高三化学金属通论及碱金属

高三化学金属通论及碱金属

教学内容

1．　掌握金属的一般原子结构特征、金属活动顺序及其应用。

2．　掌握碱金属相似性、递变性和特殊性.

3．掌握以Na为代表的碱金属知识网络

4. 比较钠的两种氧化物、两种碳酸盐

二、学习指导

(一)金属概要

　　1．金属的原子结构及位置特征

　 最外层电子数较少(一般≤3)　　　位于周期表阶梯线左下方

　 原子半径较大(同周期)　　　　　 处于各周期的前中部

　 从右→左、上→下，半径增大　　 越左越下金属性越强

　　2．金属活动顺序及其应用

活动性顺序	K　Ca　Na　Mg　Al　Zn　Fe　Sn　Pb(H)　Cu　Hg　Ag　Pt　Au
原子还原性	强　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  弱
易　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　难   阳离子氧化性	弱　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  强
与O2化合难易
不与水反应   产物   条件   与 H2O 反 应	冷水 强碱＋氢气	热水 碱＋氢气		高温水蒸汽 金属氧化物＋氢气
与酸反应	能置换非氧化性酸中的氢，由快到慢　　 　与非氧化性酸一般不 　　 与强氧化性酸均能反应但无H2生成　　　　 反应，溶于王水
与盐溶液反应	先与水反应后考虑碱与盐反应的可能性		排在前面的金属能把其后面的金属 从盐溶液中置换出来
冶炼方法	电解法		还原法 (常见还原剂)H2、CO、C、Al		加热 分解法	物理 富集法

3．金属单质制备

金属的活泼性如何，决定了它在自然界的存在形态及冶炼方法.如很活泼金属(Na)，常温下与水即反应，故必须在无水体系中采用电化学方法，使其实现Na^＋→Na.而极不活泼的金属(Au)，在自然界中即以单质形式存在，只需用物理方法.较活泼的金属(如Fe)，在自然界主要以化合态存在于矿石中，在陨石中可发现单质铁.

金属单质制备小结：

电解法 (K→Al)	2NaCl(熔融)　　2Na＋Cl2↑ MgCl2(熔融)　　Mg＋Cl2↑ 2Al2O3(熔融)　　 4Al＋3O2↑
还原法 (Zn→Cu)	H2＋CuO　　Cu＋H2O 3CO＋Fe2O3　　2Fe＋3CO2 2Al＋WO3　　W＋Al2O3 3C＋Cr2O3　　2Cr＋3CO
加热法 (Hg→Ag)	2HgO　　 2Hg＋O2↑ HgS＋O2　　 Hg＋SO2

注意　 Na＋KCl　　 K＋NaCl

　　 由于沸点：Na＞K，符合勒沙特列原理。

(二)Na为中心的知识网络

　　　　　　　　　　　　　　　　　 HCl

　　　　　Na₂S　　　　 Na₂O　　　　  Na₂O₂　　　　  NaCl

碱石灰

Ca(OH)2

　　　　  NaH　　　　  Na　　　　  NaOH　　　　　  Na₂CO₃　　　　  NaHCO₃

C2H5OH

CH3COOH

△

KCl

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　  　　　　C₆H₅OH　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　  C₂H₅ONa　　　 K　　　C₆H₅ONa　　　　　　 CH₃COONa　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　 

　　　　　　　　　　　　　　　 

