第10章堿金屬與堿土金屬習(xí)題解答

1、第十章堿金屬和堿土金屬思考題解析1 (10-1)鉀和鈉在地殼中的豐度相近(2.74%),但為什么海洋中鉀的含量遠(yuǎn)小于鈉？(參看牟保磊編.元素地球化學(xué).26頁，北京大學(xué)出版社，1999年；曹素忱編.無機(jī)化學(xué).283頁.高等教育出版社，1993年)解：(1)不少鉀鹽在水中的溶解度比鈉鹽小，又鉀與土壤里的硅酸鹽、硅鋁酸鹽結(jié)合得很牢；(2)鉀是植物生長的要素，從巖石中溶解岀的大部分被植物所吸收。2 (10-2)堿金屬及其氫氧化物為什么不能在自然界中存在？解：因?yàn)閴A金屬的化學(xué)性質(zhì)活潑，可與空氣中的氧、自然界中的水直接反應(yīng)；堿金屬的氫氧化物均為強(qiáng)堿，易于自然界中的酸性物質(zhì)(如空氣中的C02、雨中的硝酸等)

2、作用生成鹽，所以堿金屬及其氫氧化物不能在自然界中存在。3 (10-3)金屬鈉著火時能否用 H20、CO2、石棉毯撲滅？為什么？解：金屬鈉著火時不能用 H20、C02撲滅，可用石棉毯撲滅。因?yàn)榻饘兮c著火時，若用 H20滅火，鈉可 與水反應(yīng)產(chǎn)生易燃易爆的 H2；若用C02滅火，鈉著火是表面生成的 Na2O2會與C02作用產(chǎn)生助燃的02。 石棉(CaO 3MgO 4SiO2)與鈉不作用，可用于撲滅鈉著火。4 (10-4)為什么人們常用 Na2O2作供氧劑？解：因?yàn)镹a202在室溫下與H20、C02反應(yīng)生成02,貝卩Na2O2 + 2H2O2NaOH + H 2O2t2H2O22H2O + 0212N

3、a22 + 2C02N B a2C03 + 025 (10-5)某地的土壤現(xiàn)堿性主要是由于 Na2C03引起的，加入石膏為什么有降低堿性的作用？解：石膏為CaS04,他雖然不容于水，但與 Na2C03作用可生成更難溶的 CaC03,則降低了由于 Na2C03 水解而引起的土壤堿性。6 (10-6)盛Ba(OH) 2溶液的瓶子，在空氣中放置一段時間后，其內(nèi)壁會被蒙上一層白色薄膜，這成薄膜是什么物質(zhì)？欲除去應(yīng)采用下列何種物質(zhì)來洗滌，并說明理由。水(2) 鹽酸(3) 硫酸解：薄膜是B aC03，因?yàn)锽 a (OH) 2可與空氣C02中反應(yīng)，即B a (OH) 2 十 CO2CO3 + H2O I用鹽

4、酸可將B aC03除出，因?yàn)榭砂l(fā)生下列反應(yīng):B aCO3 +2 HClBaCl2+ H2O+ CO2水和硫酸不能將B aCO3除出，前者是因?yàn)锽 aCO3不溶于水；后者是生成了難溶的BaS04。7(10-7)如何解釋下列事實(shí)：鋰的電離能比銫大，但 E ( Li + / Li)卻比E (Cs+ /Cs)小。解：假設(shè)原電池：M M+(1mol L-I)Il H+ (1mol L-1) H2(IOOkPa),Pt(+)原電池反應(yīng)：+ + 1M(S) +H+(aq) +(aq) +H2(g)2 rGm = - Z FE = ZFE (H+H)-E ( Li+/ Li) =Z，F(xiàn)E (Li +/ Li)

5、對于堿金屬如不考慮 rSm的影響，可以近似用反應(yīng)的焓變( rHm)代替反應(yīng)的吉布斯自由能變(rGm來加以說明。堿金屬在水溶液中轉(zhuǎn)變?yōu)樗想x子過程的焓變： rH m = SUbHmel(M) +I 1 ( M) + Hhe ( M +- Hhe ( H ) - I 1 (H)-1 D (H-H)2LiCS subHm (M /(KJ mol-1 )16178.811 (M /(KJ mol-1 )520376Hhe (M /(KJ mol-1 )-519-264 rH m/(KJ mol-1 )-275.0-246.2從以上數(shù)據(jù)可看出，盡管鋰的升華和電離過程吸收的能量比CS大，但Li+水合過程所

