海南大学：《无机化学》课程教学资源（作业习题）第十二章 碱金属和碱土金属（含解答）

第十二章碱金属和碱土金属 1、为什么不电解熔融KC制K? 答：(1)钾的沸点较低(774C)而KC1熔点己730℃，所以钾蒸气逸出有危险。而NaC 熔点804℃，加CaCl2后降为600℃，Na的沸点为883℃。(2)K比Na更易溶于熔融 的氯化物中，因此难于分离。(3)K在电解槽中更易生成超氧化物KO2,KO2与K作 用易引起爆炸。 2、R-0-H规则 答：R一0一H可以有两种电离方式：碱式电离或酸式电离，取决于R的离子势心=Z/r。 离子势越大（电荷多、半径小）则R吸引0原子的电子云强，使0一H健制弱越多， 则越易酸式离解：反之，离子势越小（电荷少、半径大）则R一0键较弱，O一H键较 强，则越易碱式离解。经验规律： 当r以A为单位时， ④3.2酸性 3、解释锂的特殊性，从电离能看，Li不如Na、K活泼：但从电极电势看，Li比Na、K活泼： 又从与水反应的激烈程度看，Li又不如a、K活泼。 答：(1)条件不同，衡量标淮也不同，金属活泼性顺序也不同： 电离能是一种原子的性质，表示气态下原子的活泼性：而是金属单质在水中进行反 应时活泼性的量度，它除电离能外还涉及升华能、气态离子水合热等能量变化。由于 山半径特别小，所以水合热特别大，它弥补了升华能、电离能偏高外还有余。因此综 合的结果，形成水合离子所放出的能量是山的最多，故最低。 (2)一个变化过程除考虑热力学因素外尚需考虑动力学因素： 从热力学上看，在水中活泼性是Li大于Na、K。但在与水反应时，Li的动力学因素不 如Na、K。Li的熔点较高(180.5℃，而Na是97.8℃)反应的热不能使Li熔融，但 Na,K则可熔融（这不同测E时保持恒温条件）：此外，LiOH的溶解度较小，而NaOH KOH的溶解度很大，所以LOH的覆盖影响了反应进行（这里是自由扩散，不同于测 定E时有充分的搅拌)。故Li与水的反应不如Na、K激烈

第十二章 碱金属和碱土金属 1、为什么不电解熔融 KCl 制 K? 答：（1）钾的沸点较低（774℃）而 KCl 熔点已 730℃，所以钾蒸气逸出有危险。而 NaCl 熔点 804℃，加 CaCl2 后降为 600℃，Na 的沸点为 883℃。（2）K 比 Na 更易溶于熔融 的氯化物中，因此难于分离。（3）K 在电解槽中更易生成超氧化物 KO2，KO2 与 K 作 用易引起爆炸。 2、R－O－H 规则 答：R－O－H 可以有两种电离方式：碱式电离或酸式电离，取决于 R 的离子势 Φ＝Z / r 。 离子势越大（电荷多、半径小）则 R 吸引 O 原子的电子云强，使 O－H 键削弱越多， 则越易酸式离解；反之，离子势越小（电荷少、半径大）则 R－O 键较弱，O－H 键较 强，则越易碱式离解。经验规律： 当 r 以  A 为单位时，  3.2 酸性 3、解释锂的特殊性，从电离能看，Li 不如 Na、K 活泼；但从电极电势看，Li 比 Na、K 活泼； 又从与水反应的激烈程度看，Li 又不如 Na、K 活泼。 答：（1） 条件不同，衡量标准也不同，金属活泼性顺序也不同： 电离能是一种原子的性质，表示气态下原子的活泼性；而 E  是金属单质在水中进行反 应时活泼性的量度，它除电离能外还涉及升华能、气态离子水合热等能量变化。由于 Li＋半径特别小，所以水合热特别大，它弥补了升华能、电离能偏高外还有余。因此综 合的结果，形成水合离子所放出的能量是 Li 的最多，故 E 最低。 （2）一个变化过程除考虑热力学因素外尚需考虑动力学因素： 从热力学上看，在水中活泼性是 Li 大于 Na、K。但在与水反应时，Li 的动力学因素不 如 Na、K。Li 的熔点较高（180.5℃，而 Na 是 97.8℃）反应的热不能使 Li 熔融，但 Na 、K 则可熔融（这不同测 E 时保持恒温条件）；此外，LiOH 的溶解度较小，而 NaOH、 KOH 的溶解度很大，所以 LiOH 的覆盖影响了反应进行（这里是自由扩散，不同于测 定 E 时有充分的搅拌）。故 Li 与水的反应不如 Na、K 激烈

