Самым распространенным из щелочных металлов в земной коре является

Обновлено: 04.10.2024

Данная разработка содержит теоретический материал о электронном строении атомов щелочных металлов, их физических и химический свойствах, применении. Дана характеристика соединений щелочных металлов. В практической части приведены тестовые задания и задачи по теме разного уровня сложности. Данный материал можно использовать для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ.

Оценить

1 группа, щелочные металлы

В 1 группу (IА) периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева входят 6 металлов: литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций. Эти металлы принято называть щелочными, так как при взаимодействии с водой образуют растворимые основания — ЩЕЛОЧИ. Самым распространенным из щелочных металлов в земной коре является натрий (2,3% по массе), далее идут калий (2,1%), рубидий (0,009%), литий (0,002%), цезий (0,0003%). Природные соединения и минералы, богатые натрием и калием: NaCl – галит, KCl – сильвит, KCl·NaCl – сильвинит, K[AlSiO₃O₈] - ортоклаз.

Все атомы элементов 1(IА) группы на внешнем энергетическом уровне имеют по одному валентному s-электрону, с которым в химических соединениях достаточно легко "расстаются" с целью завершения внешнего энергетического уровня, который становится в таком случае устойчивым, по аналогии с завершенным энергетическим уровнем инертных газов. Таким образом, отдавая "ненужный" электрон щелочные металлы в химических соединениях проявляют степень окисления +1.С ростом порядкового номера щелочного металла увеличивается не только общее кол-во электронов (энергетических уровней), но также и радиус атома, что в свою очередь, обуславливает уменьшение энергии ионизации (соответственно усиление металлических свойств элемента) в направлении от лития к францию (по мере увеличения радиуса атома щелочного элемента. С ростом радиуса атома (номера элемента) возрастает реакционная (восстановительная) способность щелочного металла.

Многиефизические свойства щелочных металлов обусловлены металлическими связями, возникающими между атомами этих металлов по причине их низкой энергии ионизации: щелочные металлы, имеют серебристо-белый цвет, небольшую плотность, низкую температуру плавления, обладают высокой пластичностью, высокой электро- и теплопроводностью.

Нахождение в природе. Высокая химическая активность щелочных металлов исключает возможность нахождения их в природе в свободном состоянии. Онивстречаются в природе только в виде соединений. Наиболее распространенными щелочным металлом является натрий. Распространенность калия в 2 раза, а лития в 100 раз меньше, чем натрия. Натрий и калий открыты в 1807 году английским химиком Х. ДЭВИ. Изсоединений натрия, имеющих важное промышленное значение, следует отметить: NaCl — поваренная соль (наиболее распространенное соединение Nа) Na₂SO₄ • 10 Н₂0 — глауберова соль, NaNO₃ — чилийская селитра, Na₂[AlF₆] — криолит, NaB₄O₇ — бура. Калий в земной коре встречается в форме минералов: сильвин − KCl сильвинит − KCl • NaCl карналлит − KCl • MgCl₂ • 6 H₂O.

Химические свойства щелочных металлов

Щелочные металлы очень легко вступают в химические реакции с другими элементами. Щелочные металлы легко реагируют со многими простыми веществами.

С кислородом щелочные металлы образуют оксиды (Li), пероксиды (Na), суперпероксиды ( K ).

белый белый оранжево-желтый

Нормальные оксиды щелочных металлов (за исключением Li₂O) могут быть получены только косвенным путем, например. 10 K + 2 KNO₃ = 6 K₂O + N₂

При повышении температурах щелочные металлы энергично взаимодействуют с серой, образуя сульфиды. 2 Na +S = 2 Na₂S

При слабом нагревании в атмосфере водорода. 2 Nа+ H₂ = 2NaH

С галогенами (F, Cl, Br, I), образуя галогениды. 2Li + F₂ = 2LiF

Бурно реагируют с водой (активность возрастает с ростом атомного номера: натрий воспламеняется, а рубидий взрывается). 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

бурно реагируют с кислотами: с соляной и разбавленной серной реагируют с выделением водорода. 2K + H₂SO₄(разб.) = K₂SO₄ + H₂

Натрий и калий, реагируя с ртутью, образуют амальгамы.

