Металлы IA группы
EL Учебник по ЕГЭ

Наш учебник поможет готовится к контрошам, решать домашки, а также подготовиться
к ЕГЭ на 90+ без дополнительного поиска информации.

Вернуться ко всем темам
35

Металлы IA группы

Металлы первой группы главной подгруппы – это щелочные металлы:

  • Литий Li;
  • Натрий Na;
  • Калий K;
  • Рубидий Rb;
  • Цезий Cs;
  • Франций Fr – также известный как «сладкая булочка», так как обладает наименьшей электроотрицательностью.

Важные свойства щелочных металлов:

  • Они все имеет конфигурацию валентного слоя ns1, поэтому имеют две характерные степени окисления 0 и +1;
  • Щелочные металлы имеют высокую восстановительную активность так как очень хотят кому-нибудь отдать свой электрон с ns1 и получить конфигурацию ns0, становясь катионами;
  • Такая высокая восстановительная активность обуславливает, как правило, высокую экзотермичность многих реакций с их участием, например щелочные металлы реагируют с водой со взрывом – из-за чего их приходится хранить под слоем органических растворителей (например, керосина);
  • Соли щелочных металлов, помещённые в пламя горелки, окрашивают пламя в определённый цвет: для солей лития малиновая окраска, натрия – жёлтая, калия – фиолетовая, рубидия – тёмного красная, цезия — голубая.

Рассмотрим как формируется цвет пламени при внесении в него различных солей на примере сульфата меди (для солей других металлов это работает аналогично).  Высокая температура в пламени горелки даёт очень много теплоты (тепловой энергии), которая идёт на разрушение ионной решётки сульфата меди. Часть сульфата меди атомизуется и в пламени появляется немного атомов меди. Эти атомы меди и придают пламени зелёную окраску. Каким образом появляется эта зелёная окраска? Валентные электроны в атоме меди в основном электронном состоянии образуют конфигурацию 3d10 4s1, при нагревании тепловая энергия передаётся электронам – и происходит переход атома меди в возбуждённое состояние: для простоты пусть это будет конфигурация 3d9 4s2. Естественно, атомам меди невыгодно быть в такой конфигурации и они хотят вернуться назад, электроны возвращаются в исходную конфигурацию 3d10 4s1, а избыточная энергия при этом выделяется в виде зелёного света, который мы и видим в виде зелёных языков пламени.

Атомы меди переходят из основного состояния в возбуждённое за счёт тепловой энергии, затем возвращаются в основное состояние, выделяя избыточную энергию в виде зелёного света.

Окрашивание пламени в какой-либо цвет, скажем, щелочными металлами, работает ровно так же. Природа металла определяет цвет пламени, который будет зафиксирован нашими рецепторами в глазу.

Способы получения щелочных металлов

Поскольку щелочные металлы – очень активные, то их можно получить электролизом именно расплава соответствующих солей:

Реклама

2NaCl (расплав) = 2Na + Cl2

В то же время, в случае электролиза соответствующих растворов вместо осаждённого металла будет выделяться газообразный водород на катоде.

Химические свойства щелочных металлов

  • Реакции с неметаллами

Щелочные металлы прекрасно реагируют с неметаллами за счёт своего хорошего восстановительного потенциала. Например, натрий в реакции с водородом легко даёт гидрид натрия:

2Na + H2 = 2NaH

Литий реагирует с азотом, давая нитрид лития:

6Li + N2 = 2Li3N

По-особому идут реакции с неметаллами, литий с кислородом даёт оксид:

4Li + O2 = 2Li2O

Натрий даёт уже пероксид:

2Na + O2 = Na2O2

А калий и оставшиеся щелочные металлы – надпероксиды:

K + O2 = KO2

Приведём в этом же разделе характерные особенности пероксидов.

СвойствоПример
Высокая окислительная способностьNa2O2 + SO2 → Na2SO4
Восстановительная активность (с более сильными окислителями)5Na2O2 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 8H2O  
Реакция с водой (или кислотами) при разных условияхС водой при охлаждении реакция протекает без изменения степени окисления: Na2O2 + H2O = 2NaOH + H2O2 При нагревании перекись водорода разлагается на воду и кислород: 2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2 (окислительно-восстановительная реакция)
  • Реакции с водой, солями и кислотами

Щелочные металлы как активные металлы могут замещать менее активные металлы из солей, вытеснять водород из кислот и окисляться кислотами-окислителями типа азотной и концентрированной серной. Однако во всех этих реакциях есть одно затруднение, щелочные металлы будут преимущественно реагировать в начале с водой (реакция идёт с выделением большого количества теплоты и со взрывом):

2Li + 2H2O = 2LiOH + H2

Кстати, в ходе этой реакции образовалась щёлочь LiOH, перейдём к химическим свойствам щёлочей.

