Лабораторная работа № 1. Тема: Химические свойства металлов IA подгруппы

Тема: Химические свойства металлов IA подгруппы

Цель работы: изучение химических свойств металлов IA подгруппы и их соединений

Краткая теория: Щелочные металлы и их соединения

Щелочными металлами называют элементы главной подгруппы первой группы периодической системы Д. И. Менделеева. К ним относятся литий Li, натрий Na, калий К, рубидий Rb, цезий Сs и франций Fr. Щелочными их называют потому, что их гидроксиды хорошо растворяются в воде и представляют собой сильные щелочи.

Все щелочные металлы серебристого цвета, за исключением цезия, который имеет золотисто-желтую окраску. Они очень мягки и легко режутся ножом; самый твердый из них литий. От лития к францию число электронных уровней в атоме возрастает от 2 до 7, в связи с чем увеличиваются радиусы атомов и уменьшаются энергии ионизации, а следовательно, возрастает восстановительная активность. На внешнем уровне всех атомов находится по одному s- электрону (ns¹), который слабо связан с ядром, легко отторгается, и всем этим элементам характерна степень окисления +1. Щелочные металлы имеют небольшую плотность (литий почти в два раза легче воды), низкие температуры плавления и высокую электропроводность. В ряду стандартных окислительно-восстановительных потенциалов щелочные металлы по своим значениям электродных потенциалов расположены в начале ряда.

В природе из-за высокой реакционной способности щелочные металлы могут находиться исключительно в виде соединений, главным образом солей: хлоридов, сульфатов, карбонатов, нитратов, силикатов. Наиболее распространены в природе натрий и калий; содержание каждого из них в земной коре около 2, 5 %, а на долю всех остальных приходится приблизительно 0, 014%.

В свободном виде щелочные металлы получают, главным образом, электролизом расплавленных солей или гидроксидов. Используются также методы замещения:

KCl + Na ® K + NaCl

KOH + Na ® K + NaOH

2 RbCl + Ca ® 2Rb + CaCl₂

2 CsCl + Ca ® 2Cs + CaCl₂

Щелочные металлы легко вступают в химические реакции со всеми элементарными окислителями: галогенами, кислородом, серой, азотом и даже водородом.

2 Na + Cl₂ ® 2 NaCl

Литий при взаимодействии с кислородом образует оксид Li₂O:

4 Li + О₂® 2 Li₂O

Натрий - пероксид Na₂O₂:

2 Na + О₂ ® Na₂O₂

Калий, рубидий и цезий - супероксиды:

Me + О₂ ® MeO₂

2 Na + S ® Na₂S (Na₂S₂, Na₂S₅)

6 Li + N₂ ® 2 Li₃N

2 Na + H₂ ® 2NaH

Щелочные металлы бурно взаимодействуют с водой с выделением тепла:

2Me + 2H₂O ® 2 MeOH + H₂ + Q

Характеристичные соединения – оксиды (Ме₂О) и гидроксиды (МеОН) хорошо растворяются в воде и являются сильными основаниями.

Ме₂О + Н₂О = 2МеОН

Их водные растворы имеют сильнощелочную среду в результате полной диссоциации:

МеОН ® Ме⁺ + ОН^-

Соли щелочных металлов практически все хорошо растворимы в воде. Они не гидролизуются по катиону, поэтому их растворы нейтральны (соли сильных кислот) или щелочные (соли слабых кислот).

Щелочные металлы широко используются в технике. Изотоп лития ⁷₃ Li - теплоноситель в атомных реакторах.

Металлический литий и некоторые его соединения служат топливом для ракет. Кроме того, литий используют как исходный продукт для получения трития ³₁Н в ядерной реакции:

⁶₃ Li + ¹₀ n = ³₁ H + ⁴₂ He

Рубидий и цезий широко используют в фотоэлементах, преобразующих лучистую энергию в электрическую.

Наибольшее практическое применение во всех областях нашли соединения натрия и калия.

Вопросы для подготовки к занятию

1. Электронные конфигурации атомов, валентные электроны, степени окисления.

2. Свойства простых веществ – щелочных металлов:

- активность металлов, положение в «ряду стандартных окислительно-восстановительных (электродных) потенциалов металлов»;

- взаимодействие с кислородом, галогенами, серой, азотом и другими неметаллами;

- взаимодействие с водой, водными растворами кислот, окисляющими H⁺ (HF, HCl, HBr, HI, разбавленной H₂SO₄, H₃PO₄, RCOOH и другими);

- взаимодействие с концентрированной H₂SO₄, разбавленной и концентрированной HNO₃.

3. Свойства оксидов и гидроксидов щелочных металлов:

- растворимость, взаимодействие с водой, диссоциация в водном растворе;

- взаимодействие с кислотами и кислотными оксидами.

4. Нахождение в природе и получение простых веществ - щелочных металлов.

5. Получение и применение соединений щелочных металлов: каустической соды, кальцинированной соды, пищевой соды.