现行高中化学教材必修一 第二章3.doc

第三节 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着某种内在的联系。这种内在的联系是什么呢？下面我们将从它们的结构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Li3银白色，柔软0.534180.51347钠Na11银白色，柔软0.9797.81882.9钾K19银白色，柔软0.8663.65774铷Rb37银白色，柔软1.53238.89688铯Cs55略带金色光泽，柔软1.87928.40678.4密度是指常温时的数据。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电子层结构原子半径nm锂Li3钠Na11钾K19铷Rb37铯Cs55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。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：4LiO2 2Li2O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的氢气燃烧，并发生轻微的爆炸，证明钾比钠的金属性更强。2K2H2O2KOHH2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。二焰色反应我们观察钠在空气中燃烧的现象时，会发现钠燃烧时的火焰呈现黄色。如果我们炒菜时，不慎将食盐或食盐水溅在火焰上，也会发现火焰呈现黄色。很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特殊的颜色，这在化学上叫做焰色反应。【实验211】把装在玻璃棒上的铂丝（也可用光洁无锈的铁丝，或镍、铬、钨丝）放在酒精灯火焰（最好用煤气灯，它的火焰颜色较浅）里灼烧，直到与原来的火焰颜色相同为止。用铂丝蘸取碳酸钠溶液，放在火焰上灼烧，就可以看到火焰呈黄色（图216）。实验后，要用稀盐酸洗净铂丝，并在火焰上灼烧到没有颜色时，再分别蘸取碳酸钾、氯化钾等溶液作试验。在观察钾的火焰颜色时，要透过蓝色的钴玻璃去观察，这样可以滤去黄色的光，避免碳酸钾等中杂质钠所造成的干扰。不仅碱金属和它们的化合物都能呈现焰色反应，钙、锶、钡、铜等金属也能呈现焰色反应。根据焰色反应所呈现的特殊颜色，可以测定金属或金属离子的存在（一些金属或金属离子的焰色反应的颜色见彩图）。节日晚上燃放的五彩缤纷的焰火，就是碱金属，以及锶、钡等金属化合物焰色反应所呈现的各种鲜艳色彩（见彩图）。 讨论 制造玻璃的主要原料之一是纯碱。当在玻璃管口点燃某些可燃性气体时，火焰常呈现黄色。能否由此说明这些气体的火焰为黄色吗？为什么？ 资料 一些金属或金属离子的焰色反应的颜色金属或金属离子锂铷钙锶钡铜焰色反应的颜色紫红色紫色砖红色洋红色黄绿色绿色 阅读金属钾的发现 1807年，英国化学家戴维在电解水研究的基础上，设想用电解的方法从氢氧化钾、氢氧化钠中分离出钾和钠。最初，戴维用氢氧化钾饱和溶液进行电解。当他接通电源后，从阳极得到的是氧气，从阴极得到的是氢气，证明水被电解了，而氢氧化钾却没有被分解。于是他想在无水的条件下继续这项试验。可是干燥的氢氧化钾并不导电，必须在表面吸附少量水分时才能导电。1807年10月6日，戴维将表面湿润的氢氧化钾放在铂制的器皿里，并用导线将电池与铂制器皿以及插在氢氧化钾里的电极相连，整套装置都暴露在空气中。通电以后，氢氧化钾开始熔化。戴维发现在阴极附近有带金属光泽的酷似水银的颗粒生成。这些颗粒一经生成便上浮，一旦接触空气，就立即燃烧起来，产生明亮的火焰，甚至发生爆炸。颗粒燃烧后光泽消失，成了白色粉末。当戴维看到了这一惊人的现象时，欢喜若狂，竟然在屋子里跳了起来，并在笔记本上写下：“重要的实验，证明钾碱被分解了！”后来，戴维在密闭的坩埚中电解潮湿的氢氧化钾，终于得到了一种银白色的金属。戴维将这种银白色金属的颗粒投入水中，看到它在水面上急速转动，发出嘶嘶的声音，并燃烧发出浅紫色的火焰。他确认自己发现了一种新的元素。由于这种元素是从钾碱中分解出来的，所以戴维将它命名为“Potassium”，中文译名为“钾”。接着，戴维又以同样的方法从氢氧化钠中电解制得了钠。 习 题 一填空题1碱金属元素中金属性最强的是_，原子半径最小的是_。2钠和钾都是活泼金属，钾比钠更_，因为钾的原子核外电子层数比钠的_，更容易_电子。3钠或_灼烧时，火焰呈现_色；钾或_灼烧时，火焰呈现_色。观察钾的焰色反应的颜色需透过_色的钴玻璃，这是为了避免_中可能混有的_的干扰。4钾和钠各1g，分别与20mL水反应，其中，反应更剧烈的是_，在相同状况下，生成气体的质量大的是_。二选择题1下列关于碱金属化学性质的叙述中，错误的是 A它们的化学性质都很活泼B它们都是强还原剂C它们都能在空气里燃烧生成M2O（M表示碱金属）D它们都能与水反应生成氢气和碱2金属钠比金属钾 A金属性强 B还原性弱C原子半径大 D熔点高3下列关于Na和Na性质的叙述中，正确的是 A它们都是强还原剂B它们的电子层数相同C它们都显碱性D它们灼烧时都能使火焰呈现黄色4某碱金属0.195g与足量的水反应时，生成0.005g氢气，这种金属是 A锂 B钠C钾 D铷三写出下列反应的化学方程式，标出电子转移的方向和数目，并指出氧化剂和还原剂。1锂在空气中燃烧2钾在氯气中燃烧3钾与水反应4氧化钠与水反应四如何鉴别Na2CO3、K2CO3、NaCl和K2SO4？写出有关反应的化学方程式和离子方程式。五计算题1将10gNa2O2固体置露在CO2中至反应完全，计算反应后生成固体的质量。2工业上常用金属钠来提炼钛、锆等。已知在700800 时，钠可从四氯化钛（TiCl4）中还原出钛。写出有关反应的化学方程式，并计算用此法制取95.8g钛时需要钠的质量。