(三)碱金属的相似性、递变性

碱

r＜r＜r＜r

金　金　熔　密　　　　　　　　　　　　  　　较慢　　　　　 较缓慢

子

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 被空气O₂氧化　与H₂O反应　

属　属　沸　度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  很快　　　　　  剧烈

性

r＜r＜r

　　₃Li

性　键　点　递

渐

剧烈

r＜r＜r＜r

剧烈

　　₁₁Na

递　减　降　增　　　　　　　 　　　　　　　剧烈

增

剧烈

燃烧

　  ₁₉K

自燃　　　　　  爆炸

伴随

r＜r＜ r＜r

　　₃₇Rb

增　弱　低

　　₅₅Cs

 区分碱金属投入水中产生现象的异同：

现象： Li　　　  Na　　　　  K　　　　　　　  Ru、Cs

共同点　　　　　  浮、熔、游、

气、　　  红（酚酞）　　　　　　　　　  沉

不同点: 不熔　　熔　　　火球、轻微爆炸　 立即燃烧 甚至爆炸

　　　　　　　  逐渐消失　　 很快消失

(四)比较钠的两种氧化物

	Na2O	Na2O2
电子式	Na＋[ 　]2－Na＋	Na＋[　　 ]2－Na＋
化学键种类	离子键	离子键、非极性键
:	2:1	1:1
:	2:1	2:1
类　 别	碱性氧化物	过氧化物(不属碱性氧化物)
颜　 色 状　 态	白色 固体	淡黄色 固体
生成条件	4Na＋O2　　 2Na2O 　　　　　　 (空气)	2Na＋O2　　 Na2O2 　　　　  (空气或氧气)
与H2O反应	Na2O＋H2O＝2NaOH	2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2
与HCl反应	Na2O＋2HCl＝2NaCl＋H2O	2Na2O2＋4HCl＝4NaCl＋O2↑＋2H2O
与CO2反应	Na2O＋CO2＝Na2CO3	2Na2O2＋2CO2＝2Na2CO3＋O2

(五)比较碳酸钠和碳酸氢钠

　

	Na2CO3	NaHCO3
俗名	纯碱、苏打	小苏打
NaHCO3   晶体 成分	Na2CO3·10H2O (易风化)
＜   溶解性	易溶于水 (20℃, S＝22.2g)	溶于水 (20℃, S＝9.6g)
与H＋反应 剧烈程度	CO32－＋2H＋＝CO2↑＋H2O 　HCO3－＋H＋＝CO2↑＋H2O
与OH－反应		HCO3－＋OH－＝CO32－＋H2O
热稳定性	很稳定 850℃开始 部分分解	不稳定 2NaHCO3　  Na­2CO3＋H2O＋CO2↑ 180℃完全分解

三、典型例析：

例1．试分析下列问题

思考1.为什么Li与H₂O反应比Na与H₂O反应缓慢得多？

思考2.碱金属均可保存在煤油中吗?

解析1：一方面Li的活泼性弱于Na，另一方面是因为生成的LiOH微溶于水，覆盖在Li表面，使Li与H2O的接触面减小，反应速率降低.

值得一提的是：根据周期表中对角线相似规则，Li与Mg的化合物性质有相似性

如　Mg(OH)2　　　　  MgCO3　　　　 MgF2　　难或微溶于水

　　LiOH　　　　　　 Li2CO3　　　　  LiF　　　(水溶性相似)

解析2：选择合适的保护液，必须符合以下条件：

① 不能与待保护的物质发生化学反应.

　 如乙醇能与Na等反应，故不能用醇、酸类等有机物.

② 密度比待保护的物质密度小.

　 只有让待保护物沉降在保护液下，才能起到不与空气接触的目的(即液封).否则，

浮在液面上，照常与空气接触，故Li不能用煤油保存.，应用石蜡油。

例2．请预测并解释下列实验可能有的现象

实验1：在一试管中加入3mL水，再加入3mL煤油，投入一小块Na.观察到的主要现象是__________

解析：主要现象：分层，煤油层在上，水层在下， Na在两层交界处不停转动,或上浮，后又下落、熔成闪亮小球．放出无色无气味气体． 最终慢慢消失。

原因：钠的密度介于水和煤油间，当钠与水接触即发生反应，产生的气体将钠推动上升。但进入煤油层不与其反应，气体逸出后，重力作用又使钠回落到水层，循环往复，钠块逐渐减小，最终消失。

一

实验2：将大小一样的K、Na放入煤油和水的混合液中，何者先反应完？

解析：钠块钾慢。

　　　原因：

　　　 密度　　  K　　　 Na　　　 煤油

　　　　　　　 0.86　　  0.97　　　 0.8

产生的气体更易使钾上浮

实验3：

一小块Na投入到饱和澄清石灰水中，有何主要现象？

解析：主要现象：①有气体 ②溶液温度上升③出现混浊

主要原因:钠与水反应使溶液中OH-离子浓增大，且溶液温度升高，Ca(OH)2溶解度减小，溶解平衡逆向移动，导致Ca(OH)2部分析出

实验4：取等量的两小块钠，①将其中一份直接投入水中，②另一份用铝箔包好，刺上多个小孔，用镊子夹住放入水面下，充分反应后，两种操作，反应放出的H2量是否相等？

解析：①Na投入水中，熔成小球浮在水面上，部分Na就会与空气中的O2反应，生成Na2O，Na2O与H2O反应只生成NaOH，无H2放出.从而减少了与H2O反应的Na，也即影响产生H2量.

② Na在水下反应，避免了氧化，同时生成的NaOH又与铝箔反应，能进一步产生H2.

