I A группа химических элементов ПСХЭ Д. И. Менделеева

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).

4Li + O₂ = 2Li₂O 2Na + O₂ = Na₂O₂ K + O₂ = KO₂

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.

8Na + 5 H₂SO₄(конц) = 4 Na₂SO₄ + H₂S + 4H₂O

сразбавленной азотной продуктом восстановления является нитрат аммония или аммиак.

8Na + 10 HNO₃(разб) = 8 NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O

сконцентрированной азотной продуктом восстановления является оксид азота (I).

8Na + 10 HNO₃ (конц) = 8 NaNO₃+ N₂O + 5H₂O

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 = Al₂O₃ + 3Li Na + KCl = NaCl + K

2RbCl + Ca = 2Rb + CaCl₂ 2CsCl + Mg = 2Cs + MgCl₂

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.

Задания.

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?

Задачи.

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_XHg_Yсобрано 22,4 л газа. Установите химическую формулу амальгамы. (Na_XHg₂)

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 м³ 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 м³20% 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%)

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/320025-i-a-gruppa-himicheskih-jelementov-pshje-d-i-m