сконцентрированной серной восстанавливают серу до степени окисления -2.

сразбавленной азотной продуктом восстановления является нитрат аммония или аммиак.

8Na + 10 HNO ₃ ( разб ) = 8 NaNO ₃ + NH ₄ NO ₃ + 3H ₂ O

сконцентрированной азотной продуктом восстановления является оксид азота (I).

8Na + 10 HNO ₃ ( конц ) = 8 NaNO ₃ + N ₂ O + 5H ₂ O

Щелочные металлы окрашивают пламя в следующие цвета: Li - светло-красный (малиновый), Na – желтый, K - сине-фиолетовый, Rb - темно-красный, Cs - бледно-голубой.

Получение щелочных металлов. Промышленным способом щелочные металлы получают электролизом расплавов хлоридов (гидроксидов) этих металлов.Металлотермические методы получения щелочных металлов (рубидий и цезий получают в вакуумной среде).

3LiO + 2Al = Al ₂ O ₃ + 3Li Na + KCl = NaCl + K

2RbCl + Ca = 2Rb + CaCl ₂ 2CsCl + Mg = 2Cs + MgCl ₂

Применение щелочных металлов.

Li придает легкость сплавам, его применяют при производстве медных, магниевых и алюминиевых сплавов. В металлургии при помощи лития удаляют из металлических расплавов шлаки, содержащие азот, кислород и серу, в органическом синтезе.

Na в качестве наполнителей газоразрядных ламп, в качестве теплоносителя в ядерных реакторах, в органическом и неорганическом синтезе, в металлургии при производстве металлов и сплавов.

K для получения металлов, в качестве теплоносителя в ядерных реакторах, в фотоэлементах в качестве преобразователя световой энергии в электрическую.

Rb, Cs в источниках инфракрасного излучения, в фотоэлементах.

Соединения щелочных металлов.

Оксиды натрия Nа₂О — белого цвета. Оксид калия К₂О — белого или желтоватого цвета

Оксиды щелочных металлов энергично реагируют с водой, образуя соответствующие гидроксиды. Nа₂О + Н₂О = 2NaОН К₂О + Н₂O = 2 КОН

Оксиды щелочных металлов реагируют с кислотными оксидами и кислотами.

Гидроксиды щелочных металлов — NаОН, КОН — это твердые кристаллические вещества белого цвета, гигроскопичны. Очень хорошо растворимы в воде с выделением большого количества теплоты, т. к. идет образование гидратов различного состава. Разъедают большинство соприкасающихся с ними материалов. Отсюда их часто употребляемое в практике название — едкие щелочи. В воде гидроксиды щелочных металлов полностью диссоциированы на ионы. Растворы их в воде обладают сильными щелочными свойствами.

Соли щелочных металлов, если они не образованы окрашенными анионами, являются бесцветными соединениями. Большинство солей щелочных металлов являются типичными ионными соединениями Соли щелочных металлов и слабых кислот вследствие гидролиза показывают в растворе щелочную реакцию. Большинство солей щелочных металлов хорошо растворимы в воде.

Исключение составляют некоторые соли лития: фторид, фосфат, силикат.

1. Металлические свойства элементов главных подгрупп с ростом порядкового номера:

а) вначале усиливаются, затем ослабевают; б) не изменяются; в) усиливаются; г) ослабевают.

2. На воздухе щелочные металлы быстро окисляются, поэтому их хранят:

а) под слоем керосина; б) под слоем растительного масла; в) в атмосфере азота?

3. Для щелочных металлов характерны: 1) высокая плотность; 2) пластичность; 3) металлический блеск; 4) электропроводность; 5) желто-красный цвет; 6) все они легко режутся ножом.

Какие из перечисленных свойств соответствуют действительности?

а) 2, 4, 5; б) 3, 4, 5, 6; в) 1, 3,4, 5; г) 2, 3,4, 6.

