Почему щелочные металлы так называются

Обновлено: 17.05.2024

Щелочны́е мета́ллы — это элементы 1-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы I группы) [1] : литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr, и унуненний Uue. При растворении щелочных металлов в воде образуются растворимые гидроксиды, называемые щёлочами.

Содержание

Общая характеристика щелочных металлов

В Периодической системе они следуют сразу за инертными газами, поэтому особенность строения атомов щелочных металлов заключается в том, что они содержат один электрон на внешнем энергетическом уровне: их электронная конфигурация ns 1 . Очевидно, что валентные электроны щелочных металлов могут быть легко удалены, потому что атому энергетически выгодно отдать электрон и приобрести конфигурацию инертного газа. Поэтому для всех щелочных металлов характерны восстановительные свойства. Это подтверждают низкие значения их потенциалов ионизации (потенциал ионизации атома цезия — один из самых низких) и электроотрицательности (ЭО).

Некоторые свойства щелочных металлов

Атомный номер	Название, символ	Металлический радиус, нм	Ионный радиус, нм	Потенциал ионизации, эВ	ЭО	p, г/см³	t_пл, °C	t_кип, °C
3	Литий Li	0,152	0,078	5,32	0,98	0,53	181	1347
11	Натрий Na	0,190	0,098	5,14	0,93	0,97	98	883
19	Калий K	0,227	0,133	4,34	0,82	0,86	64	774
37	Рубидий Rb	0,248	0,149	4,18	0,82	1,53	39	688
55	Цезий Cs	0,265	0,165	3,89	0,79	1,87	28	678
87	Франций Fr	?	0,18	?	0,7	1,87	27	6778
119	Унуненний Uue	?	?	?	?	?	?	?

Все металлы этой подгруппы имеют серебристо-белый цвет (кроме серебристо-жёлтого цезия), они очень мягкие, их можно резать скальпелем. Литий, натрий и калий легче воды и плавают на её поверхности, реагируя с ней.

Щелочные металлы встречаются в природе в форме соединений, содержащих однозарядные катионы. Многие минералы содержат в своём составе металлы главной подгруппы I группы. Например, ортоклаз, или полевой шпат, состоит из алюмосиликата калия K₂[Al₂Si₆O₁₆], аналогичный минерал, содержащий натрий — альбит — имеет состав Na₂[Al₂Si₆O₁₆]. В морской воде содержится хлорид натрия NaCl, а в почве — соли калия — сильвин KCl, сильвинит NaCl • KCl, карналлит KCl • MgCl₂ • 6H₂O, полигалит K₂SO₄ • MgSO₄ • CaSO₄ • 2H₂O.

Химические свойства щелочных металлов

Из-за высокой химической активности щелочных металлов по отношению к воде, кислороду, и иногда даже и азоту (Li, Cs) их хранят под слоем керосина. Чтобы провести реакцию со щелочным металлом, кусочек нужного размера аккуратно отрезают скальпелем под слоем керосина, в атмосфере аргона тщательно очищают поверхность металла от продуктов его взаимодействия с воздухом и только потом помещают образец в реакционный сосуд.

1. Взаимодействие с водой. Важное свойство щелочных металлов — их высокая активность по отношению к воде. Наиболее спокойно (без взрыва) реагирует с водой литий:

При проведении аналогичной реакции натрий горит жёлтым пламенем и происходит небольшой взрыв. Калий ещё более активен: в этом случае взрыв гораздо сильнее, а пламя окрашено в фиолетовый цвет.

2. Взаимодействие с кислородом. Продукты горения щелочных металлов на воздухе имеют разный состав в зависимости от активности металла.

Только литий сгорает на воздухе с образованием оксида стехиометрического состава:

При горении натрия в основном образуется пероксид Na₂O₂ с небольшой примесью надпероксида NaO₂:

В продуктах горения калия, рубидия и цезия содержатся в основном надпероксиды:

Для получения оксидов натрия и калия нагревают смеси гидроксида, пероксида или надпероксида с избытком металла в отсутствие кислорода:

Для кислородных соединений щелочных металлов характерна следующая закономерность: по мере увеличения радиуса катиона щелочного металла возрастает устойчивость кислородных соединений, содержащих пероксид-ион О₂ 2− и надпероксид-ион O₂ − .

Для тяжёлых щелочных металлов характерно образование довольно устойчивых озонидов состава ЭО₃. Все кислородные соединения имеют различную окраску, интенсивность которой углубляется в ряду от Li до Cs:

Формула кислородного соединения	Цвет
Li₂O	Белый
Na₂O	Белый
K₂O	Желтоватый
Rb₂O	Жёлтый
Cs₂O	Оранжевый
Na₂O₂	Светло- жёлтый
KO₂	Оранжевый
RbO₂	Тёмно- коричневый
CsO₂	Жёлтый

Оксиды щелочных металлов обладают всеми свойствами, присущими основным оксидам: они реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами:

Пероксиды и надпероксиды проявляют свойства сильных окислителей:

Пероксиды и надпероксиды интенсивно взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды:

3. Взаимодействие с другими веществами. Щелочные металлы реагируют со многими неметаллами. При нагревании они соединяются с водородом с образованием гидридов, с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом и кремнием с образованием, соответственно, галогенидов, сульфидов, нитридов, фосфидов, карбидов и силицидов:

При нагревании щелочные металлы способны реагировать с другими металлами, образуя интерметаллиды. Активно (со взрывом) реагируют щелочные металлы с кислотами.