故产生的H2量②＞①

例3．　将含O2和CH4的混合气体充入装有23.4g Na2O2的密闭容器中点燃，反应结束后，容器温度为150℃,压强为Opa.将残留物溶于水无气体逸出.下列叙述正确的是(　　 )

A.原混合气体中O2和CH4的体积比为2:1

B.原混合气体中O2和CH4的体积比为1:2

C.残留固体中有Na2CO3和NaOH

D.残留固体中只有Na2CO3

解析　若CH4与O2体积为1:2,则恰好反应,当气体产物通过Na2­O2后必有O2生成,不合

题意.

又根据氢、碳元素守恒,反应后的固体必为Na2CO3和NaOH的混合物.

由题意可知,最终反应后无Na2O2多余,也无气体多余.可用方程式的代数处理来求出CH4和O2的体积比.

　　CH4＋2O2　　CO2＋2H2O

　　CO2＋Na2O2＝Na2CO3＋O2

　＋　　2H2O＋2Na2O2＝4NaOH＋O2­

　　CH4＋O2＋3Na2O2＝Na2CO3＋4NaOH

　　VCH4:VO2＝1:＝2:1

故本题答案:B C

例4.某种H2和CO的混合气体,其密度为相同条件下O2密度的1/2.将3.2g这种混合气充入一盛有足量Na2O2的密闭容器中,再通入过量O2,并用电火花点燃使其充分反应,最后容器中固体的质量增加了(　　 )

　 A.3.2g　　　 B.4.4g　　　 C.5.6g　　　  D.6.4g

解析 先分析下列两个反应

2Na2O2 ＋ 2H2O ＝ 4NaOH ＋ O2

2Na2O2 ＋ 2CO2 ＝ Na2CO3 ＋ O2

(1)从反应前后气体体积变化进行分析：

　 2H2O～O2，  2CO2～O2

　 即：2(H2 O, CO2) ～O2

任意比混合的H2O、CO2通过Na2O2后，其体积总为原体积的一半。

 (2)从反应前后固体质量变化进行分析:

　 Na2O2～2NaOH,　Na2O2～Na2CO3

反应过程中过氧化钠吸收了相当于组成为“H2、CO”的成分。

故最后容器中固体质量增加值即H2和CO的混合气体的质量。

从另一种角度看，　2H2+O2 ＝2H 2O

　2CO +O2= 2CO2

燃烧H2 和CO混合气体所消耗的O2与H 2O、CO2和Na2O2反应放出的O2的物质的量相同。

本题答案:A

例5：把ag Na2O和a1g Na2O2分别加入等质量的bg水中(足量)，结果得到同浓度的溶液，则a、a1的关系是_________

解析：先看常规方法：

　　＝

　　62a₁＝78a

　　＝.

计算不便。

　再看 特殊方法：

　 Na₂O＋H₂ O＝2NaOH

　 1 mol　　　 2 mol

　 Na₂O₂＋H₂O＝2NaOH＋O₂

　 1 mol　 　　 2mol　  mol

1mol Na₂O₂比1mol Na₂O多1molO，与H₂O反应时多余的O以O₂形式放出.

结论：等物质的量的Na₂O和Na₂O₂与等量且足量的水反应，得到同浓度的溶液.

