂 Li 3 银白色，柔软 0.534 180.5 1347钠 Na 11 银白色，柔软 0.97 97.81 882.9钾 K 19 银白色，柔软 0.86 6
2、3.65 774铷 Rb 37 银白色，柔软 1.532 38.89 688铯 Cs 55 略带金色光泽，柔软 1.879 28.40 678.4 密度是指常温时的数据。2由表 21 可以看出，碱金属除铯略带金色光泽外，其余的都是银白色。碱金属都比较柔软，有展性。碱金属的密度都较小，尤其是锂、钠、钾。碱金属的熔点都较低，如铯在气温稍高时就是液态。此外，碱金属的导热、导电性能也都很强。由表 21 的数据分析中还可得到一些规律性的知识：随着碱金属元素核电荷数的增加，它们的密度呈增大趋势，熔点和沸点逐渐降低。我们再来分析碱金属元素的原子结构情况。表 22 碱金属元素的原子结构元素名称元素符号核电荷数
3、电子层结构原子半径nm锂 Li 3钠 Na 11钾 K 19铷 Rb 37铯 Cs 55锂、钠、钾等金属的原子半径，是指固态金属里 2 个邻近原子核间距离的 1/2。3由表 22，我们也可以得出一些规律性的知识：碱金属元素的原子，其最外电子层上都只有 1 个电子，随着核电荷数的增多，它们的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。根据上述事实，我们可以作如下推论：第一，元素的性质与原子最外电子层中的电子数目有密切关系。碱金属元素原子的最外层上都只有 1 个电子，因此，可以推论它们具有相似的化学性质。如果以钠作为参照物，可以预测锂、钾、铷、铯等碱金属也能与氧气等非金属以及与水等起反应。第二，由于随着核
4、电荷数的增加，碱金属元素原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，因此，碱金属元素的原子失去最外电子层中电子的能力逐渐增强。也就是说，碱金属元素的性质也具有差异性，从锂到铯，它们的金属性逐渐增强。因此，钾、铷、铯与氧气或水的反应，将比钠更剧烈。上述这些推论是否正确，需要通过实验和事实进行论证。1碱金属与非金属的反应【实验 29】取一小块钾，擦干表面的煤油后，放在石棉网上稍加热（图 214 ）。观察发生的现象，并跟钠在空气中的燃烧现象进行对比。同钠一样，钾也能与氧气起反应，而且反应比钠的更剧烈。大量实验证明，碱金属都能与氧气起反应。锂与氧气的反应不如钠剧烈，生成氧化锂：4Li O 2 2Li2O
5、4在室温时，铷和铯遇到空气就会立即燃烧。钾、铷等碱金属与氧气反应，生成比过氧化物更复杂的氧化物。除与氧气反应外，碱金属还能与氯气等大多数非金属起反应，表现出很强的金属性，且金属性从锂到铯逐渐增强。2碱金属与水的反应【实验 210】在一个盛有水的锥形瓶里滴入几滴酚酞试液。取像黄豆那样大小的一小块钾，擦干表面的煤油后放入锥形瓶里，迅速用玻璃片盖好（图 215 ）。观察所发生的现象，并跟钠与水的反应现象进行对比。反应完毕后，取下玻璃片，迅速将燃着的小木条靠近锥形瓶口，检验反应所生成的气体。实验证明，同钠一样，钾也能与水起反应生成氢气和氢氧化钾。钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈，反应放出的热可以使生成
6、的氢气燃烧，并发生轻微的爆炸，证明钾比钠的金属性更强。2K2H 2O2KOHH 2大量实验还证明，碱金属都能与水起反应，生成氢氧化物并放出氢气。例如，铷、铯与水的反应比钾与水的反应还要剧烈。它们遇水立即燃烧，甚至爆炸。上面实验及大量事实都证明，前面所作的推论是合理的，也是正确的。题型示例一：碱金属元素性质的相似性和递变性及焰色反应例 1：下列叙述正确的是（ ）A.碱金属性质相似均为银白色金属B.按原子序数增加则碱金属的密度依次增大C.钠可保存在煤油中而锂不能D.碳酸氢盐的溶解度大于其正盐的溶解度1）相似性：碱金属元素在结构上的相似性，决定了锂、钠、钾、铷、铯在性质上的5相似性，碱金属都是强还原
7、剂，性质活泼。具体表现在都能与 、 、水、稀酸溶液2OCl反应，生成含 （ 为碱金属）的离子化合物；他们的氧化物对应水化物均是强碱；R2）递变性：随着原子序数的增加，电子层数递增，原子半径渐大，失电子渐易，还原性渐强，又决定了他们在性质上的递变性。具体表现为：与 反应越来越剧烈，2产物越来越复杂，与 反应越来越剧烈， 随着核电荷数的增强，其最高价氧化2HO物对应的水化物的碱性增强： 。CsRbHKONaLiH【变式训练 1】某碱金属 0.575g 与足量水反应，得到标准状况下 280mL 氢气，则该金属的相对原子质量是 （ ）A23 B39 C85 D 133 有关碳酸钠的题型整理一、知识结构
8、体系及要注意的几点问题1. Na2O 的稳定性要小于 Na2O2，所以 Na2O 在加热情况下与 O2 反应变成 Na2O22. NaHCO3 溶解度 Na2CO3 溶解度，所以向饱和 Na2CO3 溶液中通 CO2 会析出NaHCO3 晶体3. NaHCO3 受热易分解，Na 2CO3 则不易4. 有时向 Na2O2 固体上滴加酚酞试液，开始变红，后来褪色，那是因为 Na2O2 的强氧化性和漂白作用5. 将 Na2CO3 溶液逐滴加入稀盐酸中，马上就会释放出气体。6Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2，而将稀盐酸逐滴加入 Na2CO3 溶液中则开始无气泡，后来产生气泡。Na 2
9、CO3+HCl=NaHCO3+NaCl NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2可利用这种正反滴加来鉴别盐酸与 Na2CO36. NaOH 与 NaHCO3 不能共存，无论混溶于水或加热，首先考虑二者之间的反应 NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O7. 向 Na2CO3 与 NaOH 的混合溶液中逐滴滴加稀盐酸，首先考虑HCl+NaOH=NaCl+H2O 再考虑 58. 碱金属从 LiRb 熔沸点逐渐降低9. 焰色反应为物理变化而不是化学变化，它体现了元素的性质10. 将 Na2CO3 转变为 NaHCO3，可采取持续不断的通入 CO2 气体的方法Na2CO3+CO2+H2O=2
10、NaHCO3，NaHCO 3 转变为 Na2CO3 可采取加热的方法，也可以采取滴加适量 NaOH 的方法 NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O11. Na2O2 的电子式 Na+:O:O:2-Na+其中 O 的化合价为-1 价2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2均为自身的氧化还原反应，而 Na2O2+SO2=Na2SO4 则为 Na2O2 与 SO2 间的氧化还原反应12. 将 NaHCO3 加热时，固体质量的减少并不单为 CO2,而为 CO2 与 H2O 的质量之和，所以可 利用 2NaHCO3=N2CO3+H2O+CO2168 1
11、06 62m1 m2 m对应成比例来解决具体问题.题型示例一：Na 2CO3 和 NaHCO3 性质、转化及制法例 1：某干燥粉末可能由 、 、 、 、 中的一2NaO223NaCO3HNaCl种或几种组成。将该粉末与足量的盐酸反应，有气体 X 逸出，X 通过足量的 溶O液后体积缩小(同温、同压下测定 )。若将原7来混合粉末在空气中用酒精灯加热，也有气体放出，且剩余固体的质量大于原混合粉末的质量，下列判断正确的是 A. 粉末中一定有 、 、2NaO23NaHCOB. 粉末中一定不含有 和3lC. 粉末中一定不含有 和2D. 无法肯定粉末里是否含有 和3NaCOl点评：此题中“混合物经加热后质量
12、增大”是分析的难点。另外这些实验无法证实NaCl 的存在与否，思考中易将 NaCl 忽略。碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较。Na 2CO3 和NaHCO3 作为碳酸的正盐和酸式盐二者既有区别又有联系分析如下：1. 向饱和的 Na2CO3 溶液中通足量的 CO2 有晶体 NaHCO3 析出。2. Na2CO3 溶液与稀 HCl 的反应向 Na2CO3 溶液中滴加稀 HCl，先无气体，后有气体，如果 n(HCl)小于n(Na2CO3)时反应无气体放出。发生的反应：先Na 2CO3 + HCl = NaCl + NaHCO3,后NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O +CO2 .向稀 HCl
13、中滴加 Na2CO3 溶液，先有气体，反应是：Na 2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2.如果用 2mol 的 Na2CO3 和 2.4mol 的稀 HCl 反应，采用方法放出 CO2 是0.4mol；采用 方法放出 CO2 为 1.2mol。希望同学们在解题时要留意。3. Na2CO3 溶液和 NaHCO3 溶液的鉴别：取两种试液少量，分别滴加 CaCl2 或BaCl2 溶液，有白色沉淀 的原取溶液为 Na2CO3，另一无明显现象的原取溶液为NaHCO3。4. 侯氏制碱法反应式：NaCl + NH 3 + CO2 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl.注意:
