思考题

20-1 在自然界中有无碱金属的单质和氢氧化物存在？为什么？

解：在自然界中，没有碱金属单质及氢氧化物存在，因为碱金属是很活泼的金属，可被空气中的氧所氧化，也可与自然界中的水反应，故不能以单质存在于自然界；碱金属的氢氧化物都属于强碱，能与空气中的酸性气体（如CO2）和自然界中的酸性物质作用生成盐类，所以也不能存在于自然界中。

20-2 试根据碱金属和碱土金属元素价电子层构型的特点，说明它们化学活泼性的递变规律。

解：碱金属价层电子构型为ns1；碱土金属价层电子构型为ns2，从上到下，随着电子层数的增加，原子半径增大，核对外层电子的吸引力减小，金属活泼性增强。而同周期，从碱金属到碱土金属，由于ns2构型比ns1稳定，所以金属的活泼性下降。

20-3 为什么半径大的s区金属易形成非正常氧化物？Li、Na、K、Rb、Cs和Ba在过量的氧中燃烧，生成何种氧化物？各类氧化物与水反应的情况为何？

解：因为原子半径大，空间可容纳较多的氧原子，所以可形成非正常氧化物，如超氧化物，过氧化物。碱金属在过量的氧中燃烧，Li由于半径特别小，只生成普通氧化物Li2O，Na生成过氧化物Na2O2，K、Rb、Cs皆形成超氧化物（MO2），Ba则形成过氧化物。各类氧化物与水作用的通式为：

M2O + H2O == 2MOH

M2O2 + 2H2O == 2MOH +H2O2

2MO2 + 2H2O == 2MOH + H2O2 + O2

20-4 （1）能否用NaNO3和KCl进行复分解反应制取KNO3？为什么？（2）用Na2Cr2O7和KCl制取K2Cr2O7又如何？（3）为什么制火药要用KNO3，而不用NaNO3？（4）在分析测试中为什么要用K2Cr2O7，而不用Na2Cr2O7作基准试剂？

解：(1) 能。因为反应后生成的KNO3和NaCl在水中的溶解性不同，前者溶解度随温度变化大，而后者随温度变化小，因此可通过重结晶来分离。

(2) 能。原因同(1)。

(3) 由于KNO3在空气中不吸潮，比NaNO3相对稳定。

(4) 由于K2Cr2O7在空气中不吸潮，比Na2Cr2O7更易得到纯品。

20-5 能否纯碎用化学方法从碱金属的化合物中制得游离态的碱金属？为什么不能采用电解熔融KCl的方法制取金属钾？

解：可以。在真空条件下，可采用

(1) 热还原法K2CO3 + 2C == 2K + 3CO

2LiCl + Ba == BaCl2 + 2Li(2) 金属置换法K、Rb、Cs可用强还原性金属如Na、Ca、Mg、Ba等在高温高压下还原。KCl + Na == NaCl + K↑2RbCl + Ca == CaCl2 + 2Rb↑

(3) 热分解法4KCN == 4K + 4C + 2N2

2MN3 == 2M + 3N2(M=Na、K、Rb、Cs)

若用电解熔融KCl制备金属钾，由于KCl的熔点比钾高得多，会使得电解析出的钾易挥发，或分散在熔融盐中难分离出来。

20-6 室温时，若在空气中保存锂和钾，会发生哪些反应？写出相应的化学反应方程式。金属锂、钠、钾应如何保存？

解：(1) 可被空气中氧所氧化：4Li + O2 == 2Li2O 4K + O2 == 2K2O

(2) 氧化物易吸收空气中的CO2形成碳酸盐：

Li2O + CO2 == Li2CO3K2O + CO2 === K2CO3

(3) 常温下，Li与N2发生缓慢的作用：6Li + N2 === 2Li3N

金属Li、Na、K不与煤油作用，煤油的挥发性较低，宜放在煤油中保存。

20-7 试比较碱金属与碱土金属物理性质的差异，并说明原因。

解：碱金属与碱土金属相比，碱金属具有密度小、硬度小、熔点低等特点，是典型的轻、软金属；而由于碱土金属最外层有2个电子，晶体中原子间距离小，金属键较碱金属强，因此它们的熔、沸点比碱金属高，硬度大，但导电性不如碱金属。

20-8 试根据第18章中关于物质溶解性及酸碱性的有关知识，解释碱金属与碱土金属氢氧化物的碱性和溶解性的递变规律。

解：碱金属和碱土金属的氢氧化物碱性从上到下，都是增强。这主要是金属离子半径增大所造成，离子半径从上到下依次增大，与氧结合的程度依次减弱，碱性依次增强。而同周期相比，碱金属氢氧化物的碱性大于碱土金属氢氧化物的碱性，这是由于碱土金属离子的电荷比碱金属高，半径又小，与氧结合比碱金属强，所以，碱性比同周期碱金属氢氧化物弱。

