第10章碱金属与碱土金属习题解答

第十章碱金属和碱土金属思考题解析1（10-1）钾和钠在地壳中的丰度相近（2.74%），但为什么海洋中钾的含量远小于钠？（参看牟保磊编.元素地球化学.26页，北京大学出版社，1999年；曹素忱编.无机化学.283页.高等教育出版社，1993年）解：（1）不少钾盐在水中的溶解度比钠盐小，又钾与土壤里的硅酸盐、硅铝酸盐结合得很牢；（2）钾是植物生长的要素，从岩石中溶解出的大部分被植物所吸收。2（10-2）碱金属及其氢氧化物为什么不能在自然界中存在？解：因为碱金属的化学性质活泼，可与空气中的氧、自然界中的水直接反应；碱金属的氢氧化物均为强碱，易于自然界中的酸性物质（如空气中的CO2、雨中的硝酸等）作用生成盐，所以碱金属及其氢氧化物不能在自然界中存在。3（10-3）金属钠着火时能否用H2O、CO2、石棉毯扑灭？为什么？解：金属钠着火时不能用H2O、CO2扑灭，可用石棉毯扑灭。因为金属钠着火时，若用H2O灭火，钠可与水反应产生易燃易爆的H2；若用CO2灭火，钠着火是表面生成的Na2O2会与CO2作用产生助燃的O2。石棉（CaO·3MgO·4SiO2）与钠不作用，可用于扑灭钠着火。4（10-4）为什么人们常用Na2O2作供氧剂？解：因为Na2O2在室温下与H2O、CO2反应生成O2，即Na2O2+2H2O2NaOH+H2O22H2O22H2O+O22Na2O2+2CO22NＢa2CO3+O25（10-5）某地的土壤现碱性主要是由于Na2CO3引起的，加入石膏为什么有降低碱性的作用？解：石膏为CaSO4，他虽然不容于水，但与Na2CO3作用可生成更难溶的CaCO3，则降低了由于Na2CO3水解而引起的土壤碱性。6（10-6）盛Ba(OH)2溶液的瓶子，在空气中放置一段时间后，其内壁会被蒙上一层白色薄膜，这成薄膜是什么物质？欲除去应采用下列何种物质来洗涤，并说明理由。水（2）盐酸（3）硫酸解：薄膜是ＢaCO3，因为Ｂa（ＯＨ）２可与空气CO2中反应，即Ｂa（ＯＨ）２＋CO2ＢaCO3＋H2O用盐酸可将ＢaCO3除出，因为可发生下列反应：ＢaCO3＋２HClBaCl2+H2O+CO2水和硫酸不能将ＢaCO3除出，前者是因为ＢaCO3不溶于水；后者是生成了难溶的ＢaSO4。7(10-7)如何解释下列事实：锂的电离能比铯大，但EΘ（Li+/Li）却比EΘ（Cs+/Cs）小。解：假设原电池：M∣M+(1mol·L-1)‖H+（1mol·L-1）∣H2(100kPa),Pt(+)原电池反应：M(s)+H+(aq)M+(aq)+21H2(g)△rGmΘ＝－Z，FEθ=－Z，F{Eθ(H+/H)-Eθ（Li+/Li）}=Z，FEθ（Li+/Li）对于碱金属如不考虑△rSmΘ的影响，可以近似用反应的焓变（△rHmΘ）代替反应的吉布斯自由能变（△rGmΘ）来加以说明。碱金属在水溶液中转变为水合离子过程的焓变：△rHmΘ＝{△subHmΘ（M）+I1（M）+△HhΘ（M）}+{-△HhΘ（H+）-I1（H）-21Dθ(H-H)}LiCs△subHmΘ（M）/(KJ·mol-1)16178.8I1（M）/(KJ·mol-1)520376HhΘ（M）/(KJ·mol-1)-519-264△rHmΘ/(KJ·mol-1)-275.0-246.2从以上数据可看出，尽管锂的升华和电离过程吸收的能量比Cs大，但Li+水合过程所放出的能量比Cs大得多，从而导致整个过程焓变化值较Cs小，所以Eθ（Li+/Li）值比Eθ（Cs+/Cs）小。