4. Соли натрия и калия окрашивают пламя соответственно:

а) в розовый и малиновый цвета; б) в фиолетовый и голубой цвета;

в) в желтый и фиолетовый цвета; г) в желтый и синий цвета?

5. Щелочные металлы взаимодействуют:

а) с Cl₂, Ar, CuSO₄, NaOH; в) с галогенами, водой, водородом; кислородом;

б) с H₂SO₄, CuCl₂, CC1₄, Br₂; г) с щелочами, солями, оксидами, металлами?

6. Натрий и калий в промышленности получают:

а) электролизом расплавов; в) гидрометаллургическими методами;

б) пирометаллургическими методами; г) металлотермическими методами?

7. Щелочные металлы в свободном виде в природе не встречаются, потому что:

а) их в природе крайне мало; б) эти металлы чрезвычайно химически активны;

в) эти металлы взаимодействуют с водой?

1. В воду объёмом 200 мл внесли 23 грамма натрия. Определите объём (в литрах) выделившегося газа и молярность конечного раствора (плотность 1,194 г/мл). (11,2 л., 5,4 М)

2. В воде объёмом 1 л растворили 46 г натрия. Определите объём (в литрах) выделившегося газа и молярность полученного раствора (плотность 1078 г/л). (22,4 л., 2,07 М)

3. Литий массой 3,5 г растворили в 120 г воды. Определите массовую долю вещества в полученном растворе. (10% гидроксида лития)

4. При взаимодействии щелочного металла массой 35 г с избытком воды вытеснено 56 л водорода. О каком металле идёт речь? (литий)

5. При обработке водой 85 г амальгамы Na _X Hg _Y собрано 22,4 л газа. Установите химическую формулу амальгамы. ( Na _X Hg ₂)

6. Определите массу оксида натрия, который надо внести в 338 г раствора, содержащего 80 г гидроксида натрия, чтобы приготовить 48% раствор. (148,8)

7. К 80 г 5% раствора едкого натра добавили 11,7 г пероксида натрия, смесь прокипятили. Рассчитайте новую массовую долю растворённого вещества. (21,3%)

8. Порцию пероксида натрия обработали избытком раствора разбавленной серной кислоты при кипячении. Рассчитайте массу порции, если по окончании реакции выделилось 5,6 л газа. (39 г)

9. Найдите массу пероксида натрия, затраченного на полную регенерацию 100 м 3 воздуха (20 С 1 атм), в котором содержится 2% (по объёму) углекислого газа. (6,49 кг)

10. После упаривания 5 л 2М раствора гидроксида калия осталось 2 л раствора. Какой объём этого раствора необходим для полной нейтрализации 10 мл 4% серной кислоты плотность. 1, 025. (1,67 мл)

11. Провели электролиз 200 мл 20% раствора гидроксида калия плотностью 1,22 г/мл. На катоде выделилось 22, 4 л газа. Рассчитайте массовую долю гидроксида калия в конечном растворе. (21,6 %)

12. Выведите формулу кристаллогидрата иодида лития, если его молярная масса равна 188 г/моль. Рассчитайте массу осадка, выпавшего из 300 мл 5М раствора фторида аммония после добавления 1 моль кристаллогидрата иодида лития. (26 г)

13. Проведён электролиз 1 м 3 20% раствора хлорида натрия (плотность 1147.8 г/моль). Определите количество всех продуктов, если производственные потери составляют 24%. (1,96 кмоль водорода и хлора, 3,92 кмоль гидроксида натрия).

14. При полном электролизе 200 г раствора хлорида натрия получено 26,88 л газообразных продуктов на катоде и аноде. Рассчитайте массы этих продуктов. Найдите массовое содержание исходного и конечного растворов. (1,2 г водорода, 42,6 г хлора, 35,1 % раствор хлорида натрия, 30,7% раствор гидроксида натрия).

15. При электролизе 1,5 л 1М раствора хлорида калия выделилось 13,44 л газов. Рассчитайте молярную концентрацию веществ в конечном растворе. Потерей воды при электролизе пренебречь. (0,6 моль/л хлорида калия)

16. Провели электролиз 200 мл 15% раствора хлорида калия (плотность раствора 1, 14 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в конечном растворе, суммарный объём газов на катоде и аноде.

