第二章碱金属教案

碱金属我们在初中已经学习过一些金属的知识，知道金属原子最外电子层上的电子数目一般少于4个，它们在化学反应中比较容易失去最外电子层上的电子。本章将要学习的碱金属包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)和钫(Fr)①等六种元素。从上图中的这些元素的原子结构示意图可以得知，它们的最外电子层上的电子数都是1，在反应时很容易失去该电子，因此，它们都是非常活泼的金属。由于它们的氧化物的水化物都是可溶于水的强碱，因此，又将它们统称为碱金属。第一节

钠一、钠的物理性质*【实验2-1】②取一块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油后，用刀切去一端的外皮。观察钠的颜色。从实验可知，金属钠很软，可以用刀切割。切开外皮后，可以看到钠具有银白色的金属光泽。钠是热和电的良导体。钠的密度是0.97g/cm3，比水的密度小，能浮在水面上。钠的熔点是97.81℃，沸点是882.9℃。二、钠的化学性质钠原子最外电子层上只有1个电子，在化学反应中该电子很容易失去。因此，钠的化学性质非常活泼，能与氧气等许多非金属以及水等起反应。1．钠与非金属的反应*【实验2-2】观察用刀切开的钠的表面所发生的变化。把一小块钠放在石棉网上加热。观察发生的现象。通过实验我们可以看到，新切开的钠的光亮的表面很快就变暗了。这是由于钠与氧气发生反应，在钠的表面生成了一薄层氧化物所造成的。钠与氧气反应可以生成白色的氧化钠，但氧化钠不稳定。钠与充足的氧气剧烈反应生成过氧化钠，过氧化钠比较稳定。所以，钠在空气中燃烧，生成的是过氧化钠，并发出黄色的火焰。钠除了能与氧气直接化合外，还能与氯气、硫等很多非金属直接化合。例如，钠与硫化合时甚至发生爆炸，生成硫化钠。2Na+S＝Na2S2．钠与水的反应*【实验2-3】向一个盛有水的小烧杯里滴入几滴酚酞试液，然后把一小块(约为黄豆粒大的)钠投入小烧杯。观察反应的现象和溶液颜色的变化。*【实验2-4】在一个空塑料瓶中加入约3/4体积的水，用手挤压瓶子，使水面上升至近瓶口，排走瓶中的大部分空气。在胶塞上固定一根大头针，用针扎起一块黄豆粒大小的金属钠，迅速用胶塞塞住挤瘪的瓶口，倒置(图2-4)，并不断摇动塑料瓶。待反应完全后，反应产生的气体使挤瘪的瓶子复原，取下塞子，迅速用拇指堵住瓶口，并将瓶口移近火焰，检验钠与水反应所生成的气体。讨论1．将钠投入水中时，钠浮在水面上还是沉入水下，为什么？2．钠是否熔成一个小球？还有什么现象发生？为什么？3．反应后溶液的颜色有什么变化？生成的气体是什么？说明钠与水反应生成了什么？通过讨论，我们可以得出钠的密度比水小、钠与水的反应是放热反应，以及反应后生成了氢氧化钠和氢气等结论。2Na+2H2O==2NaOH+H2↑钠很容易跟空气中的氧气和水起反应，因此，在实验室中通常将钠保存在煤油里。由于钠的密度比煤油大，所以，钠沉在煤油下面，将钠与氧气和水隔绝。三、钠在自然界里的存在和主要用途自然界里的元素有两种存在形态：一种是以单质的形态存在，叫做元素的游离态；一种是以化合物的形态存在，叫做元素的化合态。钠的化学性质很活泼，所以它在自然界里不能以游离态存在，只能以化合态存在。钠的化合物在自然界里分布很广，主要以氯化钠的形式存在，如海水中氯化钠的质量分数大约为3％。除此以外，钢也以硫酸钠、碳酸钠、硝酸钠等形式存在。钠可以用来制取过氧化钠等化合物。钠和钾的合金(钾的质量分数为50％～80％)在室温下呈液态，是原子反应堆的导热剂。钠是一种很强的还原剂，可以把钛、锆、铌、钽等金属从它们的卤化物①里还原出来。钠也应用在电光源上。高压钠灯发出的黄光射程远，透雾能力强，用作路灯时，照度比高压水银灯高几倍。习题一、填空题1．钠在自然界里不能以______态存在，只能以______态存在，这是因为_______。2．由于钠很容易与空气中的______、______等物质反应，通常将钠保存在______里，以使钠与______、______等隔绝。3．钠可以把钛、锆等金属从它们的卤化物中还原出来，这是由于钠具有______性。4．(1)在空气中加热一小块钠；(2)在盛有水的烧杯中滴入几滴酚酞试液，再投入一小块钠。填写下表：二、在下列叙述中，错误的是