Щелочные металлы растворяются в жидком аммиаке и его производных — аминах и амидах:

При растворении в жидком аммиаке щелочной металл теряет электрон, который сольватируется молекулами аммиака и придаёт раствору голубой цвет. Образующиеся амиды легко разлагаются водой с образованием щёлочи и аммиака:

Щелочные металлы взаимодействуют с органическими веществами спиртами (с образованием алкоголятов) и карбоновыми кислотами (с образованием солей):

4. Качественное определение щелочных металлов. Поскольку потенциалы ионизации щелочных металлов невелики, то при нагревании металла или его соединений в пламени атом ионизируется, окрашивая пламя в определённый цвет:

Окраска пламени щелочными металлами
и их соединениями

Щелочной металл	Цвет пламени
Li	Карминно-красный
Na	Жёлтый
K	Фиолетовый
Rb	Бурокрасный
Cs	Фиолетово-красный

Получение щелочных металлов

1. Для получения щелочных металлов используют в основном электролиз расплавов их галогенидов, чаще всего — хлоридов, образующих природные минералы:

катод: Li + + e → Li

2. Иногда для получения щелочных металлов проводят электролиз расплавов их гидроксидов:

катод: Na + + e → Na

3. Щелочной металл может быть восстановлен из соответствующего хлорида или бромида кальцием, магнием, кремнием и др. восстановителями при нагревании под вакуумом до 600-900 °C:

Чтобы реакция пошла в нужную сторону, образующийся свободный щелочной металл (M) должен удаляться путём отгонки. Аналогично возможно восстановление цирконием из хромата. Известен способ получения натрия восстановлением из карбоната углём при 1000 °C в присутствии известняка. [источник не указан 578 дней]

Поскольку щелочные металлы в электрохимическом ряду напряжений находятся левее водорода, то электролитическое получение их из растворов солей невозможно; в этом случае образуются соответствующие щёлочи и водород.

Соединения щелочных металлов

Гидроксиды

Для получения гидроксидов щелочных металлов в основном используют электролитические методы. Наиболее крупнотоннажным является производство гидроксида натрия электролизом концентрированного водного раствора поваренной соли:

катод:

анод:

Прежде щёлочь получали реакцией обмена:

Получаемая таким способом щёлочь была сильно загрязнена содой Na₂CO₃.

Гидроксиды щелочных металлов — белые гигроскопичные вещества, водные растворы которых являются сильными основаниями. Они участвуют во всех реакциях, характерных для оснований — реагируют с кислотами, кислотными и амфотерными оксидами, амфотерными гидроксидами:

Гидроксиды щелочных металлов при нагревании возгоняются без разложения, за исключением гидроксида лития, который так же, как гидроксиды металлов главной подгруппы II группы, при прокаливании разлагается на оксид и воду:

Гидроксид натрия используется для изготовления мыла, синтетических моющих средств, искусственного волокна, органических соединений, например фенола.

Карбонаты

Важным продуктом, содержащим щелочной металл, является сода Na₂CO₃. Основное количество соды во всём мире производят по методу Сольве, предложенному ещё в начале XX века. Суть метода состоит в следующем: водный раствор NaCl, к которому добавлен аммиак, насыщают углекислым газом при температуре 26 — 30 °C. При этом образуется малорастворимый гидрокарбонат натрия, называемый питьевой содой:

Аммиак добавляют для нейтрализации кислотной среды, возникающей при пропускании углекислого газа в раствор, и получения гидрокарбонат-иона HCO₃ − , необходимого для осаждения гидрокарбоната натрия. После отделения питьевой соды раствор, содержащий хлорид аммония, нагревают с известью и выделяют аммиак, который возвращают в реакционную зону: Таким образом, при аммиачном способе получения соды единственным отходом является хлорид кальция, остающийся в растворе и имеющий ограниченное применение.

При прокаливании гидрокарбоната натрия получается кальцинированная, или стиральная, сода Na₂CO₃ и диоксид углерода, используемый в процессе получения гидрокарбоната натрия:

Основной потребитель соды — стекольная промышленность.

Поташ используют в производстве стекла и жидкого мыла.

Литий — единственный щелочной металл, для которого не получен гидрокарбонат. Причина этого явления в очень маленьком радиусе иона лития, который не позволяет ему удерживать довольно крупный ион HCO₃ − .

Урок в 9-м классе "Щелочные металлы"

Обучающие: формирование знаний учащихся о щелочных металлах как типичных металлах, понятия о взаимосвязи строения атомов со свойствами (физическими и химическими).