(12,7% гидроксида калия, 10,28 л водорода и хлора)

17. Проведён полный гидролиз 0,017 моль нитрида калия, раствор разбавлен водой до 25 л. Каково значение pH конечного раствора. (11,31)

18. Амид калия массой 11 г внесён в 16 л воды. Рассчитайте значение pH в конечном растворе. (12,1)

19. При электролизе расплава 21,6 г вещества на аноде выделилось 1,35 моль водорода. Равное количество водорода получается при обработке водой 10,8 г этого же вещества. Установите химическую формулу данного соединения. (гидрид лития)

20. При обработке кипящей водой 94 г смеси пероксидов натрия и калия образовался щелочной раствор и выделилось 11,2 л кислорода. Определите массовую долю пероксида натрия в исходной смеси. (41,5%)

Щелочные металлы – список и особенности взрывоопасных элементов

Продукты на основе этих металлов стали неотъемлемой частью жизни человека. Это и поваренная соль, и пищевая сода, и марганцовка.

Щелочные металлы ценят преподаватели химии: опыты с такими субстанциями способны увлечь химией любого.

Что представляют собой

Щелочные металлы – это элементы, занимающие почти весь первый столбец таблицы Менделеева. Кроме них, там расположился только водород.

К щелочным металлам относятся:

Названы щелочными вследствие растворимости соединений водой.

Результат воздействия воды – гидроксиды. Они также растворимы, потому называются щелочами.

Древние славяне под выщелачиванием подразумевали растворение вещества водой.

Особенности структуры

У атома щелочного металла на внешнем слое один электрон. Степень окисления у металлов группы одна – +1.

Этим обусловлена сходность характеристик элементов щелочного сегмента.

Как представлены в природе

Щелочная группа представлена на планете по-разному:

Самые распространенные элементы – натрий с калием.
Литий, рубидий, цезий причислены к редким и рассеянным.
Самым редкостным щелочным металлом является франций. По редкости этот радиогенный материал – второй на планете: суммарный объем в земной коре не превышает трети килограмма.

Из-за повышенной активности щелочные металлы в природе не встречаются. Лишь как соединения с прочими элементами.

Поставщики натрия с калием:

Хлорид натрия – обычная каменная соль. Ее содержит вода морей и океанов.
Глауберова соль.
Соли калия находят в почвах.

Металлы входят в структуру ряда минералов. Это в основном алюмосиликаты: альбит – натриевый; ортоклаз (полевой шпат) – калийный.

Технология получения

Щелочные металлы получают несколькими способами:

Электролиз. Материалом служат расплавы их хлоридов (или других галогенидов) либо гидроксиды. Растворы солей как исходник не годятся: конечным продуктом становятся водород и щелочи.
Восстановление из бромида, хромата либо хлорида. Восстановителями выступают магний, цирконий, кальций, кремний. Процесс получения протекает в вакууме при температурах под 1000°С, образующийся металл периодически отгоняется.

Натрий восстанавливают из карбоната. Ингредиенты: уголь, известняк, температура 990°C. Для промышленных нужд синтезируют гидроксид из крепкого раствора поваренной соли.

Физико-химические свойства

Металлы щелочного сегмента наделены общими и оригинальными физическими и химическими свойствами.

Физические характеристики

Элементы группы наделены общими физическими свойствами:

Мягкость. Любой (кроме лития) легко режется.
Легкость. Плотность лития, натрия, калия меньше единицы. Они не тонут в воде.
Серебристо-белый цвет. Только цезий наделен желтоватостью на серебристом фоне.
Металлический отблеск.

Оксиды группы обладают типичными для этого вида соединений свойствами: реагируют с водой, кислотами, их оксидами. У каждого свой цвет. Устойчивость и цветность оксидов щелочных элементов увязана с габаритами атома.

