Щелочные металлы

Физические свойства

Низкие температуры плавления, малые значения плотностей, мягкие, режутся ножом.
Низкий потенциал ионизации, который уменьшается с увеличением атомного номера.

Нахождение в природе

Li
Li₂O • Al₂O₃ • 4SiO₂ — сподумен

Na
NaCl – каменная соль
Na₂SO₄ • 10H₂O – глауберова соль (мирабилит)
NaNO₃ – чилийская селитра

K
KCl • NaCl – сильвинит
KCl • MgCl₂ • 6H₂O – карналлит
K₂O • Al₂O₃ • 6SiO₂ – полевой шпат (ортоклаз)

Химические свойства

Типичные металлы, очень сильные восстановители. В соединениях проявляют единственную степень окисления +1. Восстановительная способность увеличивается с ростом атомной массы. Все соединения имеют ионный характер, почти все растворимы в воде. Гидроксиды R–OH – щёлочи, сила их возрастает с увеличением атомной массы металла.
Воспламеняются на воздухе при умеренном нагревании. С водородом образуют солеобразные гидриды. Продукты сгорания чаще всего пероксиды.

Активно взаимодействуют с водой:

2Na + 2H₂O -> 2NaOH + H₂
2Li + 2H₂O -> 2LiOH + H₂

Реакция с кислотами:
2Na + 2HCl -> 2NaCl + H₂

Реакция с кислородом:
4Li + O₂ -> 2Li₂O(оксид лития)
2Na + O₂ -> Na₂O₂(пероксид натрия)
K + O₂ -> KO₂(надпероксид калия)

На воздухе щелочные металлы мгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей (керосин и др.).

В реакциях с неметаллами образуются бинарные соединения:

2Li + Cl2 -> 2LiCl(галогениды)
2Na + S -> Na₂S(сульфиды)
2Na + H₂ -> 2NaH(гидриды)
6Li + N₂ -> 2Li₃N(нитриды)
2Li + 2C -> 2Li₂C₂(карбиды)

Реагируют со спиртами и галогенопроизводными углеводородов.

Качественная реакция на катионы щелочных металлов — окрашивание пламени в следующие цвета:

Li+ – карминово-красный
Na+ – желтый
K+, Rb+ и Cs+ – фиолетовый

Оксиды щелочных металлов – R2O

Получение

Окислением металла получается только оксид лития

4Li + O₂ -> 2Li₂O

(в остальных случаях получаются пероксиды или надпероксиды).
Все оксиды (кроме Li2O) получают при нагревании смеси пероксида (или надпероксида) с избытком металла:

Na₂O₂ + 2Na -> 2Na₂O
KO₂ + 3K -> 2K₂O

Химические свойства

Типичные основные оксиды.
Реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами:

Li₂O + H₂O -> 2LiOH
Na₂O + SO₃ -> Na₂SO₄
K₂O + 2HNO₃ -> 2KNO₃ + H₂O

Пероксид натрия Na₂O₂

Получение

2Na + O₂ -> Na₂O₂

Гидроксиды щелочных металлов – ROH

Белые, кристаллические вещества, гигроскопичны; хорошо растворимы в воде (с выделением тепла). В водных растворах нацело диссоциированы.

Получение

Электролиз растворов хлоридов:

2NaCl + 2H₂O -> 2NaOH + H₂­ + Cl2­

катод: 2H⁺ + 2ē -> H⁰_2­
анод: 2Cl^— – 2ē -> Cl⁰₂­

Обменные реакции между солью и основанием:

K₂CO₃ + Ca(OH)₂ -> CaCO₃ + 2KOH

Взаимодействие металлов или их основных оксидов (или пероксидов и надпероксидов) с водой:

2Li + 2H₂O -> 2LiOH + H₂­
Li₂O + H₂O -> 2LiOH
Na₂O₂ + 2H₂O -> 2NaOH + H₂O₂

Химические свойства

R–OH – сильные основания (щелочи) (основность увеличивается в ряду LiOH – NaOH – KOH – RbOH –CsOH); реагируют с кислотными оксидами и кислотами:

2NaOH + CO₂ -> Na₂CO₃ + H₂O
LiOH + HCl -> LiCl + H₂O

При сплавлении NaOH с ацетатом натрия образуется метан:

NaOH + CH₃COONa –t°-> Na₂CO₃ + CH₄­

Задачи:

1. Изобразите электронные и графические электронные формулы натрия и рубидия. Какой из этих
металлов проявляет более сильные восстановительные свойства?
2. Щелочной металл массой 1,56 г помещен в газообразный хлор (газ в избытке). Полученное твердое вещество растворили в воде и добавили раствор нитрата серебра. При этом образовался осадок массой 5,74 г. Какой металл был взят для реакции?
3. Гидроксид калия получают электролизом водного раствора хлорида калия. Напишите уравнения
реакций, протекающих при электролизе. Рассчитайте массу полученной щелочи, если в результате этого процесса на аноде образовался хлор объемом 56 л (нормальные условия).
4. При электролизе водного раствора хлорида калия получен гидроксид калия массой 22,4 г. Определите массу воды, которая образуется при сгорании водорода, выделившегося в результате электролиза.
5. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Na → NaOH → NaCl → NaOH → Na
Уравнения изобразите в молекулярной и сокращенной ионной формах.
6. Напишите уравнения реакций, протекающих при электролизе водного раствора и расплава бромида калия. Какие вещества можно получить при этом?