碱金属和碱土金属的氢氧化物溶解性从上到下，都是增大。离子化合物在水中的溶解性首先取决于它们的晶格能大小，晶格能大，溶解度小，由于从上到下，离子半径依次增大，晶格能依次减小，所以，氢氧化物的溶解性依次增大。而同周期相比，碱金属氢氧化物的溶解性大于碱土金属氢氧化物，这是由于碱土金属离子的电荷比碱金属高，半径又小，晶格能比碱金属的大，所以，溶解性比同周期碱金属氢氧化物弱。

20-9 锂与镁有哪些相似性？铍与其它碱土金属在物理、化学性质方面又有哪些不同？解：(1) Li与Mg有以下几点相似性：1) 锂与镁在过量氧中燃烧时，均不生成过氧化物；

2) 加热锂和镁的氢氧化物时，均易分解为氧化物；3) 加热锂与镁的碳酸盐时，均易分解成相应的氧化物和CO2；4) 锂和镁的某些盐类，如氟化物、碳酸盐、磷酸盐等，均难溶于水。它们的氯化物能溶于有机溶剂如乙醇中；5) Li＋和Mg2+离子的水合能力均较强。（2）铍与其它碱土金属在物理、化学性质方面的不同：单质铍具有较高的熔、沸点，金属表面易形成致密的氧化膜，单质活泼性较弱；氧化物的熔点高、硬度大；氢氧化物溶解性小，为两性；氯化物是缺电子共价化合物，在蒸气中易发生缔合，导电性较差；易形成配合物；盐类易水解，并热稳定性低。

20-10 根据碱金属性质的递变规律，预测钫的下列性质：

（1）密度、硬度和熔点；（2）在空气中燃烧的主要产物；

（3）与H2O反应的情况；（4）氢氧化物的碱性和溶解性。

解：(1) 密度是碱金属中最大的，硬度是最小的，熔点也是最低的；

(2) 在空气中燃烧的主要产物是超氧化物；

(3) 与水将发生更加猛烈的反应；

(4) 氢氧化物的碱性最强，溶解性最大。

20-11 根据碱土金属性质的递变规律，预测镭的下列性质：

（1）镭可以形成哪些氧化物；（2）Ra(OH)2的碱性及在水中的溶解性；

（3）RaSO4和RaCrO4在水中的溶解性；（4）RaCO3的热稳定性。

解：(1) 镭可以形成过氧化物、超氧化物等；

(2) 氢氧化物的碱性是IIA族中最强的，溶解性也是最大的；

(3) 硫酸镭和铬酸镭在水中的溶解性也最小；

(4) 碳酸镭的热稳定最大。

习题

20-1 简要说明工业上生产金属钠、烧碱和纯碱的基本原理。

解：(1) 工业上生产钠，是通过电解熔融的NaCl和CaCl2而得到。加入CaCl2后，既降低了电解质的熔点，防止了钠的挥发，又可减少金属钠的分散性。电解时电极反应是：阳极2Cl- === Cl2 + 2e-

阴极2Na+ + 2e- === 2Na

总反应2NaCl 电解2Na + Cl2

(2) 工业上生产NaOH，主要是通过电解食盐水而得到。

电解反应2NaCl ＋2H2O 电解H2＋Cl2＋2NaOH

将电解后的溶液进行浓缩，可得NaOH固体。

(3) 工业上主要采用氨碱法生产纯碱。其基本过程是用饱和的食盐水吸收氨气和CO2，先制得溶解度较小的NaHCO3，再将NaHCO3煅烧生成NaCO3。

主要反应NaCl + NH3 + CO2 + H2O === NaHCO3↓+ NH4Cl

2NaHCO3△Na2CO3 + H2O + CO2

20-2 以重晶石为原料，如何制备BaCl2、BaCO3、BaO和BaO2？写出有关的化学反应方程式。

解：(1) BaSO4 + 4C 1273K BaS + 4CO(g)

BaS + 2HCl === BaCl2 + H2S

(2) BaS + CO2 + H2O === BaCO3 + H2S

(3) BaCO3△BaO + CO2

(4) 2BaO + O2773-793K 2BaO2

20-3 写出下列反应的方程式：

（1）金属钠与H2O、Na2O2、NH3、C2H5OH、TiCl4、KCl、MgO、NaNO2的反应；（2）Na2O2与H2O、NaCrO2、CO2、Cr2O3、H2SO4(稀)的反应。