Химические параметры

Главная особенность щелочной группы – чрезмерная химическая активность:

Разогретые щелочные элементы реагируют с азотом, кремнием, галогенами, серой, фосфором, углеродом. Результат – соответствующие продукты (галогениды, сульфиды, карбиды, силициды, др.)
При нагревании с прочими металлами образуются полуметаллы (интерметаллиды).
На воздухе сгорают.

При взаимодействии металлов с водой выделяется водород, возможен взрыв.

Окраска пламени щелочными металлами и их соединениями:

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

Элементы, не тонущие в воде, горят и взрываются в ней:

Калий создает пламя фиалковой гаммы, взрыв самый сильный.
У натрия пламя желтое, взрыв послабее.
Литий просто горит.

Взрывом заканчивается реакция с кислотами.

Все щелочные металлы бурно реагируют на воду. Процесс сопровождается водородным фонтаном, затем пламенем, взрывом.

Мирно протекают реакции со спиртами, карбоновыми кислотами, другими органическими субстанциями.

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

Как опознать щелочной металл

Вид щелочного металла «выдает» окрас пламени:

Натрий либо его соединения делают пламя охристо-желтым.

Где используются

Промышленники оценили утилитарные свойства щелочных металлов. Они легкоплавки, пластичны (раскатываются до фольги), хорошо куются, пропускают тепло и электричество.

Самый известный продукт – поваренная соль (формула NaCl). Ее дополняют кальцинированная сода с едким натром (карбонат, гидроксид натрия), марганцовка (перманганат калия).

Их производят миллионами тонн:

Каустическая сода (в просторечии едкий натр) – ингредиент при варке мыла, производстве алюминия, искусственных волокон.
Кальцинированная сода – сырье для получения мыла, стекла, заменитель хозяйственного мыла.

Каустическая и кальцинированная сода, глауберова соль несъедобны. Только столовая сода и поваренная соль.

Пищевая сода нашла применение как домашнее средство для устранения ангины, обязательный ингредиент выпечки, натуральный консервант.

Альбит и ортоклаз классифицируются как коллекционный и декоративно-поделочный материал.

Техника безопасности

Химически активные элементы требуют осторожности.

При самостоятельной работе соблюдают следующие правила:

Перед началом работы надеть защитные перчатки и очки (маску).
Кусочек отрезают скальпелем от массива, не вытаскивая из керосина.
В емкости, заполненной аргоном, счищают с поверхности остатки оксидов.
Очищенный образец помещают в сосуд, где будет проводиться опыт.
Остатки, не затронутые реакцией, засыпают сухим спиртом.

Аналогичный порядок работы со щелочноземельными элементами. Они так же химически активны.

Щелочные и щелочноземельные металлы хранят притопленными в керосине: контакт с водой, воздухом заканчивается взрывом.

1. Щелочные металлы: общая характеристика, строение; свойства и получение простых веществ

Щелочными металлами называются химические элементы-металлы \(IA\) группы Периодической системы Д. И. Менделеева: литий \(Li\), натрий \(Na\), калий \(K\), рубидий \(Rb\), цезий \(Cs\) и франций \(Fr\).

Электронное строение атомов. На внешнем энергетическом уровне атомы щелочных металлов имеют один электрон ns 1 . Поэтому для всех металлов группы \(IA\) характерна степень окисления \(+1\).

увеличение радиуса атомов;
усиление восстановительных, металлических свойств.

Нахождение в природе. Из щелочных металлов наиболее широко распространены в природе натрий и калий. Но из-за высокой химической активности они встречаются только в виде соединений.

каменная соль (хлорид натрия \(NaCl\)),
глауберова соль, или мирабилит — декагидрат сульфата натрия Na 2 SO 4 \(·\) 10 H 2 O ,
сильвин — хлорид калия \(KCl\),
сильвинит — двойной хлорид калия-натрия \(KCl\) \(·\)\(NaCl\) и др.

Соединения лития, рубидия и цезия в природе встречаются значительно реже, поэтому их относят к числу редких и рассеянных.