本题：n＝n

　　　＝＝

试一试：

将a₁gNa_2­O溶于b₁g水，a₂gNa₂O₂溶于b₂g水，均得到8％的NaOH溶液.若a₁：a₂＝31:39.则 b₁:b₂＝__________

答案：1:1

巩固练习

一、选择题（每一小题可能有1-2个选项符合题意）

　　1、下列物质在空气中易变质，但未发生氧化还原反应的是：

A、Rb　　B、K₂O　　C、Na₂O₂　　D、Na₂CO₃·10H₂O

　　2、以下关于金属钠的叙述中正确的是：

A、钠在空气中能发生缓慢氧化而自燃

B、金属钠可保存在煤油中，也可保存在CCl₄中

C、钠能和CuSO₄溶液反应置换出Cu

D、钠投入水中立即熔化成小球，说明其熔点低且钠与水的反应是放热反应

　　3、关于氧化钠和过氧化钠的叙述中正确的是：

A、都可与CO₂和H₂O反应且都有同一种物质生成　 B、都能漂白有色物质

C、露置于空气中最终能变成同种物质　　　　　　  D、均能和盐酸反应只生成盐和水

　　4、氢化锂（LiH）是一种离子化合物，可与水反应放出H₂，下列叙述正确的是：

A、水溶液呈酸性　　B、水溶液呈碱性　　C、微粒半径Li>Li⁺　　D、H^-可被还原为H₂

　　5、下列各组离子在同一溶液中能大量共存的组是：

A、H⁺、Li⁺、Cl^-、OH^-　　　　　　　 B、Na⁺、Ba²⁺、OH^-、NO₃^-

C、K⁺、Na⁺、HCO₃^-、OH^-　　　　  　D、Cs⁺、Na⁺、H⁺、CO₃^2-

　　6、鉴别KHCO₃和K₂CO₃粉末，可采用：

A、分别与同浓度的稀盐酸反应　　　B、分别与NaOH 溶液反应

C、分别加热检验有无气体生成　　　D、分别滴加石灰水看是否有沉淀生成

　　7、下列转变中，可以一步实现的是：

A、NaHCO₃→Na₂O　　B、NaOH→Cu(OH)₂C、NaNO₃→NaCl　　D、Na₂CO₃→NaOH

　　8、下列离子方程式中正确的是：

A、钠和水反应　Na +2H₂O = Na⁺ + 2OH^- + H₂↑

B、NaHCO₃和足量Ca(OH)₂溶液反应　Ca²⁺ + HCO₃^- +OH^- = CaCO₃↓+H₂O

C、碳酸钙和稀盐酸反应　CO₃^2- + 2H⁺ = H₂O + CO₂↑

D、Ba(OH)₂和稀硫酸反应　Ba²⁺ + H⁺ + OH^- + SO₄^2- = BaSO₄↓+ H₂O

　　9、下列反应中，需加入氧化剂才能发生的是：

A、Na→NaOH　　B、Na₂CO₃→NaHCO₃　　C、Na₂O₂→NaOH　　D、Na₂O→NaOH

　　10、关于Na₂CO₃、NaHCO₃性质的有关叙述正确的是：

A、在水中溶解性：Na₂CO₃<NaHCO₃

B、热稳定性：Na₂CO₃<NaHCO₃

C、与同浓度酸反应的速率：Na₂CO₃ <NaHCO₃

D、Na₂CO₃不能转化为NaHCO₃，而NaHCO₃能转化为Na₂CO₃

11、在下列反应中，Na₂O₂只表现出强氧化性的是：

A、2Na₂O₂ + CO₂ 　　 2Na₂CO₃ + O₂

B、Na₂O₂ + MnO₂　　  Na₂MnO₄

C、2Na₂O₂ + H₂SO₄　　　2Na₂SO₄ + 2H₂O + O₂↑

D、5Na₂O₂ + 2MnO₄^- + 16H⁺　　　 10Na⁺ + 2Mn²⁺ + 5O₂↑+ 8H₂O

12、下列各组中的两物质反应时，反应条件或反应物用量的改变对生成物没有影响的是：

A、Na₂O₂与CO₂　　B、Na与O₂　　C、NaOH与CO₂　 D、C与O₂

　　13、Na₂O₂和过量NaHCO₃混合，在密闭容器中加热后，最后排出气体后，残留的固体物质是：

A、Na₂O和Na₂O₂　　B、Na₂O₂和Na₂CO₃ 　 C、Na₂CO₃　D、Na₂O₂、NaOH和Na₂CO₃

　　14、可用于判断NaHCO₃粉末中混有Na₂CO₃的实验方法是：

A、加热时有无气体放出　　B、滴加盐酸时有无气体放出

C、溶于水后，滴加澄清石灰水，有无白色沉淀生成

D、溶于水后，滴加BaCl₂溶液，有无白色沉淀生成

　　15、将CO₂气体持续通入下列溶液中，最终有沉淀或晶体生成的是：

A、CaCl₂溶液　　B、澄清石灰水　　C、Na₂CO₃饱和溶液　　D、NaHCO₃溶液

　　16、焰色反应每次实验都要用试剂洗净铂丝，这种试剂是：

A、NaOH溶液　　B、硫酸溶液　　C、Na₂CO₃溶液　　D、稀盐酸

　　17、已知钡的活动性介于钾与钠之间，则下列说法能实现的是：

A、钡可从氢氧化钠溶液中置换出钠　　B、钡能与水剧烈反应产生氢气

C、钡可以从氯化钾溶液中置换出钾　　D、钡与水的反应比钾与水的反应剧烈

　　18、盛下列物质的容器敞口久置，其质量减少的是：

A、浓H₂SO₄　　B、固体苛性钠　　C、Na₂O₂　 D、结晶碳酸钠