Развивающие: развитие умений исследовательской деятельности, умения добывать информацию из различных источников, сравнивать, обобщать, делать выводы.

Воспитывающие: воспитание устойчивого интереса к предмету, воспитание таких нравственных качеств как аккуратность, дисциплина, самостоятельность, ответственное отношение к порученному делу.

Методы: проблемные, поисковые, лабораторная работа, самостоятельная работа учащихся.

Оснащение: компьютер, таблица по технике безопасности, диск “Виртуальная лаборатория по химии”

Оборудование: коллекция щелочных металлов, коллекция применения щелочных металлов.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Вводное слово.

Мы изучаем раздел, металлы, и вы знаете, что металлы имеют большое значение в жизни современного человека. На предыдущих уроках мы изучили общие сведения о металлах: положение в периодической таблице, особенности строения атомов, изучили общие физические и химические свойства, а также общие способы получения металлов. Сегодня приступаем к изучению наиболее ярких представителей в химическом отношении, самых активных щелочных металлов. Для того чтобы усвоить материал урока, нам необходимо вспомнить наиболее важные вопросы, которые рассматривали на предыдущих уроках.

3. Актуализация знаний.

- На какие две большие группы происходит деление химических элементов?

- На металлы и неметаллы

- Где находятся металлы в периодической системе Д.И. Менделеева.

- В периодической системе элементы – металлы расположены в начале всех периодов, а также в четных рядах больших периодов побочных подгруппах. Условной границей, отделяющей металлы от неметаллов, служит диагональ, отведенная от бора к астату. Металлы оказываются левее и ниже этой прямой, неметаллы – правее и выше, а элементы, находящиеся вблизи прямой, имеют двойственную природу, их называют амфотерными.

- Какие группы естественных семейств в периодической системе мы знаем?

– Мы знаем особые группы отдельных металлов: щелочные металлы, щелочно-земельные металлы, редкоземельные металлы (иттрий, лантан и лантаноиды).

– Благородные металлы (серебро, золото и шесть платиновых металлов) . Платиновые металлы (платиноиды, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина) металлы подгруппы алюминия.

– Каковы особенности строения атомов металлов?

- Атомы металлов имеют сравнительно большие атомные радиусы, поэтому их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо сними связаны. И вторая особенность, которая присуща атомам наиболее активных металлов – это наличие на внешнем энергетическом уровне 1-3 электронов.

- Как особенности строения атома влияют на физические свойства?

- Характерные физические свойства металлов металлический блеск, электрическая проводимость, теплопроводность, Связана с особенностью строения кристаллических решеток атомов металлов. В узлах располагаются атомы и положительные ионы металлов, связанные посредством обобществленных внешних электронов, которые принадлежат всему кристаллу, эти электроны компенсируют силы электростатического отталкивания между положительными ионами и тем самым связывают их, обеспечивая устойчивость металлической решетки.

- Как особенности строения металлов влияют на их химические свойства?

- Самое характерное химическое свойство всех металлов – их восстановительная способность, т.е. способность атомов легко отдавать свои внешние электроны, превращаясь в положительные ионы. Металлы не могут быть окислителями, т. е. атомы металлов не могут присоединять к себе электроны.

Учитель: Тема нашего урока “Щелочные металлы”

Задачи нашего урока: Дать общую характеристику щелочным металлам.

Рассмотреть их электронное строение, сравнить физические и химические свойства.

Узнать о важнейших соединениях металлов.

Определить области применения этих соединений.

- Что мы будем изучать в этой теме? Каков наш план урока?

- Мы будем изучать положение щелочных металлов в периодической системе; строение атома щелочных металлов, физические и химические свойства и применение щелочных металлов.

Положение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева.
Строение атома щелочных металлов.
Физические свойства.
Химические свойства.
Применение щелочных металлов.

Исходя, из полученных ранее знаний ответим на следующие вопросы: Для ответа воспользуемся периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева .

1. .Перечислите щелочные металлы

- Это литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций.

2. Почему данные металлы назвали щелочными?

- При взаимодействии с водой они образуют растворимые в воде основания – щелочи.

3. Где располагаются щелочные металлы в ПСХЭ Д.И.Менделеева ?

- Щелочные металлы – это элементы главной подгруппы первой группы Периодической системы Д.И. Менделеева.

4.Почему данные металлы Д.И. Менделеев объединил в одну группу?

- На внешнем энергетическом уровне атомы элементов содержат по одному электрону, находящемся на сравнительно большом удалении от ядра.

5.Почему данные металлы Д.И. Менделеев объединил в одну группу?

- Они легко отдают электроны, поэтому являются очень сильными восстановителями. Во всех соединениях проявляют степень окисления +1.

- Просматриваем кадры виртуальной лаборатории, вы внимательно смотрите и готовите ответы на вопросы.

(Кадры о положение в периодической системе и строение атома)

- Какую степень окисления проявляют щелочные металлы в соединениях?

- Щелочные металлы проявляют степень окисления + 1

- Как изменяются восстановительные свойства щелочных металлов от лития к цезию?