Физические свойства простых веществ. В твёрдом агрегатном состоянии атомы связаны металлической связью. Наличие металлической связи обусловливает общие физические свойства простых веществ-металлов: металлический блеск, ковкость, пластичность, высокую тепло- и электропроводность.

В свободном виде простые вещества, образованные элементами \(IA\) группы — это легкоплавкие металлы серебристо-белого (литий, натрий, калий, рубидий) или золотисто-жёлтого (цезий) цвета, обладающие высокой мягкостью и пластичностью.

Наиболее твёрдым является литий, остальные щелочные металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу.

Только у натрия плотность немного больше единицы ρ = 1,01 г / см 3 , у всех остальных металлов плотность меньше единицы.

Химические свойства. Щелочные металлы обладают высокой химической активностью, реагируя с кислородом и другими неметаллами.

Поэтому хранят щелочные металлы под слоем керосина или в запаянных ампулах. Они являются сильными восстановителями.

Взаимодействие натрия с водой протекает с выделением большого количества теплоты (т. е. реакция является экзотермической). Кусочек натрия, попав в воду, начинает быстро двигаться по её поверхности. Под действием выделяющейся теплоты он расплавляется, превращаясь в каплю, которая, взаимодействуя с водой, быстро уменьшается в размерах. Если задержать её, прижав стеклянной палочкой к стенке сосуда, капля воспламенится и сгорит ярко-жёлтым пламенем.

Получение. Металлический натрий в промышленности получают главным образом электролизом расплава хлорида натрия с инертными (графитовыми) электродами.

§ 46. Щелочные металлы

Щелочными названы металлы, которые образуют щёлочи — растворимые в воде основания. К ним относятся элементы IA-группы — литий Li, натрий Na, калий К, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr.

Общие сведения о щелочных металлах

Щелочные металлы как химические элементы объединяет одинаковое строение валентного электронного слоя атомов, электронная конфигурация которого в основном состоянии выражается формулой ns 1 (табл. 32). Щелочные металлы обладают низкой электроотрицательностью. Валентный электрон слабо связан с атомом из-за малой величины взаимодействующих зарядов и большого размера атома. Это определяет высокую химическую активность щелочных металлов и её усиление по группе сверху вниз в связи с увеличением радиуса атомов и ослаблением взаимодействия валентных электронов с ядром. При отдаче валентных электронов атомы проявляют степень окисления +1 и образуют, как правило, соединения с ионным типом химической связи.

В таблице 32 суммированы сведения о строении и свойствах атомов щелочных металлов, а также сопоставлены физические свойства простых веществ. Приведённые данные показывают, что щелочные металлы имеют небольшую плотность и низкие температуры плавления. Щелочные металлы представляют собой кристаллические вещества с хорошей электро- и теплопроводностью.

В земной коре самыми распространёнными из щелочных металлов являются натрий и калий (по 2,4 %). Остальные s-элементы IA-группы относятся к редким элементам.

Т аблица 32. Характеристики атомов и простых веществ щелочных металлов

Рис. 109. Окраска пламени в присутствии соединений щелочных металлов

Вследствие высокой химической активности щелочные металлы находятся не в свободном состоянии, а в виде соединений. Большая часть атомов натрия и калия входит в состав различных силикатов, в том числе и алюмосиликата — полевого шпата. В промышленных масштабах добывают галит, каменную соль (NaCl), сильвин (KCl), сильвинит (смесь KCl и NaCl). Республика Беларусь обладает большими запасами этих солей. К природным соединениям относятся также селитры — NaNO₃, KNO₃ и мирабилит — Na₂SO₄ · 10H₂O.

Распознать наличие в веществе ионов щелочного металла можно по характерному окрашиванию пламени горелки при внесении в него образца вещества на железной (платиновой, нихромовой) проволоке (рис. 109, Приложение 3).

Этот эффект положен в основу спектроскопических методов качественного и количественного определения щелочных металлов.