⑵Eθ（Li+/Li）比Eθ（Na+/Na）小，但锂同水得作用不如钠激烈。解：因为锂得熔点（180.5℃）较高，反应所产生的热量不足以使他熔化，而钠的熔点（97.82℃）较低，钠与水反应放出的热可以使其熔化，更利于与水反应；另外Li与H2O反应产物LiOH的溶解度较小，它一经生成即覆盖在Li的表面上，阻碍反应继续进行。⑶Li比KI易溶于水，而LiF比KF难溶于水。解：Li比KI易溶于水，主要由于Li+半径小，其水合能大的因素占主导；而LiF比KF难溶于水，主要是由于Li+半径小，LiF的晶格能大的因素占主导。⑷BeCI2为共价化合物，而CaCI2为离子化合物。解：主要是由于Be2+的半径小，极化能力强，故BeCI2为共价化合物；而Ca+的半径大，极化能力弱，故CaCI2为离子化合物。⑸金属钙与盐酸反应剧烈，但与硫酸反应缓慢。解：因为金属钙与硫酸反应生成了难溶的CaSO4,覆盖在金属钙的表面，妨碍了反应的进行。8（10－8）为什么商品NaOH中常有Na2CO3?怎样简便地检验和除去？解：因为NaOH易与空气中地CO2作用，即2NaOH+CO2Na2CO3+H2O所以商品NaOH中常有Na2CO3。取少许地商品NaOH，加入HCI,若有CO2气体产生，说明含有Na2CO3杂质。将含有杂质地NaOH加水适量溶解，加Ca（OH）2,则发生下列反应：+Ca(OH)22NaOH+CaCO3Na2CO3过滤，即可除出所含Na2CO3杂质。9（10－9）工业NaCI和Na2CO3中含有杂质Ga2+、Mg2+、Fe3+，通常采用沉淀法除出。试问为什么在NaCI溶液中除加NaOH外还要加Na2CO3？在Na2CO3溶液中还要加NaOH？解：在NaCI溶液中若只加NaOH，Ga2+除不干净，因为Ca（OH）2溶解度虽不大，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Mg2+、Fe3+除不干净，因为沉淀不完全，加如NaOH，可生成溶解度很小的Mg(OH)2、Fe(OH)3沉淀。10（10－9）用联碱法制纯碱，可使NaCI的利用率由73℅提高到96℅，试计算每生产5万吨纯碱，可节约NaCI多少吨?由所节约的NaCI可制得无水Na2CO3多少吨？解：5.00×104t×（0.96－0.73）＝1.15×104t15×104t×)()(3NaCIMrNaCOMr=1.15×104t×117105=1.04×104t即生产5万吨纯碱，可节约NaCI1.15万吨，节约的NaCI可制得无水Na2CO31.04万吨。习题解答完成下列反应方程式解：试以食盐、空气、碳、水为原料，制备下列物质（写出反应式并注明反应条件）。解：有一份白色固体混合物，其中可能含有KCI、MgSO4、BaCI2、CaCO3,根据下列实验现象，判断混合物中有哪几种化合物？化合物溶于水，得透明澄清溶液；对溶液作焰色反应，通过钴玻璃观察到紫色；向溶液中加入碱，产生白色胶状沉淀。解：（1）该混合物中不含CaCO3,且MgSO4、BaCl2不会同时存在；（2）该混合物中含有KCl；（3）该混合物中含有MgSO4。故混合物中只有KCl、MgSO4。4．如何鉴别下列各组物质：△Na2CO3NaHCO3NaOH△CaSO4CaCO3△Na2SO4MgSO4△Al(OH)3Mg(OH)2MgCO3解：鉴别上述各组物质有不同方法，现仅举一例供参考：1．Na2CO3有气体放出NaHCO3稀HCl有气体放出NaOH无明显现象Na2CO3pH试纸碱性强NaHCO3碱性弱2．CaSO4稀HCl无现象CaCO3有气体放出3．