　　19、将一小块钠投入到CuSO₄溶液中，不可能有的生成物是：

A、Cu　　B、H₂C、Cu(OH)₂　　D、Na₂SO₄

　　20、钠和铯都是碱金属元素，下列关于铯及其化合物的叙述不正确的是：

A、无水硫酸铯的化学式为Cs₂SO₄，它易溶于水

B、碳酸铯加热分解为CO₂和氧化铯

C、铯可以从电解它的熔融的氯化物中得到

D、在Na、K、Rb、Cs中，Cs的熔点最低

二、填空题

　　21、使4.6g金属钠和水完全反应，被还原的水的质量是__________g。

　　22、有A、B、C、D四种溶液，分别是K₂CO₃、K₂SO₄、NaHSO₄、Ba(NO₃)₂中的一种，现进行下列实验：A+C无明显变化；A+D无明显变化；B+D生成溶液及沉淀物E；B+C生成溶液F及沉淀；少量的E溶于过量F中生成溶液并放出气体。则A是________，B是________，C是________，D是________。

　　23、把CO₂通入足量的NaOH溶液中，反应的离子方程式为___________________,

若继续通入CO₂直到过量，则发现有细小晶体析出，原因是①_______②______③____，方程式为___________________。该晶体制成的溶液分别与下列物质反应的离子方程式为：①稀H₂SO₄________________________；②KOH溶液_______________________;③少量澄清的石灰水_______________________。

　　24、有①Na₂CO₃、②NaHCO₃、③Na₂SO₄、④NaHSO₄四种物质，其中只能与盐酸反应的是___________，只能与NaOH溶液反应的是__________，既能与盐酸又能与溶液反应的是___________。（均填数字）

25、A、B、C三种物质均属于同一种金属的化合物。用铂丝蘸取A、B、C三种物质的溶液，在无色火焰上灼烧，均呈浅紫色（透过蓝色钴玻璃）。已知：A与B反应成为C；加热B得到D；D与A的水溶液反应生成B或者生成C；B可与酸和碱反应。则A是________，B是________，C是________，D是________。

26．.四个密闭容器中分别各有1 mol下列物质：

　　　 Na₂O₂　　　　　　 Na₂O₂　　　　　　  Na₂O₂　　　　　  Na₂CO₃　　　

　　　 ①　　　　　　　 ②　　　　　　　  ③　　　　　　　 ④

　　　　　 NaHCO₃　　　　 NH₄HCO₃ 　　　 Ca(HCO₃)₂　　　NaHCO₃　　　　 

 现加热至300^oC，反应完全后排出气体，四个容器中残留固体物仅为Na₂CO₃的容器

　 是______

　　　　　　　　　　 

(三)计算题

27.已知氢化钠与水反应放出氢气.现有氢化钠和铝粉的混合物mg,与足量水充分反应后,收集到的气体为ng,试回答:

(1)若充分反应后得到只含一种物质的水溶液时,该物质是________;则原混合物中氢化钠与铝粉的物质的量之比为________,质量比为________.

(2)当物质的量之比:NaH:Al≤_______时,铝粉质量为_______;当物质的量之比:NaH:Al＞_______时,铝粉的质量为________.

28.向铝粉和过氧化钠的混合物中加入足量水振荡，当混合物全部溶解后，待到无色透明

溶液并放出7g气体．向该溶液中滴加5 mol/L的盐酸，有白色胶状沉淀生成，当滴加

至280mL时，沉淀恰好溶解：试求混合物中Al和Na₂O₂的物质的量各为多少？

参考答案：

（一）1.BD　2.D　3.AC　4.BC　5. B　6. AC　 7.BD　 8.B　 9.A　 10.C

11.B　12.A　13.C 14.D　15.C　16.D　 17.B　 18.D　19.A　20.B

(二) 21.3.6g

22.K₂SO₄, Ba(NO₃)₂ , NaHSO₄, K₂CO₃

23.CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O,水量减少、生成碳酸氢钠的质量大于碳酸钠的质量、

溶解度：碳酸氢钠小于碳酸钠。CO₂+ H₂O+Na₂CO₃ =2 NaHCO₃

①HCO₃^-+H⁺= CO₂+ H₂O  ② HCO₃^-+OH^-=CO₃^2-+H₂O

③2 HCO₃^- +Ca^2+-+2OH^-=CaCO₃ +CO₃^2- + H₂O

24.①;④;②

25.KOH ,KHCO₃, K₂CO₃, CO₂

26.　②④　

三、27.(1)NaAlO₂; 1:1,8:9　　　　 (2)1:1　(m－4.8n)g

　　　　  1:1　(36n－3m)g

28. Al－0.2 mol，　Na₂O₂－0.4 mol

28