6、放出的能量比 CS大得多，從而導(dǎo)致整個過程焓變化值較CS小，所以E (Li+/ Li)值比E ( Cs+ /Cs)小。E (Li +/ Li) 比 E ( Na+/ Na)小，但鋰同水得作用不如鈉激烈。解：因?yàn)殇嚨萌埸c(diǎn)(1805C)較高，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量不足以使他熔化，而鈉的熔點(diǎn)(97.82 C)較低，鈉與水反應(yīng)放出的熱可以使其熔化，更利于與水反應(yīng)；另外Li與H2O反應(yīng)產(chǎn)物L(fēng)iOH的溶解度較小，它一經(jīng)生成即覆蓋在 Li的表面上，阻礙反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。Li比KI易溶于水，而LiF比KF難溶于水。解：Li比KI易溶于水，主要由于 Li+半徑小，其水合能大的因素占主導(dǎo)；而 LiF比KF難溶于水，主 要是

7、由于Li+半徑小，LiF的晶格能大的因素占主導(dǎo)。BeCb為共價化合物，而 CaCb為離子化合物。解：主要是由于Be2+的半徑小，極化能力強(qiáng)，故BeCl2為共價化合物；而Ca+的半徑大，極化能力弱， 故CaCI 2為離子化合物。金屬鈣與鹽酸反應(yīng)劇烈，但與硫酸反應(yīng)緩慢。解：因?yàn)榻饘兮}與硫酸反應(yīng)生成了難溶的CaSO4,覆蓋在金屬鈣的表面，妨礙了反應(yīng)的進(jìn)行。8( 10 8)為什么商品NaoH中常有Na2C3?怎樣簡便地檢驗(yàn)和除去？解：因?yàn)镹aOH易與空氣中地CO2作用，即2NaOH + 2Na23 +H2O所以商品NaOH中常有Na2CO3。取少許地商品NaOH ,加入HCI,若有CO2氣體產(chǎn)生，說明

8、含有 Na2CO3雜質(zhì)。將含有雜質(zhì)地 NaOH 加水適量溶解，加 Ca (OH ) 2,則發(fā)生下列反應(yīng)：Na2CO3 + Ca(OH)2 2NaOH +CaCO31過濾，即可除出所含 Na2CO3雜質(zhì)。9 (10 9)工業(yè)NaCI和Na2CO3中含有雜質(zhì)Ga2+、Mg 2+、Fe3+ ,通常采用沉淀法除出。試問為什么 在NaCI溶液中除加 NaOH外還要加Na2CO3?在Na2CO3溶液中還要加 NaOH ?解：在NaCI溶液中若只加 NaOH，Ga2+除不干凈，因?yàn)?Ca (OH) 2溶解度雖不大，但也不是很小， 加入Na2CO3,可生成溶解度很小地 GaCO3沉淀。在Na2CO3溶液中Mg

9、2+、Fe3+除不干凈，因?yàn)槌恋聿煌耆?，加如NaOH ,可生成溶解度很小的 Mg(OH) 2、 Fe(OH)3 沉淀。10 (10 9)用聯(lián)堿法制純堿，可使 NaCI的利用率由73 %提高到96% ,試計算每生產(chǎn) 5萬噸純堿， 可節(jié)約NaCl多少噸？由所節(jié)約的NaCl可制得無水Na2CO3多少噸？解：5.00 104t( 0.96 0.73)= 1.15 104t15 104tMr(NaCO3)Mr(NaCI)=1.15 X 104t邏=1.04 104t117即生產(chǎn)5萬噸純堿，可節(jié)約 NaCI1.15萬噸，節(jié)約的NaCI可制得無水Na2CO31.04萬噸習(xí)題解答完成下列反應(yīng)方程式解:(I)

10、N S(S) x十助IJHm -J Wa+(HH3Xc-1 fe 且合片P) O2 +2M3O 2NaOH +02G) 2K2 + 2H2 2X0H + H2Og + OifHaO+1/2 0畀 2 HaiO2 + 2C0 j21TiCO3 + O2 f 6 4KO +2COB e(0H + IOI Be(OH府Jir+ 2NH3HD(S)陽0亠H0：離) BaSOj-HH3O;I H.O + 12 OJ碳、水為原料，制備下列物質(zhì)(寫岀反應(yīng)式并注明反試以食鹽、 應(yīng)條件)。解:G)阻6；電解2NaCl(s) 3N+CL2Na亠6禱去E6；的干空拓a22 (3) NaOH;2NaCI-2H2O-i

11、 2a0H+CL4 + H2f(4) KCO5;電解12JCM2H2 2JaOH+ Cl2 f燃燒 ,C十OrC6*2NaOH - CO_A Na2COjHiO有一份白色固體混合物，其中可能含有 KCl、MgSo4、BaCl2、CaC3,根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，判斷混合物中有哪幾種化合物？化合物溶于水，得透明澄清溶液；對溶液作焰色反應(yīng)，通過鉆玻璃觀察到紫色；向溶液中加入堿，產(chǎn)生白色膠狀沉淀。解：（1）該混合物中不含 CaC03,且MgSO4、BaCl 2不會同時存在;（2）該混合物中含有KCl ；（3）該混合物中含有 MgSO4。故混合物中只有 KCl、MgSO4。4. 如何鑒別下列各組物質(zhì)：Na2