Получают щелочные металлы электролизом расплавов их солей, например:

Химические свойства щелочных металлов

Щелочные металлы взаимодействует со многими простыми веществами-неметаллами. Так, с галогенами щелочные металлы реагируют без нагревания, с серой, водородом и азотом — при нагревании, за исключением лития, взаимодействующего с азотом при комнатной температуре:

Обратите внимание, что гидриды являются сильными восстановителями. Они восстанавливают водород из воды: NaH + H₂O = NaOH + H₂↑.

На воздухе на поверхности щелочных металлов образуется ряд соединений. Литий наименее активен. Калий может загореться самопроизвольно. Поэтому щелочные металлы хранят в хорошо закупоренных банках под слоем керосина или в запаянных ампулах.

При сгорании на воздухе щелочные металлы образуют соединения, в которых содержание кислорода увеличивается от Li к Cs:

литий образует оксид:

калий, рубидий, цезий — надпероксиды KO₂, RbO₂, CsO₂:

Оксид натрия Na₂O можно получить лишь косвенным путём, нагревая пероксид натрия с металлическим натрием:

Щелочные металлы начинают ряд активности и способны восстанавливать водород из воды с образованием щёлочи:

Эта реакция сопровождается сильным экзотермическим эффектом, и выделяющийся водород может воспламениться. Для наиболее активных щелочных металлов такой процесс сопровождается взрывом, поэтому щелочные металлы тщательно оберегают от воды. Ещё более энергично эти металлы взаимодействуют с кислотами.

Щелочные металлы реагируют также с фенолами и спиртами:

Соединения щелочных металлов

Соединения щелочных металлов, как правило, кристаллические, хорошо растворимые в воде вещества, не имеющие окраски.

Оксиды металлов IA-группы взаимодействуют с водой, кислотными и амфотерными оксидами, кислотами, что характерно для типичных основных оксидов.

Оксиды щелочных металлов растворяются в воде с образованием гидроксидов:

взаимодействуют с газообразными кислотными оксидами:

с твёрдыми кислотными и амфотерными оксидами при нагревании, а иногда даже при плавлении смеси компонентов:

с кислотами, образуя средние или кислые соли в зависимости от основности кислоты и соотношения компонентов, например:

Оксиды щелочных металлов могут взаимодействовать с кислыми солями:

Na₂О₂ взаимодействует с водой, образуя пероксид водорода:

Пероксид водорода может разлагаться с образованием атомарного кислорода: H₂О₂ = H₂О + O↑. Поэтому Na₂О₂ применяют для отбеливания соломы, шёлка, шерсти и других материалов. Эффект отбеливания обусловлен воздействием атомарного кислорода.

Пероксид натрия используют в противогазах, при подводных работах. Его применение в этих случаях основано на реакции взаимодействия с диоксидом углерода:

Выдыхаемый лёгкими углекислый газ поглощается с одновременным выделением газообразного кислорода. Последний снова может служить для дыхания.

Гидроксиды щелочных металлов — кристаллические вещества, плавящиеся без разложения. Все гидроксиды сильно поглощают влагу из воздуха и могут использоваться как осушители. Они хорошо растворимы в воде и диссоциируют в ней полностью:

Типичные химические свойства щелочей вы систематизировали при изучении материала § 27, таблицы 18, рассматривая их в свете теории электролитической диссоциации. Напомним, что щёлочи вступают в реакции с кислотами, солями, кислотными и амфотерными оксидами, амфотерными гидроксидами. NaOH и КОН в промышленности получают электролизом водных растворов хлоридов:

Cоли щелочных металлов за небольшим исключением хорошо растворимы в воде и являются сильными электролитами.

Соли щелочных металлов реагируют с кислотами, солями других металлов только в случае выделения продукта в осадок, образования малодиссоциирующего или газообразного вещества. Примеры реакций приведены ранее в таблицах 17, 19. Вам уже известно, что соли галогеноводородных кислот реагируют в растворах с галогенами (§ 30).

Биологическая роль и применение соединений щелочных металлов

Ионы натрия и калия играют важную роль в жизнедеятельности организма человека и животных. В организме взрослого человека содержание натрия составляет около 150 г, а калия — около 250 г. Ионы натрия влияют на электролитный баланс клеток организма, участвуют в транспорте через мембраны клеток аминокислот, сахаров, неорганических и органических анионов, в образовании желудочного сока. Ионы калия определяют возбудимость и проводимость сердечной мышцы, участвуют в процессах передачи нервных импульсов. Литий способен регулировать активность ферментов.