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]A．钠燃烧时发出黄色的火焰B．钠在空气中燃烧生成氧化钠C．钠与硫化合时可以发生爆炸D．钠是强还原剂三、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．钠在空气中燃烧2．钠与水反应四、问答题1．为什么不能直接用手拿金属钠？2．能否把钠保存在汽油里或四氯化碳(CCl4)中？说明理由。(提示：汽油易挥发、易燃；CCl4的密度比Na的大)五、4.6gNa与足量的H2O反应，计算生成的气体在标准状况下的体积(标准状况下H2的密度为0.0899g/L)。第二节

钠的化合物

钠的化合物很多，用途也很广泛。其中，钠的重要化合物——氢氧化钠和氯化钠我们在初中已学过。这里，重点学习过氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠。一、过氧化钠过氧化钠是淡黄色的固体，能与水起反应。【实验2-5】把水滴入盛有Na2O2固体的试管中，用带火星的木条放在试管口，检验生成的气体(图2-6)。【实验2-6】用棉花包住约0.2gNa2O2粉末，放在石棉网上。在棉花上滴加几滴水(图2-7)。观察发生的现象。过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气：2Na2O2+2H2O==4NaOH+O2↑这是一个放热反应，反应放出的热能使棉花燃烧，而反应中生成的氧气又使棉花的燃烧加剧。过氧化钠是强氧化剂，可以用来漂白织物、麦秆、羽毛等。过氧化钠跟二氧化碳起反应，生成碳酸钠和氧气：2Na2O2+2CO2＝2Na2CO3+O2因此，它可用在呼吸面具中和潜水艇里作为氧气的来源。二、碳酸钠和碳酸氢钠碳酸钠(Na2CO3)俗名纯碱或苏打，是白色粉末。碳酸钠晶体含结晶水，化学式是Na2CO3·10H2O。在空气里碳酸钠晶体很容易失去结晶水，并渐渐碎裂成粉末。失水以后的碳酸钠叫做无水碳酸钠。碳酸氢钠(NaHCO3)俗名小苏打，是一种细小的白色晶体。碳酸钠比碳酸氢钠容易溶解于水。碳酸钠和碳酸氢钠都能与盐酸反应放出二氧化碳：Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2↑【实验2-7】在两支试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有0.3gNa2CO3或NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管口。将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中，比较它们放出CO2的快慢(图2-8)。从上述实验可以看到，NaHCO3和Na2CO3都能与HCl溶液起反应，但NaHCO3与HCl溶液的反应要比Na2CO3与HCl溶液的反应剧烈得多。【实验2-8】把Na2CO3放在试管里，约占试管容积的1/6，往另一支试管里倒入澄清的石灰水(图2-9)，然后加热。观察澄清的石灰水是否起变化。换上一支放入同样容积NaHCO。的试管，加热。观察澄清石灰水的变化。从上述实验可以看到，Na2CO3受热没有变化，而NaHCO3受热后放出了CO2。这个实验说明Na2CO3很稳定，NaHCO3却不稳定，受热容易分解：可以利用这个反应来鉴别Na2CO3和NaHCO3。讨论如何鉴别Na2CO3、NaHCO3和NaCl？碳酸钠是化学工业的重要产品之一，有很多用途。它广泛地用于玻璃、制皂、造纸、纺织等工业中，也可以用来制造其他钠的化合物。碳酸氢钠是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一。在医疗上，它是治疗胃酸过多症的一种药剂。习题一、填空题1．在潜艇和消防员的呼吸面具中，Na2O2所起反应的化学方程式为______。在这个反应中，Na2O2为______剂(“氧化”或“还原”)。反应前______色的Na2O2在反应后变为______色的______。2．将有关反应的现象和化学方程式(对于离子反应还要求写离子方程式)填在下表的空白中。3．检验Na2CO3粉末中是否混有NaHCO3的方法是______，除去Na2CO3中混有的少量NaHCO3的方法是______。二、选择题1．下列物质放置在空气中，因发生氧化还原反应而变质的是