Ученик: От лития к цезию восстановительные свойства усиливаются, активный металл цезий. Это наиболее типичные представители металлов: металлические свойства выражены у них особенно ярко.

- Сделаем вывод о строении атома щелочных металлов.

- Вывод: У щелочных металлов одинаковое количество электронов на внешнем уровне, и они проявляют одинаковую степень окисления.

Учитель: Записать строение атомов щелочных металлов в тетрадь.

Итак, мы рассмотрели положение щелочных металлов в периодической системе, рассмотрели строение атомов щелочных металлов.

- Обратим внимание на коллекцию щелочных металлов, их хранят в керосине, легко режутся ножом и быстро окисляются на воздухе. Исходя из строения атома, познакомимся с физическими свойствами щелочных металлов. Для металлов характерна низкая твердость, вернее мягкость, труднее всего резать литий, тогда как натрий и калий легко поддаются скальпелю. На основании таблицы, сделаем вывод о физических свойствах щелочных металлов.

Некоторые физические свойства щелочных металлов

металлы	цвет	Радиус,нм	t пл.,С	t кип., C	плотность г/см3	твердость
литий	Серебристо- белый	155	179	137	0,53	0,6
натрий	тот - же	189	97,8	883	0,97	0,4
калий	236	63,7	766	0,86	0,5
рубидий	248	38,7	713	1,52	0,3
цезий	золотисто - белый	267	28,5	690	1,87	0,2
франций	В природе не существует в таких количествах, которые достаточны для изучения его свойств.

- Каков внешний вид и твердость щелочных металлов?

- Щелочные металлы серебристо-белые вещества (режутся ножом), с характерным блеском на свежесрезанной поверхности.

- С возрастанием радиуса атома, от лития к цезию, наблюдается закономерность в их физических свойствах. Обратите внимание на таблицу. Как изменяется плотность щелочных металлов в группе?

- Все они легкие и легкоплавкие плотность их меньше 5 г/см 3 ,

- Сравните щелочные металлы по твердости.

- Самый твердый из щелочных металлов литий, самый легкий цезий.

- Сделаем вывод исходя из физических свойств щелочных металлов.

- По мере увеличения характера изменения физических свойств, возрастает плотность металлов, а твердость, температура плавления и кипения уменьшаются.

Затем учащиеся сравнивают физические показатели плотности металлов и температуры плавления. Делают вывод о зависимости температуры плавления от плотности металла.

Проблема: В каком виде щелочные металлы встречаются в природе?

Почему в природе щелочные металлы в основном существуют в виде соединений?

Ответ: В природе щелочные металлы находятся в виде соединений, потому что обладают высокой химической активностью, которая в свою очередь, зависит от особенностей электронного строения атомов (наличие одного неспаренного электрона на внешнем энергетическом уровне)

- Какие места по распространенности в земной коре занимают элементы натрий и калий?

Натрий шестое, а калий седьмое.

Физкультминутка – отдых глазам.

- Зная общие физические свойства, активность металлов, предположите химические свойства щелочных металлов. С какими веществами взаимодействуют щелочные металлы?

- Щелочные металлы взаимодействуют как с простыми веществами, и сложными. Активно взаимодействуют почти со всеми неметаллами ( с галогенами, водородом, образуя гидриды). Из сложных веществ с водой – образуя растворимые в воде основания – щелочи и с кислотами.

- А теперь на опытах убедимся, в правильности наших предположениях о химических свойствах щелочных металлов.

Лабораторная работа по виртуальной лаборатории

Цель: провести реакции, подтверждающие химические свойства щелочных металлов.

работать в вытяжном шкафу
на подносе
сухими руками
брать в малых количествах

Работаем с текстом, который читаем по виртуальной лаборатории.

Опыт № 1.Взаимодействие натрия с водой.

Опыт № 2. Взаимодействие лития, натрия, калия с водой.

Опыт № 3. Горение лития.

Опыт № 4. Горение натрия.

Опыт № 5. Горение калия.

Записать уравнения реакции и наблюдения в тетрадь.

- Проверим правильность написания уравнений на доске.

Учитель: Пользуясь учебником, подготовьте рассказ о применении щелочных металлов.

Путешествие по стране "Щелочные металлы и их соединения"

План

1. Общая характеристика элементов щелочных металлов по их положению в периодической системе.

2. Нахождение в природе.

4. Физические свойства.

5. Химические свойства.

6. Соединения щелочных металлов

Б) гидриды, пероксиды, оксиды.

7. Применение щелочных металлов и их соединений.

8. Осуществить превращения

9. Задача 1 стр 126

10. Задание на дом: параграф 47, задача 3 стр. 127

Повторим и запомним

Щелочные металлы образуют главную подгруппу 1 группы и обладают наиболее выраженными металлическими свойствами. Это обусловлено строением атомов щелочных металлов, наружный энергоуровень имеет конфигурацию ns 1 .

От Li к Fr радиусы атомов увеличиваются, восстановительные свойства усиливаются, ионизированные потенциалы уменьшаются.