解：(1) 2Na + 2H2O === 2NaOH + H2↑

2Na + Na2O2 === 2Na2O

2Na + 2NH3 === 2NaNH2 + H2↑

2Na + 2C2H5OH === 2C2H5ONa + H2↑

4Na + TiCl4 === Ti + 4NaCl

Na + KCl 熔融K↑ + NaCl

2Na + MgO === Na2O + Mg6Na + 2NaNO2(s) △4Na2O + N2(g)

(2) 2Na2O2 + 2H2O === 4NaOH + O2(g)

Na2O2 + 2H2O 冷水H2O2 + 2NaOH

3Na2O2 + 2NaCrO2 + 2H2O ==== 2Na2CrO4 + 4NaOH

2Na2O2 + 2CO2 === 2Na2CO3 + O2(g)

3Na2O2 + Cr2O3 === 2Na2CrO4 + Na2O

2Na2O2 + 2H2SO4(稀) === 2Na2SO4 + 2H2O2

2H2O2 === 2H2O + O2

20-4完成下列各步反应方程式：

（1）MgCl2Mg 3 M g(O H)2

5 4

MgCO36M g(N O3)27 MgO

解：（1） 1. MgCl2 熔融电解Mg + Cl2↑

2. Mg + Cl2△MgCl2

3. Mg + H2O △Mg(OH)2 + H2

4. Mg(OH)2△MgO + H2O

5. MgCO3 + 2HCl === MgCl2 + CO2 + H2O

6. MgCO3 + 2HNO3 === Mg(NO3)2 + CO2 + H2O

7. 2Mg(NO3)2△2MgO + 4NO2 + O2

或Mg(NO3)2 + 2NaOH === Mg(OH)2 + 2NaNO3

Mg(OH)2△MgO + H2O

（2）CaCO3CaO C a(N O3)2

5

解：（2） 1. CaCO 3 △ CaO + CO 2

2. CaO + H 2O === Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO 2 === CaCO 3 + H 2O

3. CaO + 2HNO 3 === Ca(NO 3)2 + H 2O

4. Ca(NO 3)2 + 2NaOH === Ca(OH)2 + 2NaNO 3 Ca(OH)2 △ CaO + H 2O

5. CaCl 2 + Na 2CO 3 === CaCO 3 + 2NaCl

6. CaCO 3 + 2HCl === CaCl 2 + CO 2 + H 2O

7. CaCl 2 熔融电解 Ca + Cl 2

8. Ca + 2H 2O === Ca(OH)2 + H 2

9. Ca(OH)2 + 2HNO 3 === Ca(NO 3)2 + 2H 2O

20-5 含有Ca 2+、Mg 2+和SO 42-离子的粗食盐如何精制成纯的食盐，以反应式表示。 解：先将粗食盐溶于水制成溶液

加入BaCl 2溶液，除去硫酸根离子：

BaCl 2 + SO 42- === BaSO 4 + 2Cl -

再加入NaOH 和Na 2CO 3的混合溶液，除去Mg 2+、Ca 2+和过量的Ba 2+离子：

Mg 2+ + 2OH - === Mg(OH)2

Ca 2+ + CO 32- === CaCO 3

Ba 2+ + CO 32- === BaCO 3

过滤，加盐酸调pH 为4，除去过量的碳酸根离子：

2H + + CO 32- === CO 2 + H 2O

H + + OH - === H 2O

将溶液蒸发、浓缩、结晶、烘干得纯食盐。

20-6 试利用铍、镁化合物性质的不同，鉴别下列各组物质：

（1）Be(OH)2和M g(O H )2； （2）BeCO 3和MgCO 3； （3）BeF 2和MgF 2。 解： (1) Be(OH)2具两性而Mg(OH)2为碱性，加入过量强碱，Be(OH)2溶解，而Mg(OH)2 不溶可区分或分离。

