【知识点详解】
1. **碱金属的定义与分类**:
碱金属是指周期表第一主族(IA族)的元素,包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)以及 francium(Fr)。尽管氢(H)也在IA族,但它通常不被视为碱金属,因为它的化学性质与这一族其他元素有所不同。
2. **碱金属的物理性质**:
- **颜色和状态**:碱金属通常是银白色的,除了铯(Cs)可能带有金色光泽。
- **硬度和熔点**:碱金属都很柔软,且随着原子序数的增加,熔点和沸点呈现出降低的趋势,但钾(K)和钠(Na)的熔点反常地较高。
- **密度**:碱金属的密度随着原子序数的增加而增大,但锂(Li)的密度小于煤油,因此需要储存在石蜡中。
3. **碱金属的原子结构**:
- **最外层电子数**:所有碱金属的最外层电子数都为1,这决定了它们具有强烈的还原性。
- **电子层数**:随着核电荷数的增加,电子层数逐渐增多,原子半径也随之增大。
4. **碱金属的化学性质**:
- **与氧气的反应**:碱金属可以与氧气反应生成氧化物,如锂生成Li2O,钠生成Na2O2(过氧化钠),随着原子序数的增加,生成的氧化物更复杂,如钾(K)和铯(Cs)可以生成超氧化物。
- **与水的反应**:碱金属都能与水剧烈反应生成相应的碱(如氢氧化物)和氢气。反应的剧烈程度及生成的碱性从锂到铯逐渐增强,锂与水反应较缓,而铯则会引发爆炸性反应。
5. **性质的相似性和递变性**:
- **相似性**:碱金属在化学反应中均显+1价,形成离子化合物,其氧化物对应的水化物为强碱,并具有良好的导电性和导热性。
- **递变性**:随着原子半径的增大,原子核对最外层电子的吸引力减弱,导致碱金属的还原性增强,金属键的强度下降,熔点和沸点降低,密度增大。
6. **碱金属的特殊性**:
- **储存方式**:由于碱金属的活泼性,通常保存在煤油中,锂因密度小于煤油则需保存在石蜡中。
- **反应选择性**:例如钠(Na)和钾(K)与硫酸铜溶液反应不会直接置换出铜,而是先与水反应生成氢氧化物和氢气。
- **制备方法**:工业上通过电解熔融的氯化钠制取钠,而钾可以通过钠与钾氯化物的反应得到。
- **焰色反应**:碱金属和它们的化合物在燃烧时能产生特定颜色的火焰,这是元素的物理性质,可用于定性分析金属离子的存在。
7. **化学性质的应用**:
- **焰色反应**不仅用于教学演示,还在实验室和工业中作为识别特定金属元素的手段,如检测食品中是否存在钠或钾等。
8. **练习题解析**:
- 练习1:铷(Rb)与其他碱金属一样,容易失去电子,形成+1价离子。其氧化物不止一种,因为可以形成氧化物、过氧化物、超氧化物等。由于其密度大,所以会沉在水下。其熔点会随原子序数增加而降低,因此Rb的熔点比Na低。答案选A。
- 练习2:离子组共存性检查。A选项中NH4+与OH-不能共存,因为会生成氨气;B选项中的离子可以共存;C选项中Ba2+与SO42-形成沉淀;D选项中Mg2+与OH-、HCO3—不能共存。答案选B。
总结,这个高一化学单元复习涵盖了碱金属的基本概念、物理性质、化学性质,以及它们在周期表中的位置和递变规律。通过理解和掌握这些知识,学生可以更好地理解元素周期性的规律,为后续的化学学习打下坚实基础。