Взаимодействуют с неметаллами, водой, кислотами. Из соединений натрия и калия большое значение имеют гидроксиды их, сильные электролиты.

Задачи и цель:

Сегодня на уроке мы вместе изучим новую тему, разберем строение элементов атомов щелочных металлов; опираясь на строение рассмотрим способы получения щелочных металлов, выясним, почему щелочные металлы так называются.

Арабская пословица гласит: "Кто путешествует, тот познает."

Ребята, в ходе экскурсии вы будете и экскурсоводами и экскурсантами. Ответственным за работу экскурсоводов будет главный консультант, он внимательно слушает ответы, оценивает их, анализирует, и если экскурсовод не может ответить на заданный вопрос и другие учащиеся тоже, то тогда отвечает главный консультант.

Итак, начнем урок-экскурсию. На столах лежит план нашей экскурсии. Каждый раздел плана - это лаборатория, которая занимается изучением данного вопроса.

Ну что ж, первая лаборатория, в которую мы попадаем - это, конечно же, лаборатория по изучению строения элементов щелочных металлов и их простых веществ. Кто будет экскурсоводом в этой лаборатории? Кто даст, осветит общую характеристику щелочным металлам?

Краткий рассказ экскурсовода - это подгруппа лития Li.Na. K.Rb. Fr. Cs. Эти элементы находятся в 1-ой группе главной подгруппе, высшая постоянная валентность равна 1, на наружном энергоуровне 1 e, который слабо притягивается к ядру, поэтому атомы щелочных металлов легко его отдают, проявляя степень окисления +1. Это s-элементы. Простые вещества этих элементов называются щелочными металлами. Молекулы щелочных металлов одноатомные, щелочные металлы сильные восстановители, типичные элементы-металлы. Металлические свойства элементов увеличиваются, химическая активность увеличивается т.к.происходит увеличение размера атомов с возрастанием порядкового номера от Li к Fr.

Вопросы к экскурсоводу:

1. Почему щелочные металлы имеют одноатомные молекулы?

2. Какое соединение с кислородом образуют элементы подгруппы лития? Характер соединения.

В то время, когда экскурсовод ведет свой рассказ, на доске двое учащихся строят строение атомов металлов подгруппы лития. Это задание также повторяет класс.

Вывод: Выяснили строение атомов щелочных металлов, знаем, что они легко отдают электроны, очень химически активны. Помня все это, скажите: встречаются ли щелочные металлы в природе в свободном состоянии или нет?

Ответ класса: Нет, только в виде соединений. Какие вы знаете соединения и где они находятся на территории России (На стене висит географическая карта России). Один из учеников называет основные соединения и показывает их месторождение на карте.

Вопросы:

1. Какое месторождение каменной соли называется "солонкой" в России? Раз щелочных металлов нет в природе в свободном виде, только в виде соединений, то в следующей лаборатории занимаются вопросом получения щелочных металлов, которые нужны для промышленности. Предложите способы получения металлов? Кто желает?

Ответ: Электролизом расплава хлорида натрия расплава щелочи.

У доски и на местах учащиеся одновременно составляют уравнения реакций. Есть ли другие способы?

Есть. Калий можно получать аналогично, но много технических трудностей, поэтому предложили другой способ:

Теперь перейдем в лабораторию, которая занимается изучением физических свойств.

Кто здесь нас ознакомит с работой, которая ведется в данной лаборатории?(рассказ - в атомах щелочных металлов наблюдается металлическая кристаллическая решетка, а значит имеет место металлическая связь.

Строение кристаллической решетки и объясняет свойства щелочных металлов - металлический блеск, серый цвет, пластичность, электро и теплопроводимость и т.д.)

1. Как изменяется прочность металлической связи от лития к цезию.

2. Какие из щелочных металлов наиболее часто используются.

А теперь перейдем в экспериментальную лабораторию, которая занимается изучением химических свойств металлов. Кто будет экскурсоводом в этой лаборатории?

Строение щелочных металлов нам известно, знаем, что они легко отдают свой электрон, т.е. являются восстановителями, т.е очень химически активные вещества.

Посмотрите, как хранятся щелочные металлы? Под слоем керосина, масла, чтобы не было доступа воздуха. Теперь предположим какие химические свойства характерны щелочным металлам? (учащиеся отвечают на этот вопрос с места, проговаривая уравнения химических свойств).

После выяснения этого вопроса на доску вывешивается заранее приготовленная опорная схема, по которой задаются вопросы классу

1. Какое общее свойство характерно всем приведенным реакциям?

2. Какое из веществ отдает электроны? Сколько отдается электронов?

3. Что общего и чем отличаются уравнения химических реакций взаимодействия щелочных металлов с водой и с кислотами?

Зная химические свойства щелочных металлов и неорганических соединений, выполним следующие превращения:

(данное превращение имеется в плане урока и лежит на столе у учащихся)

Это превращение выполняется у доски и на местах.