Химические свойства щёлочей

Щёлочи – в первую очередь основные гидроксиды, поэтому они готовы реагировать со всем кислотным (или тем, что проявляет кислотные свойства), то есть с кислотными оксидами, кислотами, амфотерными оксидами и гидроксидами:

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

NaOH + H2SO4 (избыток) = NaHSO4 + H2O

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

KOH + Al(OH)3 = K[Al(OH)4]

Ровно эти же свойства справедливы и для оксидов щелочных металлов (основных оксидов). Также щёлочи могут реагировать с солями аммония, выделяя аммиак:

NH4Cl + KOH = KCl + NH3 + H2O

Это пример реакции ионного обмена, другие примеры:

2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O (чёрный осадок) + 2NaNO3 + H2O

(в ходе этой реакции распадается неустойчивый гидроксид серебра(I))

NaH2PO4 + 2NaOH (избыток) = Na3PO4 + 2H2O

NaH2PO4 + NaOH = Na2HPO4 + H2O

Интересны реакции амфотерных металлов с щёлочью:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

Кремний окисляется щёлочами, а галогены, сера и фосфор в них диспропорционируют:

РеакцияКомментарий
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2В этой реакции окислителем является H+1
2KOH + Cl2 (любой галоген, кроме фтора) = KClO + KCl + H2OИдёт при охлаждении
6NaOH + 3Cl2 (любой галоген, кроме фтора) = NaClO3 + 5NaCl + 3H2OИдёт при нагревании
4S + 8NaOH = 3Na2S + Na2SO3 + 4H2OВ избытке серы возможно образование тиосульфата Na2S2O3
4P + 3KOH + 3H2O = PH3 + 3KH2PO2Вместо 4P можно писать P4 (белый фосфор)

Резюме:

  • Металлы первой группы главной подгруппы – щелочные металлы, для них характерные степени окисления 0, +1;
  • Щелочные металлы обладают большой восстановительной способностью;
  • Для гидроксидов и оксидов щелочных металлов характерны основные свойства.

Примеры задач на эту тему:

Задание 1. Задача №9 (тестовая часть)

Задана следующая цепочка превращений:

Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y:

  1. соляная кислота
  2. гидроксид калия
  3. гидроксид натрия
  4. карбонат натрия
  5. поташ
Ответ

34

Задание 2. Задача №31 (открытая часть)

Литий оставили в атмосфере азота. Полученный твёрдый остаток растворили в воде, наблюдая выделение двух разных по химической природе газов. Один из этих газов растворяется в соляной кислоте. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Ответ
  1. 6Li + N2 = 2Li3N
  2. Li3N + 3H2O = 3LiOH + NH3
  3. 2Li + 2H2O = 2LiOH + H2
  4. NH3 + HCl = NH4Cl

Задание 3. Задача №31 (открытая часть)

Расплав хлорида натрия подвергли электролизу на инертных электродах. Полученное твёрдое вещество сожгли в кислороде, продукт данной реакции растворили в горячей воде, затем к образовавшемуся раствору прилили сульфат меди(II), наблюдая образование синего осадка.

Ответ
  1. 2NaCl = 2Na + Cl2
  2. 2Na + O2 = Na2O2
  3. 2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2
  4. CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4

Определения:

  1. Экзотермическая реакция – реакция, идущая с выделением теплоты.
  2. Оксид – бинарное кислород-содержащее вещество, где степень окисления кислорода составляет -2.
  3. Пероксид – бинарное кислород-содержащее вещество, где у кислорода степень окисления -1 и присутствует пероксидный мостик O-O.
  4. Надпероксид (супероксид) – бинарное кислород-содержащее вещество, содержащее в своём составе анион O2.
  5. Щёлочь – растворимый в воде сильный основный гидроксид.

Обратная связь

Была ли эта статья тебе полезной?
Всё ли было понятно? Оставляй обратную связь, мы это ценим

Главная / Химия / Переходные элементы

Начните подготовку к ЕГЭ на 90+ с нами

Обязательно заполните все поля, иначе мы не сможем точно подобрать подготовкуу



    Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на условия обработки данных