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]A．NaB．NaOHC．NaClD．Na2O22．下列关于过氧化钠的说法中，不正确的是

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]A．能与水反应生成碱和氧气B．是强氧化剂C．是白色固体D．能与二氧化碳起反应生成盐和氧气3．下列各组物质中，不能起反应的是

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]A．Na和H2OB．Na2SO4溶液和Cu(OH)2C．Na2O2和H2OD．Na2CO3溶液和Ca(OH)2三、写出下列反应的化学方程式，属于离子反应的，写出相应的离子方程式。四、计算题1．加热410gNaHCO3到没有气体放出时，剩余的物质是什么？计算剩余物的质量。2．加热3.24gNa2CO3和NaHCO3的混合物至质量不再变化，剩余固体的质量为2.51g。计算原混合物中Na2CO3的质量分数。第三节

碱金属元素

人们把锂、钠、钾、铷、铯等叫作碱金属，把它们放在一起研究，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2-1中给出了碱金属的主要物理性质。由表2-1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2-1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。由表2-2，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，无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，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱。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2-9】取一小块钾，擦于表面的煤油后，放在石棉网上稍加热(图2-14)。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：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2-10】在两个烧杯中各放入一些水，然后各取绿豆粒大的钠、钾，用滤纸吸干它们表面的煤油，把它们分别投入两个烧杯中，观察它们与水反应的现象有什么不同。反应完毕后，分别向两个烧杯中滴入几滴酚酞试液，观察溶液颜色的变化。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。2K+2H2O==2KOH+H2↑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，即碱金属元素随着核电荷数的增加，原子的电子层数增多，原子半径增大，它们的金属性逐渐增强。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。我们炒菜时，如果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2-11】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，观察火焰的颜色(图2-16)。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。钾的焰色反应呈紫色。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，避免碳酸钾等中所含的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？为什么？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1.0g，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

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]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0.0050g氢气，这种金属是

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]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700℃～800℃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钛时所需钠的质量。本章小结一、碱金属元素的原子结构和性质的比较二、钠和钠的化合物间的相互关系三、焰色反应多种金属或它们的化合物在灼烧时都能使火焰呈现特殊的颜色，这在化学上叫做焰色反应。根据焰色反应所呈现的特殊颜色，可以判断某些金属或金属离子的存在。四、化学学习中的科学方法在化学学习中，科学方法的训练是很重要的。例如，可以通过实验和观察等，将实验现象和数据等资料加以分析，找出一些规律性的知识，并根据这些规律性的知识和物质的内在联系等，进一步对一些物质的性质作出推论和预测，当这些推论和预测经过实验等多次论证后，可将其中正确的推论和预测上升并发展为理论。复习题一、填空题1．碱金属元素的原子最外电子层上都只有______个电子，在化学反应中容易______电子，形成______离子，它们都可做______剂。2．根据金属钠能浮在水面上及沉在煤油(密度约为0.8g/cm3)下的事实，推断金属钠的密度约为______。3．锂、钠、钾各1g，分别与足量的水反应。其中，反应最剧烈的是______，相同条件下，生成氢气的质量最大的是______。4．有四种钠的化合物W、X、Y、Z，根据下列反应式判断W、X、Y、Z的化学式。W______，X______，Y______，Z______。(1)W→X+CO2↑+H2O(2)Z+CO2→X+O2(3)Z+H2O→Y+O2(4)X+Ca(OH)2→Y+CaCO3↓二、选择题1．在空气中长时间放置少量金属钠，最终的产物是

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]A．Na2CO3B．NaOHC．Na2OD．Na2O22．下列各组物质中，反应后生成碱和氧气的是

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]A．Na和H2OB．Na2O和H2OC．K和H2OD．Na2O2和H2O3．下列有关Na2CO3和NaHCO3性质的比较中，正确的是

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]A．对热稳定性：Na2CO3＜NaHCO3B．常温时水溶性：Na2CO3＞NaHCO3C．与稀盐酸反应的快慢：Na2CO3＜Na