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 + 2H2O 2NaOH + H2O2

2H2O2 2H2O + O2

2Na2O2 + 2CO22NＢa2CO3 + O2

5（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：

ＢaCO 3＋２HCl BaCl 2+ H 2O+ CO 2

水和硫酸不能将ＢaCO 3除出，前者是因为ＢaCO 3不溶于水；后者是生成了难溶的ＢaSO 4 。

7(10-7)如何解释下列事实：

锂的电离能比铯大，但E Θ

（Li +/ Li ）却比E Θ

（Cs + /Cs ）小。

解：假设原电池：

M ∣M +(1mol ·L -1)‖H +（1mol ·L -1）∣H 2(100kPa),Pt(+)

原电池反应：

M(s) +H +(aq) M +(aq) +

2

1

H 2(g) △r G m Θ

＝－Z ，

FE θ

=－Z ，

F{E θ

(H +

/H)-E θ

（Li +/ Li ）}

= Z ，

FE θ

（Li +/ Li ）

对于碱金属如不考虑△r S m Θ

的影响，可以近似用反应的焓变（△r H m Θ

）代替反应的吉布斯自由能变（△

r G m

Θ

）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： △r H m Θ

＝{△subH m Θ

（M ）+I 1（M ）+△H h Θ

（M ）}+

{-△H h Θ（H +

）- I 1（H ）-

2

1D θ

(H-H)}

Li Cs

△subH m Θ

（M ）/(KJ ·mol -1 ) 161 78.8 I 1（M ）/(KJ ·mol -1 ) 520 376 H h Θ

（M ）/(KJ ·mol -1 ) -519 -264

△r H m Θ

/(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E θ

（Li +/ Li ）值比E θ

（Cs + /Cs ）小。

⑵ E θ

（Li +/ Li ）比E θ

（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H 2O 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。 ⑶ Li 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。

⑷ BeCI 2为共价化合物，而CaCI 2为离子化合物。

解：主要是由于Be 2+的半径小，极化能力强，故BeCI 2为共价化合物；而Ca +的半径大，极化能力弱，故CaCI 2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CaSO 4,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Na 2CO 3?怎样简便地检验和除去？ 解：因为NaOH 易与空气中地CO 2作用，即 2NaOH +CO 2CO 3+H 2O

所以商品NaOH 中常有Na 2CO 3。

取少许地商品NaOH ，加入HCI,若有CO 2气体产生，说明含有Na 2CO 3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)2

+CaCO Na 2CO 3过滤，即可除出所含Na 2CO 3杂质。

9（10－9）工业NaCI 和Na 2CO 3中含有杂质Ga 2+、Mg 2+、Fe 3+，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Na 2CO 3？在Na 2CO 3溶液中还要加NaOH ？

解：在NaCI 溶液中若只加NaOH ，Ga 2+除不干净，因为Ca （OH ）2溶解度虽不大，但也不是很小，加入Na 2CO 3，可生成溶解度很小地GaCO 3沉淀。

在Na 2CO 3溶液中Mg 2+、Fe 3+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Na 2CO 3多少吨？

解：5.00×104t ×（0.96－0.73）＝1.15×104t 15×104t ×

)

()

(3NaCI Mr NaCO Mr =1.15×104t ×

117

105

=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Na 2CO 31.04万吨。