Na2SO4稀NaOH无现象MgSO4有沉淀析出(4)Al(OH)3沉淀溶解Mg(OH)2稀HCl沉淀溶解MgCO3有气体放出Al(OH)3NaOH溶液沉淀溶解Mg(OH)2沉淀不溶解5．如何将粗食盐中含有的杂质Ca2+、Mg2+和SO42-除去，试以反应式表示之。解：加入适量BaCl2(或氢氧化钡)、Na2CO3和NaOH，其反应式为Ba2++SO42-BaSO4↓Ca2++CO32-CaCO3↓Mg2++2OHˉMg(OH)2↓Ba2++CO32-BaCO3↓6．现有五瓶无标签的白色固体粉末，他们分别是：MgCO3、BaCO3、无水Na2CO3、无水CaCl2及Na2SO4，试设法加以区别。解：MgCO3（s）BaCO3（s）Na2CO3（s）CaCl2（s）Na2SO4（s）各取少许，分别加水MgCO3（s）BaCO3（s）Na2CO3溶液CaCl2溶液Na2SO4溶液H2SO4HClCO2↑BaSO4↓+CO2↑CO2↑CaCl2溶液Na2SO4溶液BaCl2CaCl2溶液BaSO4↓7.某固体混合物中可能含有MgCO3、Na2SO4、Ba(NO3)2、AgNO3和CuSO4。此固体溶于水后可得无色溶液和白色沉淀。无色溶液遇HCl无反应，其焰色反应呈黄色；白色沉淀溶于稀盐酸并放出气体。试判断存在、不存在的物质各是什么？解：（1）根据“此固体溶于水后可得无色溶液和白色沉淀”，可判断混合物中不含CuSO4，而白色沉淀可能是MgCO3、BaSO4、Ag2SO4;(2)根据“无色溶液遇HCl无反应，其焰色反应呈黄色”，可判断混合物中含有Na2SO4，不含AgNO3；（3）根据“白色沉淀溶于稀盐酸并放出气体”，可判断混合物中含有MgCO3，白色沉淀不可能是BaSO4和Ag2SO4。故存在的物质是MgCO3、Na2SO4；不存在的物质是Ba(NO3)2、AgNO3和CuSO4。8．向一含有Ba2+和Sr2+（均为0.10mol/L）的溶液中，滴加K2CrO4溶液。试问首先析出的沉淀是什么物质？通过计算说明能否将Ba2+和Sr2+分离（假设反应过程中溶液体积不变）。解：（1）因c(Ba2+)=c(Sr2+)Ksp(BaCrO4)=1.17×10-10﹤Ksp(SrCrO4)=2.2×10-5故滴加K2CrO4首先析出BaCrO4沉淀。（2）当SrCrO4刚要析出时c(CrO42-)=ccSrcSrCrOKsp)()(24=10.0102.25molL-1=2.210-4molL-1此时c(Ba2+)＝ccCrOcBaCrOKsp)()(244＝410102.21017.1molL-1＝5.310-7molL-1Ba2+已沉淀完全，因此可将Ba2+和Sr2+分离。9．在下图各箭头处填入适当的试剂和条件，以实现各物质的转变。解：（1）MgCl2电解2clMg溶解先加后加过量HCLNAOHMg(OH)2NaCO3HCl↓MgCO33HNOMg(NO3)23HNOMgO（2）CaCO3coCaO3HNOCa(NO3)2HClNa2CO3↑HNO3CaCl电解CaOH2Ca(OH)210.CaH2与冰反应课释放出H2，因此CaH2可用作高寒山区野外作业时的生氢剂。试计算1.00gCaH2与冰反应最多可制得0℃、101.325kPa下的H2体积。解：CaH2+2H2O→Ca(OH)2+2H2gCaHM00.1)(2xLVM2=(1.00g×2Vm)/M(CaH2)=1.06L00gCaH2与冰在0℃、101.325kPa下反应，最多可制得1.06×10-3m3H2.