Ионы калия необходимы для жизни растений. Они находятся в основном в клеточном соке, помогают синтезу белков и сахаров, накоплению углеводов, нормализуют процесс фотосинтеза, способствуют повышению механической прочности тканей, устойчивости к некоторым заболеваниям.

Соединения щелочных металлов нашли применение в разнообразных отраслях промышленности. К примеру, силикат лития необходим для изготовления прочной керамики. Cплав лития ( 7 Li) с натрием служит эффективным теплоносителем в ядерных реакторах. Литий используют в металлургии лёгких сплавов, в производстве аккумуляторных батарей.

Нобелевская премия по химии за 2019 год присуждена Джону Гуденафу, Стэнли Уиттингему и Акире Йошино за разработку литий-ионных батарей. Литий-ионные батареи гораздо легче и компактнее, чем более ранние типы аккумуляторов. Они используются в мобильных телефонах, ноутбуках, кардиостимуляторах, электромобилях.

Из хлорида натрия получают гидроксид натрия, пероксид натрия, хлор, кальцинированную соду Na₂CO₃ и питьевую соду NaHCO₃ (пищевая добавка Е500). Его также применяют в изготовлении моющих средств и медицинских препаратов.

Сульфат натрия используют в стекольной и кожевенной промышленности, производстве моющих средств и медицинских препаратов.

Силикат натрия Na₂SiO₃ получают сплавлением NaOH или соды с кремнезёмом:

Он необходим для изготовления жаропрочного, кислото- и гидроупорного бетона, огнеупорных красок, клеев, противопожарных покрытий по дереву (антипиренов), для укрепления слабых грунтов, в производстве электродов, для очистки растительного и машинного масел.

Гидроксиды натрия и калия используются для приготовления электролитов щелочных аккумуляторов, а также в производстве мыла, красок, целлюлозы.

Соли калия KCl, KNO₃, K₂CO₃ — важные минеральные удобрения.

Щелочные металлы — s-элементы IA-группы с общей электронной конфигурацией валентного электронного слоя атома ns 1 , за исключением водорода.

Образуют соединения с ионным типом химической связи, в которых проявляют степень окисления только +1.

Обладают самой низкой электроотрицательностью и поэтому самой высокой химической активностью. Энергично взаимодействуют с водой с выделением водорода и образованием щелочей.

Оксиды и гидроксиды обладают основными свойствами.

Соли, как правило, не окрашены и хорошо растворимы в воде.

Металлы извлекают из природных соединений методом электролиза расплава солей или гидроксидов.

Вопросы, задания, задачи

Используя данные таблицы 32, охарактеризуйте физические свойства щелочных металлов. Сравните их с другими известными вам металлами. Какие закономерности в изменении их свойств наблюдаются с увеличением порядкового номера элемента?
Как доказать, что при взаимодействии натрия с водой образуется щёлочь?
Чем объясняется потребность человека в солях натрия и калия? Для чего их используют в медицине?
Составьте уравнения реакций лития, натрия, калия с кислородом, с водой.
Рассчитайте массу хлорида натрия, необходимую для приготовления гипертонического раствора объёмом 1 дм 3 (ω = 10 %, ρ = 1,071 г/см 3 ).
Приведите уравнения реакций взаимодействия KOH с кислотами, кислотными оксидами, растворами солей.
Запишите уравнения реакций получения натрия и калия электролизом расплава соответствующих солей.

Составьте уравнения реакций согласно схеме:

*Самоконтроль

1. Твёрдыми веществами являются:

2. Формулы минералов галита и мирабилита соответственно:

3. Щелочной металл можно получить в результате превращения:

4. В реакции натрия с кислородом преимущественно образуется:

5. В открытом сосуде на воздухе находится кусочек лития. На его поверхности могут образоваться:

Читайте также: