详细讲一下碱金属元素

Question

如题所述

Answer 1

1．掌握碱金属的原子结构，并由原子结构的异同理解碱金属性质上的异同及其递变规律。

　　2．掌握利用焰色反应检验Na＋、K＋的操作技能。

　　[知识点讲解]
　　1．碱金属元素
　　碱金属包含锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）六种元素。由于钫是人工放射性元素，中学化学不作介绍。

　　2．碱金属元素的原子结构
　　相似性：碱金属元素的原子最外层都只有1个电子，次外层为8个电子（其中Li原子次外层只有2个电子）。所以在化学反应中，碱金属元素的原子总是失去最外层的1个电子而显+1价。

　　递变性：Li、Na、K、Rb、Cs等碱金属元素的原子核外电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，元素的金属性逐渐增强。

　　3．碱金属的物理性质及其变化规律
　　（1）颜色：银白色金属（Cs略带金色光泽）。

　　（2）硬度：小，且随Li、Na、K、Rb、Cs，金属的硬度逐渐减小。这是由于原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子之间的作用力逐渐减弱所致。碱金属的硬度小，用小刀可切割。

　　（3）碱金属的熔点低。熔点最高的锂为180.5℃，铯的熔点是28.4℃。随着原子序数的增加，单质的熔点逐渐降低。

　　（4）碱金属的密度小。Li、Na、K的密度小于水的密度，且锂的密度小于煤油的密度。随着原子序数的增大，碱金属的密度逐渐增大。但钾的密度小于钠的密度，出现“反常”现象。这是由于金属的密度取决于两个方面的作用，一方面是原子质量，另一方面是原子体积，从钠到钾，原子质量增大所起的作用小于原子体积增大的作用，所以钾的密度反而比钠的密度小。

　　4．碱金属的化学性质
　　碱金属与钠一样都是活泼的金属，其性质与钠的性质相似。但由于碱金属原子结构的递变性，其金属活泼性有所差异，化合物的性质也有差异。

　　（1）与水反应
　　相似性：碱金属单质都能与水反应，生成碱和氢气。

　　2R+2H2O＝2ROH+H2↑（R代表碱金属原子）

　　递变性：随着原子序数的增大，金属与水反应的剧烈程度增大，生成物的碱性增强。

　　例如：钠与冷水反应放出热量将钠熔化成小球，而钾与冷水反应时，钾球发红，氢气燃烧，并有轻微爆炸。LiOH是中强碱，CsOH是最强碱。

　　（2）与非金属反应
　　相似性：碱金属的单质可与大多数非金属单质反应，生成物都是含R+阳离子的离子化合物。

　　递变性：碱金属与氧气反应时，除锂和常温下缓慢氧化的钠能生成正常的氧化物（R2O）外，其余的碱金属氧化物是复杂氧化物。

　　4Li+O2＝2Li2O

　　4Na+O2

　　­2Na+O2 Na2O2 （过氧化钠，氧元素化合价－1）

　　K+O2 KO2　（超氧化钾）

　　（3）与盐溶液反应
　　碱金属与盐的水溶液反应时，首先是碱金属与水反应生成碱和氢气，生成的碱可能再与盐反应。

　　特别注意：碱金属单质都不能从盐溶液中置换出较不活泼金属。如：

　　2Na+CuSO4+2H2O＝Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑

　　5．焰色反应
　　（1）概念：焰色反应是指某些金属或金属化合物在火焰上灼烧时，火焰呈现特殊的颜色（称焰色）。

　　（2）几种金属及其离子的焰色
　　Li(Li+)　　　 紫红　　　　　　　　　　　　Na(Na+)黄色
　　K(K+)　　　　 紫色（透过蓝色钴玻璃观察）
　　Cu(Cu2+)　　　绿色　　　　　　　　　　　　Ca(Ca2+)砖红色
　　Ba(Ba2+)　　　黄绿色　　　　　　　　　 　 Sr(Sr2+)洋红色 　　（3）焰色反应是物理变化。焰色是因为金属原子或离子外围电子发生跃迁，然后回落到原位时放出的能量。由于电子回落过程放出能量的频率不同而产生不同的光。所以焰色反应属于物理变化（但单质进行焰色反应时，由于金属活泼则易生成氧化物，此时既有物理变化又有化学变化）。

