碱金属概述¶

碱金属的性质¶

碱金属性质概述¶

碱金属大多为银白色固体（铯 Cs 略带金色）、密度小柔软、熔沸点低。
按照从上到下，\(\ce{Li,Na,K,Rb,Cs}\)，熔沸点降低、密度增大（钾反常小），与氧气反应更加复杂。

\[ \ce{Li + O2 -> LiO2} \]

\[ \ce{Na + O2 -> Na2O, Na2O2} \]

\[ \ce{K + O2 -> K2O, K2O2, KO2, KO3} \]
对应的碱，除了氢氧化锂外均为强碱，且碱性依次增强。

钠单质的物理性质¶

质软。
银白色金属光泽。
常温下是固态。
密度比水小，比煤油大。
熔点低。

钠单质的化学性质¶

钠与氧气的反应¶

常温：迅速被氧化为 \(\ce{Na2O}\)，失去金属光泽。

\[ \ce{4Na + O2 -> 2Na2O} \]
加热：先熔化后燃烧，发出黄色火焰，生成淡黄色固体。

\[ \ce{2Na + O2 -> Na2O2} \]
钠着火后用沙土盖灭。

钠与水的反应¶

\[ \ce{Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^} \]

现象	解释
钠浮在水面上	钠密度比水小
熔化成光亮的小球	反应放热，钠熔点低
四处游动	反应生成气体
发出嘶嘶响声	反应剧烈，产生气体
产生使酚酞变红的物质	生成碱性物质

钠与酸的反应¶

与非氧化性酸（e.g. HCl）发生反应：

\(\ce{2Na + 2HCl -> 2NaCl + H2 ^}\)。
\(\ce{2Na + H2O -> 2NaOH + H2 ^}\)。

其中与强酸的反应一般比与水的更剧烈。

钠与盐的反应¶

与盐溶液反应：

先和水生成碱。
后发生碱和盐的反应。

\[ \ce{2Na + 2H2O + CuSO4 -> H2 ^ + Na2SO4 + Cu(OH)2 v} \]
现象：同时有气体和沉淀产生。

与熔融盐盐发生置换反应：

\[ \ce{2Na + CuSO4 -> Cu + Na2SO4} \]

钠的应用¶

高压钠灯。
冶炼金属（e.g. \(\ce{TiCl4}\)）。
钠钾合金用作原子反应堆的导热剂。

钠单质长期暴露在空气中，会变为 \(\ce{Na2CO3}\) 固体。

钠的氧化物¶

氧化钠的性质¶

作为碱性氧化物，与酸、水、酸性氧化物的反应：

\[ \begin{aligned} \ce{Na2O + 2HCl &-> 2NaCl + H2O}\\ \ce{Na2O + H2O &-> 2NaOH}\\ \ce{Na2O + CO2 &-> Na2CO3} \end{aligned} \]

同时存在 \(\ce{2Na2O + O2 -> 2Na2O2}\) 在加热条件下生成。

过氧化钠的性质¶

类似氧化钠的：

\[ \begin{aligned} \ce{2Na2O2 + 4HCl &-> 4NaCl + 2H2O + O2}\\ \ce{2Na2O2 + 2H2O &-> 4NaOH + O2}\\ \ce{2Na2O2 + 2CO2 &-> 2Na2CO3 + O2} \end{aligned} \]

可以进行氧气供给。

\[ \begin{aligned} \ce{Na2O2 + SO2 &-> NaSO4}\\ \ce{Na2O2 + SO3 &-> NaSO4 + O2} \end{aligned} \]

这是因为其具有强氧化性，另外其还具有漂白性，可以用于杀菌消毒。

钠的氧化物题型¶

关于 \(\ce{Na2O2}\) 的增重：

\(\ce{Na2O2}\) 与 \(\ce{H2O}\) 反应，相当于增加了 \(\ce{H2}\) 的重量。
\(\ce{Na2O2}\) 与 \(\ce{CO2}\) 反应，相当于增加了 \(\ce{CO}\) 的重量。

因此：\(a\pu g\) 的 \(\ce{H2,CO}\) 混合气体与足量氧气点燃，生成的气体通过足量过氧化钠，增重 \(a\pu g\)。

	\(\ce{Na2O}\)	\(\ce{Na2O2}\)
颜色	白色	淡黄色
氧的化合价	\(-2\)	\(-1\)
阴阳离子个数比	\(1:2\)	\(1:2(\ce{O2^2-})\)
稳定性	不稳定	较稳定

钠的碳酸（氢）盐¶

套管实验¶

理论：\(\ce{Na2CO3}\) 比 \(\ce{NaHCO3}\) 更碱、更溶、更稳定。

外层：\(\ce{Na2CO3}\)，无明显现象。
内层：\(\ce{NaHCO3}\)，塞蘸有无水硫酸铜的棉花，插入澄清石灰水中。

类似的结论有 \(\ce{OH- + HCO3+ -> H2O + CO3^2-}\)。

半径法¶

向 \(\ce{NaOH}\) 溶液中通入二氧化碳。
向得到的溶液中加入稀盐酸，记录二氧化碳产生量与加入盐酸的量的折线图。

从折点开始画圆，半径为左右较小的长度，圆内平阶段发生碳酸钠的反应，前发生氢氧化钠的反应。

海水制碱¶

氨碱法（索尔维制碱法）：

原料：食盐 \(\ce{NaCl}\)、石灰石 \(\ce{CaCO3}\)。
媒介：\(\ce{NH3}\)。
流程：

\[ \ce{饱和食盐水 ->[NH3] 饱和氨盐水 ->[CO2] 碳酸氢钠 ->[过滤] ->[加热] 碳酸钠} \]
化学方程式：

\[ \ce{NaCl + NH3 + CO2 + H2O -> NH4Cl + NaHCO3} \]

经典问题：

氨气使溶液具有碱性，可以吸收更多的二氧化碳。
相同温度下，\(\ce{NaHCO3}\) 溶解度小于 \(\ce{NH4Cl}\)，先析出。
\(\ce{NaHCO3}\) 的相对分子质量大于 \(\ce{NH4Cl}\)，先达到饱和。

工业流程：

循环使用 \(\ce{NaHCO3}\) 分解产生的氨气。
使用碳酸钙制取 \(\ce{Ca(OH)2}\) 与 \(\ce{NH4Cl}\) 反应，循环利用氨气。
缺点：产生 \(\ce{CaCl2}\) 无用物质，\(\ce{NaCl}\) 利用率低。

联合制减法（侯氏制碱法）：

氨厂与碱厂联合：碱厂直接利用氨厂产出的氨气和二氧化碳。
中国农业化肥需求量大，\(\ce{NH4Cl}\) 直接作为化肥生产，无 \(\ce{CaCl2}\) 污染。

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