4、简要说明和Mg之间的“对角线关系”。 答：对角线规则指在周期表的二、三周期中，某一元素的性质和它左上方或右下方的元素性 质的相似性。L和Mg之间符合这样的关系，是由它们原子半径、离子电荷相差不大，有相 近的离子场力决定的。和Mg之间相似的性质表现为：与氧反应都生成普通氧化物而不生 成过氧化物：都可生成氢化物：都可与氨化合：碳酸盐及磷酸盐难溶于水：氢氧化物都是中 强碱，且溶于水，溶解度小。 5、写出下列反应的化学方程式 (1)锂和镁与氨气的反应： (2)钠和水的反应： (3)钠和甲醇的反应： (④)钠和四氯化碳的反应： (⑤)Na-Hg汞齐和水的反应： (6以纳为还原剂把T(s)从TCL山还原出来的反应： (⑦)MgCO和CaCO3混合的白云石的熳烧反应： (8)NaO2和CO2的反应。 答：(I)6Li+N2=2LisN:3Mg+=MgN: (2)2Na+2l0=2NaOH+h↑： (3)2Na+2CHOH=2 CHsONa+h↑： (4)4Na+CC:=4NaC+C(700rC,Ni-Co-Mn合金催化剂) (5)2NaHg+2H2O=2NaOH+H21+2Hg (6)TiCl +4Na Ti+4NaCl (7)MgC0,+CaCO,=Mg0+Ca0+2C02↑（高温）： (8)Na:O2+CO2 =NaCO3+O2 6、解释下列现象： (山)对于给定的碱金属，其第二电离能远高于第一电离能 (2)对碱金属的电极反应：M(aq)+c=M(s,E非常接近。 (③)对所有的碱金属而言，在水溶液中山是最强的还原剂。 答：()对于碱金属而言，最外层的电子组态为。由于受到内层电子强烈的屏蔽作用而使 得核对电子的控制较为松弛，显示为第一电离能较低：而内层是满层，失去电子自然就

4、简要说明 Li 和 Mg 之间的“对角线关系”。 答：对角线规则指在周期表的二、三周期中，某一元素的性质和它左上方或右下方的元素性 质的相似性。Li和Mg之间符合这样的关系，是由它们原子半径、离子电荷相差不大，有相 近的离子场力决定的。Li和Mg之间相似的性质表现为：与氧反应都生成普通氧化物而不生 成过氧化物；都可生成氢化物；都可与氮化合；碳酸盐及磷酸盐难溶于水；氢氧化物都是中 强碱，且溶于水，溶解度小。 5、写出下列反应的化学方程式： (1) 锂和镁与氮气的反应； (2) 钠和水的反应； (3) 钠和甲醇的反应； (4) 钠和四氯化碳的反应； (5) Na-Hg 汞齐和水的反应； (6) 以钠为还原剂把Ti(s)从TiCl4(l)还原出来的反应； (7) MgCO3和CaCO3混合的白云石的煅烧反应； (8) Na2O2和CO2的反应。 答：(1) 6Li + N2 =2Li3N ；3Mg + N2 = Mg3N2 ； (2) 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑ ； (3) 2Na + 2CH3OH= 2CH3ONa + H2 ↑ ； (4) 4Na + CCl4 = 4NaCl + C（700oC，Ni-Co-Mn合金催化剂）； (5) 2NaHg + 2H2O ＝ 2NaOH + H2↑ + 2Hg ； (6) TiCl4 + 4Na ＝ Ti + 4NaCl (7) MgCO3 + CaCO3 ＝ MgO + CaO + 2CO2 ↑ (高温)； (8) Na2O2 + CO2 ＝Na2CO3 + O2 ↑ 6、解释下列现象： (1) 对于给定的碱金属，其第二电离能远高于第一电离能。 (2) 对碱金属的电极反应：M+ (aq) + e = M(s)，E 非常接近。 (3) 对所有的碱金属而言，在水溶液中 Li 是最强的还原剂。 答：(1) 对于碱金属而言，最外层的电子组态为ns 1。由于受到内层电子强烈的屏蔽作用而使 得核对ns 1 电子的控制较为松弛，显示为第一电离能较低；而内层是满层，失去电子自然就

比较困难，因此第二电离能远高于第一电离能。 (2)对碱金属的反应：M(q)+e=Ms)而言，在水溶液中，由于其热力学循环的总焓变 基木相等，当上述反应在常温常压下进行时，相对于格变而言的嫡变项很小，可以忽略不计 所以还原过程的AG可以用AHP取代。既然△G接近，则以△G-nFE计算其E,必然使 得其标准电极电势比较接近。 (3)L山半径极小，在水溶液中，其溶剂化程度和强度最大，产生较大的水合能（负值），不 仅补偿了其电离能（正值）的差值，而且还远高于其他碱金属，致使其总烙变较大，从而具有 较大的标准电极电势。 7、市售的NaOH中为什么常含有NaCO,杂质？如何配制不含NaCO,杂质的NOH稀溶 液？ 答：NaOH是由Ca(OH)2溶液与NaCO,反应而得到的。过滤除去CaCO,后即得NaOH。 NaOH中可能残留少许NaCO,。同时，NaOH吸收空气中的气体也引进一些NaCO,杂质。 欲配制不含杂质的NaOH溶液，可先配制浓的NaOH溶液。由于NaCO,在浓NaOH溶液 中溶解度极小，静止后析出NaCO沉淀。再取上层清液稀释后可以得到不含杂质的NaOH 稀溶液。 8、某MgC溶液含有杂质Fe3*,现往0.10 moI-L-MgCl溶液中加入氨水来调节pH值至 7.00~8.00间，以除去Fe*。试问：为什么pH要调到7.00~8.00？pH太大时有何影响？ 、pop70时.aE2=7-819”11x10"moL, 解：()pH=7.00时，c(Fe)= 此时可把Fe3*杂质已沉淀完全，Mg(OH2开始沉淀时 OH)= 5.6×10-2 s-000 =9.7×106(molL pH=14.00-p0H-9.00 即DH>9,则MgC2可能会生成沉淀 9、在酸性介质中，E(Ca2*/Ca)-2.877V,E(Ba21Ba)-2.906V,显然，Ba的还原能力比 Ca强：但为什么在碱性介质中，E(Ca(OHz/Ca)=-3.030V,EBa(OH)2/Ba)=-2.970VCa 的还原能力大于Ba? 答：在碱性介质中，Ca2+形成溶解较小的CaOH2(K(Ca(OH2)=5.5×10-,使得浓度大大

比较困难，因此第二电离能远高于第一电离能。 (2) 对碱金属的反应：M+ (aq) + e = M(s)而言，在水溶液中，由于其热力学循环的总焓变 基本相等，当上述反应在常温常压下进行时，相对于焓变而言的熵变项很小，可以忽略不计， 所以还原过程的Gθ可以用Hθ取代。既然△Gθ接近，则以△Gθ= −nFEθ 计算其E θ，必然使 得其标准电极电势比较接近。 (3) Li+半径极小，在水溶液中，其溶剂化程度和强度最大，产生较大的水合能(负值)，不 仅补偿了其电离能(正值)的差值，而且还远高于其他碱金属，致使其总焓变较大，从而具有 较大的标准电极电势。 7、市售的 NaOH 中为什么常含有 Na2CO3 杂质？如何配制不含 Na2CO3 杂质的 NaOH 稀溶 液？ 答： NaOH 是由 Ca(OH)2 溶液与 Na2CO3 反应而得到的。过滤除去 CaCO3 后即得 NaOH。 NaOH 中可能残留少许 Na2CO3。同时，NaOH 吸收空气中的气体也引进一些 Na2CO3 杂质。 欲配制不含杂质的 NaOH 溶液，可先配制浓的 NaOH 溶液。由于 Na2CO3 在浓 NaOH 溶液 中溶解度极小，静止后析出 Na2CO3 沉淀。再取上层清液稀释后可以得到不含杂质的 NaOH 稀溶液。 8、某 MgCl2 溶液含有杂质 Fe3＋，现往 0.10 molL −1MgCl2 溶液中加入氨水来调节 pH 值至 7.00～8.00 间，以除去 Fe3＋。试问： 为什么 pH 要调到 7.00～8 .00? pH 太大时有何影响? 已知：  Ksp (Fe(OH)3)=2.8×10−39，  Ksp (Mg(OH)2)=5.6×10−12 解：(1) pH=7.00 时， 18 7 3 39 3 3 1.1 10 (10 ) 2.8 10 ( ( )) ( ) − − − − + =   = = c OH K c Fe sp  molL −1 pH=8.00 时，c(Fe3+)=1.1  10-21 molL −1 此时可把 Fe3＋杂质已沉淀完全，Mg(OH)2 开始沉淀时 c(OH- ) = 0.060 5.6 10 ( ) -12 2  = + c Mg Ksp  =9.7×10-6 (mol·L -1 ) pH = 14.00−pOH=9.00 即 pH > 9，则 MgCl2 可能会生成沉淀 9、在酸性介质中，E  (Ca2+/ Ca)=−2.877V，E  (Ba2+/ Ba)=−2.906V，显然，Ba 的还原能力比 Ca 强；但为什么在碱性介质中，E  (Ca(OH)2/ Ca) = −3.030 V，E  (Ba(OH)2/ Ba) = −2.970 V Ca 的还原能力大于 Ba？ 答：在碱性介质中，Ca2+形成溶解较小的 Ca(OH)2 (  Ksp (Ca(OH)2)=5.5×10−6 )，使得浓度大大

下降，氧化态浓度变小，电极电势E值变小，所以Ca的还原能力超过了Ba

下降，氧化态浓度变小，电极电势 E 值变小，所以 Ca 的还原能力超过了 Ba