　　（4）焰色反应实验的注意事项
　　a．火焰最好是无色的或浅色的，以免干扰观察离子的焰色。

　　b．每次实验前要将铂丝在盐酸中洗净并在灯焰上灼烧至火焰无色（在酒精灯焰上烧至不改变焰色）。

　　c．观察K＋的焰色应透过蓝色钴玻璃片，以滤去对紫色光有遮盖作用的黄光，避免杂质Na＋所造成的干扰。

　　6．碱金属的实验室保存方法
　　碱金属都是活泼金属，极易与空气中的水、氧气等反应，保存时应隔绝空气和水。金属钠、钾、铷、铯保存在干燥的煤油或液体石蜡中，而金属锂的密度比煤油的密度小，只能保存于液体石蜡中。

　　7．碱金属元素单质及化合物的特性
　　(1)一般而言，在金属活动性顺序中前面的金属能把后面的金属从其盐溶液中置换出来。但这一结论不适宜于活泼金属(K、Ca、Na等)。

　　如将金属K投入饱和NaCl溶液中，则不会发生反应：

　　K+NaCl＝KCl+Na　　(该反应在溶液中不能发生)

　　此时，由于2K+2H2O＝2KOH+H2↑，H2O减少，如果温度不变，会有NaCl晶体析出。

　　(2)一般合金为固态，而Na—K合金在常温时为液态。

　　(3)一般酸式盐的溶解度大于正盐，而NaHCO3的溶解度小于Na2CO3。

　　(4)钾的化合物可作肥料，但钾的氧化物和KOH除外。

　　(5)碱金属元素随原子序数的增大，其单质的密度一般也增大，但钾的密度却反常，Na为0.97g/cm3，而K为0.86g/cm3。

　　(6)由于碱金属都很活泼，在常温下就容易跟空气中的O2、水等反应，所以碱金属单质通常保存在煤油中。但锂的密度为0.534g/cm3，比煤油的密度(0.8g/cm3)小，所以不能把锂保存在煤油中，常把锂封存在固体石蜡中。

　　[典型例题剖析]
　　例1．下列关于铯及其化合物的说法中，不正确的（　 ）
　　A．氢氧化铯是一种强碱，易溶于水
　　B．铯与水或酸剧烈反应，都能生成氢气
　　C．碳酸铯用酒精灯加热可以生成氧化铯和CO2
　　D．硫酸铯、碳酸铯、硝酸铯都易溶于水

　　【分析】
　　铯是碱金属中最活泼的金属元素，其金属性最强，所以CsOH肯定为强碱且易溶于水，铯单质与水或酸都能剧烈反应放出H2；碱金属的碳酸盐（正盐）的热稳定性都较好，用酒精灯加热不会发生分解；同钠盐一样，铯盐中的绝大多数也都易溶于水。

　　答案：C

　　例2．下列物质性质的比较，正确的是（　 ）
　　A．热稳定性：Na2CO3>NaHCO3>H2CO3
　　B．熔点：K>Na>Li
　　C．溶解度：NaHCO3>Na2CO3
　　D．氧化性：Li+>Na+>K+

　　【分析】
　　A中碳酸盐的热稳定性一般的顺序为正盐>酸式盐>碳酸，故A正确；B中碱金属的熔点从上到下逐渐降低；C中钠的碳酸盐的溶解性比其酸式盐要大；D随着金属性的增强，碱金属离子的氧化性从上到下逐渐减弱。

　　答案：AD

　　例3．焰色反应每次实验都要用试剂洗净铂丝，这种试剂是（　 ）
　　A．Na2CO3溶液　
　　B．NaOH溶液　
　　C．硫酸溶液　
　　D．稀盐酸

　　【分析】
　　洗涤铂丝应选用盐酸，因为金属的硫酸盐的沸点比氯化物要高，金属氯化物在灼烧时易气化而挥发。

　　答案：D

　　例4．有一瓶不饱和的NaOH溶液，将其分为四等份，现向这四份溶液中分别加入①Na、②Na2O、③Na2O2、④NaOH，使之转变为饱和溶液，则加入这四种物质中，所需质量最小的是___________。