А в это время ученик - лаборант выполняет опыты, подтверждающие химические свойства щелочных металлов и доказывает, почему металлы так называются.

Опыт № 1 2Na+2H₂O=2NaOH+H₂ NaОН-щелочь, т.к.фенолфталеин изменяет свою окраску на малиновую.

Опыт № 2 2Na+2HCl=2NaCl+ H₂

Опыт № 3

Осталась еще одна лаборатория, в которой занимаются изучением соединений щелочных металлов.

Какие вы знаете соединения?
Каковы их свойства?

Ответ: из периодической системы видно, что щелочные металлы образуют основные оксиды R₂O,но начиная с натрия при сгорании в избытке кислорода образуются пероксиды (R₂O₂).

С водородом при нагревании взаимодействуют щелочные металлы и образуются соединения, которые называются гидриды состава MeH. Щелочные металлы бурно и с выделением большого количества теплоты взаимодействуют с водой, образуя щелочь, состава R-OH и восстанавливая воду до водорода.

Свойства щелочей: диссоциируют, взаимодействуют с кислотными оксидами, с растворами солей. Получают щелочи электролизом раствора солей щелочных металлов.

Составляются уравнения химических реакций на доске и на местах.

Как изменяется сила оснований от лития к цезию? (от лития к цезию сила оснований увеличивается т.к. возрастает радиус атома и уменьшается притяжение электронов к ядру).

Заключение.

1-й ряд - применение солей натрия и калия
2-й ряд - применение щелочей
3-й ряд - применение щелочных металлов

Задание на дом (в плане урока)

Слово старшему экскурсоводу

Выставление оценок за урок

Подведение итогов.

Некоторым участникам (более сильным) после рассмотрения химических свойств были розданы буклеты с заданиями:

Общая характеристика элементов щелочных металлов по их положению в периодической системе.

Нахождение в природе.

Соединения щелочных металлов:

А) гидроксиды;
Б) гидриды, пероксиды, оксиды.

Применение щелочных металлов и их соединений.

Задача 1, стр. 126.

Задание на дом: §47, задача 3, стр.127.

Повторим и запомним.

Арабская пословица гласит: «Кто путешествует, тот познает.»

И так, начнем урок-экскурсию. На столах лежит план нашей экскурсии. Каждый раздел плана – это лаборатория, которая занимается изучением данного вопроса

Ну что ж, первая лаборатория, в которую мы попадаем – это, конечно же, лаборатория по изучению строения элементов щелочных металлов и их простых веществ. Кто будет экскурсоводом в этой лаборатории? Кто даст, осветит общую характеристику щелочным металлам?

Краткий рассказ экскурсовода – это подгруппа лития Li.Na. K.Rb. Fr. Cs. Эти элементы находятся в 1-ой группе главной подгруппе, высшая постоянная валентность равна 1, на наружном энергоуровне 1 e, который слабо притягивается к ядру, поэтому атомы щелочных металлов легко его отдают, проявляя степень окисления +1. Это s-элементы. Простые вещества этих элементов называются щелочными металлами. Молекулы щелочных металлов одноатомные, щелочные металлы сильные восстановители, типичные элементы-металлы. Металлические свойства элементов увеличиваются, химическая активность увеличивается т.к.происходит увеличение размера атомов с возрастанием порядкового номера от Li к Fr.

Почему щелочные металлы имеют одноатомные молекулы?

Какое соединение с кислородом образуют элементы подгруппы лития? Характер соединения.

Вывод. Выяснили строение атомов щелочных металлов, знаем, что они легко отдают электроны, очень химически активны. Помня все это, скажите: встречаются ли щелочные металлы в природе в свободном состоянии или нет?

Ответ класса. Нет, только в виде соединений. Какие вы знаете соединения и где они находятся на территории России (на стене висит географическая карта России). Один из учеников называет основные соединения и показывает их месторождение на карте.

Какое месторождение каменной соли называется «солонкой» в России?

Раз щелочных металлов нет в природе в свободном виде, только в виде соединений, то в следующей лаборатории занимаются вопросом получения щелочных металлов, которые нужны для промышленности. Предложите способы получения металлов? Кто желает?

Ответ. Электролизом расплава хлорида натрия расплава щелочи.

Кто здесь нас ознакомит с работой, которая ведется в данной лаборатории? (Рассказ – в атомах щелочных металлов наблюдается металлическая кристаллическая решетка, а значит имеет место металлическая связь.

Строение кристаллической решетки и объясняет свойства щелочных металлов – металлический блеск, серый цвет, пластичность, электро и теплопроводимость и т.д.)

Как изменяется прочность металлической связи от лития к цезию.

Какие из щелочных металлов наиболее часто используются.

Посмотрите, как хранятся щелочные металлы? Под слоем керосина, масла, чтобы не было доступа воздуха. Теперь предположим какие химические свойства характерны щелочным металлам? (Учащиеся отвечают на этот вопрос с места, проговаривая уравнения химических свойств.)

После выяснения этого вопроса на доску вывешивается заранее приготовленная опорная схема, по которой задаются вопросы классу.