14、在生产中应先在饱和的 NaCl 溶液中先通入 NH3,后通入 CO2，NaHCO 3 晶体析出过滤，在滤液中加入 NaCl 细末和通8NH3 析出 NH4Cl 晶体为副产品。NH 4Cl 晶体析出后的母液进行循环试用，提高原料的利用率。【变式训练 1】有关纯碱和小苏打的叙述正确的是 （ ）A.等质量的 Na2CO3、NaHCO 3 分别与足量稀 H2SO4 反应，NaHCO 3 产生的 CO2 多B.等质量的 Na2CO3、NaHCO 3 分别与足量的同种盐酸反应，NaHCO 3 消耗的盐酸多C.向 NaHCO3 溶液中滴入 Ba(OH)2 溶液无沉淀，而 Na2CO3 溶液中加入 Ba(OH
15、)2 溶液出现白色沉淀D. Na2CO3 和 NaHCO3 都既能与酸反应，又能与氢氧化钠反应【变式训练 2】我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献。他以 NaCl、NH 3、CO 2 等为原料先制得 NaHCO3，进而生产出纯碱。有关反应的化学方程式为：NH 3CO 2H 2O NH4HCO3 ； NH4HCO3NaCl NaHCO3NH 4Cl ；2NaHCO 3 Na2CO3CO 2H 2O （1）碳酸氢铵与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是 （填字母标号） 。a碳酸氢钠难溶于水 b碳酸氢钠受热易分解c碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出（
16、2）某探究活动小组根据上述制碱原理，进行碳酸氢钠的制备实验，同学们按各自设计的方案实验。 一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如下图所示（图中夹持、固定用的仪器未画出） 。试回答下列有关问题：（）乙装置中的试剂是 ；9（）丁装置中稀硫酸的作用是 ；（）实验结束后，分离出 NaHCO3 晶体的操作是 （填分离操作的名称）。 另一位同学用图中戊装置（其它装置未画出）进行实验。（）实验时，须先从 管通入 气体，再从 管中通入 气体；（）有同学建议在戊装置的 b 管下端连接己装置，理由是 ；（3）请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法： 。题型示例二：相关计算例 2：
17、有 NaHCO3、Na 2CO3、CaO、NaOH 组成的混合物 27.2g, 把它们溶于水后,溶液中 Ca2+、 、 均转化为沉淀，将反应后的溶液蒸干，最后得到白色固体2COH物质共 29g，则原混合物中 Na2CO3 的质量是 A.10.6g B.5.3g C.5.9g D.无法确定解析：发生反应的方程式为：CaO+H 2O=Ca（OH） 2，2 NaHCO 3+Ca(OH)2= CaCO3+2 H2O,Na 2CO3+ Ca(OH)2= CaCO3+2NaOH.设 Na2CO3 为 amol，NaHCO 3 为 bmol，则 CaO 为（a+b）mol。由于CaO+H2O=Ca（OH）
18、2，使混合物增加了 （a+b）mol 水的质量 ；由 NaHCO3 转化成CaCO3 使混合物减轻了 bmol 水的质量，所以反应前后的质量差为 amol 水的质量。依题意 a=1.8/18mol=0.1mol小结：解此类题目的要诀是合理分析反应的进行顺序，按方程式逐一分析。有关钠的化合物的混合物的计算:（1）NaHCO 3 和 Na2CO3 固体混合物加热。仅发生反应 2NaHCO3 Na2CO3CO 2H 2O,反应的差量即为分解产生的10H2O 和 CO2,由差量法求解.（2）amolNa 2O2 和 bmolNaHCO3 固体混合物在密闭容器中加热。发生的反应按下列方式处理：2NaHCO3 Na2CO3CO 2H 2O分解产生的 CO2 与 Na2O2 反应完后，若Na2O2 过量，H 2O 再与 Na2O2 反应.当 a/b1:1,按反应 和由差量法求算，质量减少由两部分组成：NaHCO 3+NaOH=Na2CO3+H2O 产生的水和由2NaHCO3 Na2CO3CO 2H 2O生成的 H2O 和 CO2.【变式训练 1】 某碳酸钾样品中的杂质含有纯碱、硝酸钾、硝酸钡中的一种或两种。取7.8 g 该样品溶于 适量水中得到澄清溶液，再加入过量 CaCl2 溶液得到沉淀 5.0 g。下列对原样品中所含杂质的判断正确的是A一定没有 Na2CO3 和 Ba(NO3)