(2) (A) BeCO 3可与(NH 4)2CO 3作用形成可溶性配合物(NH 4)6[Be 4O(CO 3)6]，而难溶于水的MgCO 3不具有这种性质。

(B) BeCO 3分解温度低于100℃，而MgCO 3分解温度为540℃； 利用以上两种性质之一区分它们。

(3) BeF 2易形成BeF 42−，而MgF 2不易形成 [MgF 4]2-；

利用这一性质可区别之。

20-7 商品NaOH中为什么常含杂质NaCO3？如何检验？又如何除去？

解：（1）商品NaOH中常含杂质NaCO3是因为它易与空气中的CO2反应；

（2）检验方法：取少量商品溶于水配成溶液，向其中加入澄清石灰水若有白色沉淀生成，则可检验其中含有NaCO3；

（3）除去方法；配制NaOH的饱和溶液，NaCO3因不溶于其中而沉淀析出，取上层清夜，用煮沸后冷却的新鲜水稀释到所需浓度为止。

20-8 以C a(O H)2为原料，如何制备下列物质？以反应方程式表示之。

（1）漂白粉；（2）氢氧化钠；（3）氨；（4）氢氧化镁。

解：(1) 2Cl2 + 2Ca(OH)2 === Ca(ClO)2 + CaCl2 + 3H2O

(2) Ca(OH)2 + Na2CO3 === 2NaOH + CaCO3↓

(3) Ca(OH)2 + (NH4)2CO3 === CaCO3 + 2NH3 + 2H2O

(4) Ca(OH)2 + MgCl2 === CaCl2 + Mg(OH)2↓

20-9 为什么选用过氧化钠做潜水密封舱中的供氧剂？为什么选用氢化钙做野外氢气发生剂？请写出有关方程式。

解：(1) Na2O2能同人呼出的CO2作用，放出氧气供人吸入。

2Na2O2 + 2CO2 === 2Na2CO3 + O2

(2) CaH2 + H2O === Ca(OH)2 + H2

20-10 写出下列物质的化学式：

光卤石明矾重晶石天青石白云石方解石

苏打石膏萤石芒硝元明粉泻盐

解：光卤石：KCl·MgCl2·6H2O 明矾：KAl(SO4)2·12H2O

重晶石：BaSO4天青石：SrSO4

白云石：CaCO3·MgCO3方解石：CaCO3

苏打：Na2CO3石膏：CaSO4·2H2O

萤石：CaF2芒硝：Na2SO4·10H2O

元明粉：Na2SO4泻盐：MgSO4·7H2O

20-11 下列反应的热力学数据如下：

MgO(s) + C(s, 石墨）==== CO(g) + Mg(s)

△f HӨ(298K)/ kJ·mol-1–601.7 0 –110.52 147.7

△f GӨ(298K)/ kJ·mol-1–569.4 0 –137.15 113.5

SӨ (298K)/ J·mol-1·K–1 26.94 5.74 197.56 148.54

试计算：（1）反应的热效应△f HӨ(298K)；（2）反应的自由能变△f GӨ(298K)；（3）在标准条件下，用C(s, 石墨)还原MgO制取金属镁时，反应自发进行的最低温度是多少？

解：(1) △r HӨ = 147.7 + (-110.52)－(-601.7) = 638.88 kJ·mol-1

(2) △r GӨ =113.5+(-137.15)－(-569.4) = 545.75kJ·mol-1

(3) △r S Ө = 197.56 + 148.54 －(26.96+5.74) = 313.4 J ·mol -1·K -1

T ≥△r H Ө/△r S Ө = 638.88×1000 / 313.4 =2038 K

20-12 如何鉴别下列物质？

（1）Na 2CO 3、NaHCO 3和NaOH ；（2）CaO 、C a (OH )2和CaSO 4。

解：(1) 先将三种物质溶于水后，加入盐酸，无气体产生的是NaOH ，有气体产生的是NaHCO 3和Na 2CO 3，再用pH 试纸检测后两种溶液，pH 值大的是Na 2CO 3，pH 值小的是NaHCO 3。

(2) 将三种物质分别溶于水，与水迅速反应并放出大量热的是CaO ，溶于水后溶液显碱性的是Ca(OH)2，难溶于水，并且水溶液显中性的是CaSO 4。

20-13 已知M g(O H )2的K sp =1.8×10–11，NH 3的K b =1.8×10–5，计算反应：

M g(O H )2 + 2NH 4+

Mg 2+ + 2NH 3 +2H 2O

的平衡常数K ，讨论M g(O H )2在氨水中的溶解性。

解： K=2224232]

[][][]][[−−++⋅OH OH NH NH Mg =232)]([])([NH K OH Mg K b SP =2

511

)108.1(108.1−−××= 0.1 M g(O H )2可溶于铵盐中。

20-14 往BaCl 2和CaCl 2的水溶液中分别依次加入：

（1）碳酸铵；（2）醋酸；（3）铬酸钾，各有何现象发生？写出反应方程式。 解： (1) 加入碳酸铵： BaCl 2和CaCl 2溶液都有白色沉淀产生。

BaCl 2 + (NH 4)2CO 3 === 2NH 4Cl + BaCO 3↓

CaCl 2 + (NH 4)2CO 3 === 2NH 4Cl + CaCO 3↓

(2) 再加入醋酸：白色沉淀均溶解。

BaCO 3 + 2HAc === Ba(Ac)2 + CO 2 + H 2O

CaCO 3 + 2HAc === Ca(Ac)2 + CO 2 + H 2O

(3) 加入铬酸钾后，有铬酸钡和铬酸钙黄色沉淀生成。

Ba(Ac)2 + K 2CrO 4 === BaCrO 4↓ + 2KAc

Ca(Ac)2 + K 2CrO 4 === CaCrO 4↓ + 2KAc下载本文