Какое общее свойство характерно всем приведенным реакциям?

Какое из веществ отдает электроны? Сколько отдается электронов?

Что общего и чем отличаются уравнения химических реакций взаимодействия щелочных металлов с водой и с кислотами?

(Данное превращение имеется в плане урока и лежит на столе у учащихся.)

А в это время ученик – лаборант выполняет опыты, подтверждающие химические свойства щелочных металлов и доказывает, почему металлы так называются.

Опыт №1. 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

NaОН – щелочь, т.к.фенолфталеин изменяет свою окраску на малиновую.

Опыт №2. 2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

Какие вы знаете соединения?

Каковы их свойства?

Ответ. Из периодической системы видно, что щелочные металлы образуют основные оксиды R₂O, но начиная с натрия при сгорании в избытке кислорода образуются пероксиды (R₂O₂).

Вопрос. Как изменяется сила оснований от лития к цезию? (От лития к цезию сила оснований увеличивается т.к. возрастает радиус атома и уменьшается притяжение электронов к ядру.)

Вот мы и посетили все лаборатории, за исключением вопроса применения. Эту лабораторию вы посетите самостоятельно и на следующий урок принесете отчет, который будет состоять из рисунка и письменного отчета.

1-вый ряд – применение солей натрия и калия.

2-ой ряд – применение щелочей.

3-ий ряд – применение щелочных металлов.

Задание на дом (в плане урока).

Слово старшему экскурсоводу.

Выставление оценок за урок.

Осуществить превращения
Составить молекулярные уравнения реакций.

Осуществить превращения: Na → NaOH → Na₂CO₃ → CaCO₃ → CaO.

Закончить уравнения:
Na + H₂O =
Li + S =
Li + O₂ =
NaOH + H₂ =
K + Cl₂ =
Указать переход электронов в окислительно-восстановительных реакциях.

Основные характеристики и свойства щелочных металлов

Название «щелочные металлы» произошло от их способности в реакциях с водой образовывать щелочи — основания, растворимые в воде. Слово «выщелачивать» славянского происхождения. В переводе оно означает «растворять».

Щелочными называют металлы IA группы таблицы Менделеева. Их шесть: литий, натрий, рубидий, калий, цезий, франций. По внешнему виду они представляют собой металлы серебристо-белого цвета, за исключением цезия — он золотисто-желтый. Основные физические свойства простых веществ:

пластичность;
мягкость;
невысокая плотность;
высокая химическая активность;
легкая окисляемость;
электропроводность;
теплопроводность;
легкоплавкость.

В связи со способностью быстро окисляться, т.е. вступать в реакцию с кислородом и другими веществами, в природе они встречаются в форме соединений.

Соли щелочных металлов окрашивают пламя спиртовки в различные цвета:

В отличие от этих двух представителей, литий, рубидий, цезий не встречаются в природе часто. Следовательно, они относятся к группе редких металлов. Франций — искусственно полученный элемент, отличающийся радиоактивностью.

Калий и натрий являются участниками водно-солевого, а также кислотно-щелочного баланса организма человека. Эти элементы важны для циркуляторных процессов крови, деятельности энзимов. Для жизнедеятельности растений особенно важен калий.

Щелочные металлы имеют валентность, равную единице (степень окисления +1).

Поскольку данная группа элементов в системе Менделеева следует непосредственно за инертными газами, у атомов щелочных металлов появляется новый энергетический уровень, на котором содержится один электрон. Электронная конфигурация — ns1.

Поскольку любой атом стремится приобрести конфигурацию инертного газа, атомы щелочных металлов способны легко отдать валентные электроны и проявлять восстановительные свойства. Этот факт свидетельствует о невысоких значениях энергии ионизации их атомов, а также о низких значениях электроотрицательности.

Сверху вниз по группе наблюдается увеличение радиуса атомов, снижение электроотрицательности, увеличение восстановительных свойств простых веществ.

Какие элементы относятся к щелочным металлам

Перечень щелочных металлов:

литий — Li;
натрий — Na;
калий — K;
рубидий — Rb;
цезий — Zs;
франций — Fr.

Они занимают IA группу в Периодической системе Д. И. Менделеева.

Электронная формула, в какую группу входят

Строение атомов щелочных металлов, которые расположены в IA группе, можно свести к таблице следующего вида:

В роли окислителей в таких взаимодействиях участвуют простые и сложные вещества. Это могут быть неметаллы, органические соединения, кислоты, соли, оксиды.

Каждый элемент взаимодействует индивидуально.

Оксид в качестве продукта образовывается только в реакциях лития:

4 L i + O 2 = 2 L i 2 O

В случае с натрием в ходе реакции образуется пероксид, а с калием, рубидием, цезием — надпероксид:

2 N a + O 2 = N a 2 O 2

К реакциям с простыми веществами относится образование галогенидов:

2 N a + C l 2 = 2 N a C l

Рассматривая взаимодействие с H2, S, P, C, Si, необходимо знать, что для протекания данных реакций необходимо нагревание.