　　【分析】
　　首先应仔细分析题意，欲使不饱和溶液转化为饱和溶液，实质上就是在等质量的水中，加入上述四种物质，使之成为NaOH饱和溶液。而上述四种物质在与水作用的过程中，应考虑整个过程中NaOH生成及总质量的变化，具体情况列表如下：

　反应溶质质量增加幅度反应特点Na2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑40/23（即：每23克钠反应就得到溶质氢氧化钠40克。下同）每生成1molNaOH同时耗1mol水；并放出H2Na2ONa2O+H2O＝2NaOH40/31每生成1molNaOH同时耗1mol水Na2O22Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑40/39每生成1molNaOH同时耗1mol水；－1价氧的一半形成O2放出NaOH溶解过程1溶剂量不变　　若设想在一定质量的水中（m g），使生成的氢氧化钠均达到饱和溶液（饱和溶液中溶质所占的质量分数为a），所加入的上述四种物质的质量（x g），可得下列方程关系：

　　（1）Na ＝a　　　　　　（2）Na2O ＝a

　　（3）Na2O2 ＝a　　　　 （4）NaOH ＝a

　　所以（1）<（2）<（3）<（4）。

　　说明：
　　倘若我们将上述分析的结果，表示在相应的坐标系中，即以加入的上述四种物质的质量为横坐标，以形成的溶液中溶质所占的质量分数为纵坐标，可得下图所示。　　在此基础上加以分析就可知道，对上述四种物质在溶于水形成NaOH溶液的过程中表示出的性质的差异的研究，一般可从以下两个方面进行：

　　a．加入等质量的四种物质于等质量的水中所形成的溶液中溶质所占的质量分数的高低顺序；

　　b．在等质量的水中，加入四种物质后，形成的溶液中溶质所占的质量分数相等，所加入的四种物质的质量的大小顺序。这样，我们可以较为明确地感受到，以同一基本原理为基础，可以产生形式多变的习题。因而在完成习题的过程中，重要的不仅是要得出相应的结论，而且应通过我们主动的思考和研究，对所学的相关内容有较为完整的认识和理解。

　　例5．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

　　【分析】
　　由于未深入研究个别碱金属的性质，仅按碱金属的相似性和递变性推导而产生错误。碱金属中铯为略带金色光泽的金属，故A不正确；钾的密度为0.86g/cm3，比Na的密度0.97g/cm3小而有特殊性，B也不正确；锂的密度为0.534g/cm3，比煤油轻可浮于煤油上，所以锂要用密度更小的石蜡密封保存，C对；碳酸氢盐一般比其对应的正盐易溶，但NaHCO3例外，D不正确。

　　答案：C

　　例6．提纯含有少量硝酸钡杂质的硝酸钾溶液，可以使用的方法为（ 　）
　　A．加入过量碳酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
　　B．加入过量硫酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
　　C．加入过量硫酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
　　D．加入过量碳酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸

　　【分析】
　　解除杂质问题时，易产生只注意除去杂质，忽略引入新杂质的错误，所以解除杂质问题时，特别要注意不要除旧杂、引新杂。

　　A项：先加入Na2CO3溶液，后加稀HNO3：Ba(NO3)2 BaCO3↓+2NaNO3，Ba2+除去，引入新杂质Na＋；B项：同理分析，会引入过量的SO42－；C项：会引入Na2SO4杂质。

　　答案：D

Answer 2

碱金属指的是元素周期表ⅠA族元素中所有的金属元素，目前共计锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）六种，前五种存在于自然界，钫只能由核反应产生，自然界不存在。碱金属是金属性极强的元素，其单质也是典型的金属，表现出极强的导电、导热性，钾钠合金用作核反应堆的导热剂，碱金属的单质因为反应活性过高，无法在自然状态下保存，自然界存在的是碱金属的盐类，钾、钠是海洋中的常量元素，在生物体中也有重要作用；其余的则属于轻稀有金属元素，在地壳中的含量十分稀少。
　　注：本条目主要介绍各碱金属元素的通性，关于历史、工业信息以及更为具体的性质，请参阅相应条目
　　注：因为钫半衰期仅21分钟，又极不稳定，至今尚未制得单质纯品，因此钫的性质暂不讨论

Answer 3

碱金属：元素周期表中ⅠA族除氢外的六个金属元素

Answer 4

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