12、CO3NaHCO3NaOHCaSO4CaCO3Na2SO4MgSO4AI(OH) 3Mg(OH) 2MgCO 3解：鑒別上述各組物質(zhì)有不同方法，現(xiàn)僅舉一例供參考:有氣體放岀堿性弱1. Na2CO3NaHCO3 NaOHNa2CO3NaHCO32. CaSO4CaCO3稀HCl無現(xiàn)象有氣體放岀3. Na2SO4MgSO 4稀 NaOH無現(xiàn)象有沉:淀析岀 AI(OH) 3Mg(OH) 2MgCO3AI(OH) 3 沉淀溶解稀HCl沉淀溶解有氣體放岀-NaOH溶液沉淀溶解CO2 BaSO4J + CO2HaiCO2CaC2溶液7.某固體混合物中可能含有MgCO 3、Na2SO4、Ba(NO 3)2、

13、AgNO3和CuSO4。此固體溶于水后可得無色溶5. 如何將粗食鹽中含有的雜質(zhì)Ca2+、Mg2+和SO42-除去，試以反應(yīng)式表示之。解：加入適量BaC2(或氫氧化鋇)、Na2CO3和NaOH,其反應(yīng)式為Ba2+ + SO42-BaS04 JkCa2+ + CO32-CaC03 J #Mg2+ +2OH - Mg(OH) 2 J *Ba2+CO32-BaC3 J6. 現(xiàn)有五瓶無標(biāo)簽的白色固體粉末，他們分別是：MgCO3、BaCO3、無水Na2CO3、無水CaC2及Na2SO4, 試設(shè)法加以區(qū)別。解：MgCO 3(S)BaCO3(S)Na2CO3(S)CaC2(S)Na2SO4(S)各取少許，分別

14、加水MgCO 3 ( S) BaCO3 (S)Na2CO3溶液 CaC2溶液 Na2SO4溶液液和白色沉淀。無色溶液遇HCl無反應(yīng)，其焰色反應(yīng)呈黃色；白色沉淀溶于稀鹽酸并放岀氣體。試判斷存在、不存在的物質(zhì)各是什么?解：(1)根據(jù)“此固體溶于水后可得無色溶液和白色沉淀”，可判斷混合物中不含 CuSO4,而白色沉淀可能是 MgCO 3、BaSO4、Ag2SO4;(2)根據(jù)“無色溶液遇 HCl無反應(yīng)，其焰色反應(yīng)呈黃色”，可判斷混合物中含有 Na2SO4,不含AgNO 3；(3)根據(jù)“白色沉淀溶于稀鹽酸并放出氣體”，可判斷混合物中含有 MgCO3,白色沉淀不可能是 BaSO4 和 Ag 2SO4 o故

15、存在的物質(zhì)是 MgCO 3、Na2SO4;不存在的物質(zhì)是 Ba(NO 3)2、AgNO 3和CuSO4。8.向一含有Ba2+和Sr2+ (均為0.10molL )的溶液中，滴加 K2CrO4溶液。試問首先析出的沉淀是什么物質(zhì)？通過計算說明能否將 Ba2+和Sr2+分離(假設(shè)反應(yīng)過程中溶液體積不變)。解：(1)因 C (Ba2+) = C (Sr2+)KSP (BaCro4) = 1.17 X 10-1 KSP(SrCr04) = 2.2 X 10-5故滴加K2CrO4首先析出BaCrO4沉淀。(2)當(dāng)SrCrO4剛要析出時C(CrO42-) = KSP(S2rCrO4)cc(Sr2 ) c52.2 10mol ? L-10.10=2.210-4 mol?L-1此時C (Ba2+)KSP(BaCrO4)C(CrO4 ) C1.1710 1042.2 10mol ? L-1=5.3 10-7mol?L-1Ba2+已沉淀完全，因此可將Ba2+和Sr2+分離。9.在下圖各箭頭處填入適當(dāng)?shù)脑噭┖蜅l件，以實(shí)現(xiàn)各物質(zhì)的轉(zhuǎn)變解: ( 1)電解先加HCL溶解MgCl 2MgMg(OH) 2cl 2后加過量NAOHNaCO3HClHNO3HNO3MgCO 3Mg(NO 3)2MgO(2)HNO 3CaCO 3CaOCa(NO3)2CQ