Литий реагирует с азотом при комнатной температуре.

Реакции с водой протекают у щелочных металлов по-разному: литий — спокойно, всплывая на поверхность жидкости, натрий реагирует более активно с образованием пламени, калий, цезий и рубидий реагируют со взрывом. В общем виде

2 M + 2 H 2 O = 2 M O H + H 2 (М – металл)

В два этапа протекают реакции с кислотами. Металл сначала вступает в реакцию с водой, а после, в момент образования щелочи, она реагирует с разбавленной кислотой и нейтрализуется. Такие реакции часто протекают со взрывом, поэтому на практике проводятся редко.
В результате реакции с аммиаком образуются амиды:

2 L i + 2 N H 3 = 2 L i N H 2 + H 2

Взаимодействие с этанолом, фенолами, в ходе которого щелочные металлы замещают атомы водорода в гидроксильной группе ОН этих соединений:

2 N a + 2 C 2 H 5 O H = 2 C 2 H 5 O N a + H 2

Щелочные металлы могут использоваться для восстановления других металлов, к примеру, алюминия:

3 N a + A l C l 3 = A l + 3 N a C l

Физические свойства щелочных металлов объясняются металлической связью в кристаллической решетке. Для них характерен металлический блеск, отличная ковкость, пластичность, тепло- и электропроводность.

Самым твердым из всей группы является литий, а самая высокая плотность у цезия. Некоторые физические свойства щелочных металлов в сравнении представлены в следующей таблице:

Из таблицы следует, что все элементы получили свое применение благодаря низким температурам плавления (кипения). Их значения снижаются по мере увеличения порядкового номера в Периодической системе Менделеева.

Все металлы, за исключением лития, настолько мягки, что их можно разрезать ножом или на специальном оборудовании раскатать в лист фольги.

Еще одно свойство, которое имеет практическое значение в промышленности — низкая плотность. Плотность лития, натрия и калия ниже плотности воды.

Указанные физические свойства обусловлены слабой связью электронов внешних слоев с атомами щелочных металлов. Поэтому энергия ионизации атомов невысокая, и они при взаимодействии друг с другом образуют металлическую связь.

В периодической таблице в начале каждого периода стоит элемент с низкой температурой плавления (щелочной металл). По мере увеличения порядковых номеров в периоде слева направо этот показатель сначала увеличивается к середине периода (IV А группа), где расположены элементы, образующие преимущественно атомные кристаллические решетки (C, Si).

Затем в конце периода температуры плавления снова уменьшаются, поскольку в VII-VIII группах расположены элементы, простые вещества которых характеризуются молекулярными кристаллическими решетками (галогены, благородные газы).

Меры предосторожности при работе с ними

Из-за высокой химической активности работа со щелочными металлами должна осуществляться с большой осторожностью. Для их хранения выделяются отдельные емкости, которые запаивают и помещают в них слой вазелинового масла или керосина. Тогда предотвращается взаимодействие с воздухом, в частности с кислородом, и исключается горение.

На каждом предприятии, где осуществляются работы с этими химическими элементами и их соединениями, разрабатываются специальные правила безопасности и меры предосторожности, исключающие наступление аварийных ситуаций и производственных травм.

Все сотрудники перед получением допуска к работе должны пройти обязательный производственный инструктаж, который бывает предварительный (перед началом работы) и периодический (через равные промежутки времени — ежеквартально, ежегодно). Они включают качественное изучение требований нормативных документов по безопасности труда и производственному нормированию.

Сотрудники на своих рабочих местах должны находиться в защитной спецодежде, быть оснащены средствами индивидуальной защиты (для органов зрения, дыхания, кожных покровов).

Поскольку растворы щелочных металлов — щелочи, их воздействие на кожу может привести к ожогам и раздражениям. Щелочи при попадании брызг в глаза могут спровоцировать отторжение ветвей глазного нерва и вызвать полную слепоту.

Выше описана возможность бурной реакции металлов с кислородом вплоть до взрыва. Поэтому рабочие места укомплектовываются средствами пожаротушения, которые периодически проходят технические проверки своей исправности. Щелочные металлы нельзя тушить водой, так как они вступают в реакцию с ней.

Натрий и калий можно тушить аргоном и азотом. Аргон эффективнее, поскольку существенно тяжелее воздуха. Литий продолжает гореть в атмосфере азота и диоксида углерода. Для тушения горящего лития разработаны специальные порошковые составы Вексон-D3 на основе различных флюсов и графита с гидрофобизирующими добавками.

С соблюдением техники безопасности проводится и утилизация отходов после работы. Они подвергаются нейтрализации с применением специальных составов, разрешенных для применения компетентными органами.

Получение простых веществ, где применяются

Чистый натрий можно получать путем электролиза расплава хлорида натрия с графитовыми электродами, обладающими инертностью. Поскольку в таком расплаве имеются ионы Na и Cl, в ходе электролиза на катоде восстанавливаются катионы натрия до металлического натрия, а на аноде — окисляются анионы хлора до газообразного хлора.

Читайте также: