碱金属的物理性质

碱金属的物理性质

碱金属单质多为具金属光泽的银白色金属，但暴露在空气中会因氧气的氧化作用生成氧化物膜使光泽度下降，呈现灰色，碱金属单质的密度小于2克每立方厘米，是典型的轻金属，锂、钠、钾能浮在水上，锂甚至能浮在煤油中；碱金属单质的晶体结构均为体心立方堆积，堆积密度小，莫氏硬度小于2，质软，导电、导热性能极佳。碱金属单质都能与汞形成合金；碱金属离子及其挥发性化合物在无色火焰中燃烧时会显现出独特的颜色，这可以用来鉴定碱金属离子的存在，锂、铷、铯也是这样被化学家发现的，电子跃迁可以解释焰色反应，碱金属离子的吸收光谱落在可见光区，因而出现了标志性颜色。

求关于碱金属元素的性质

碱金属jiǎn jīn shǔ是锂﹑钠﹑钾﹑铷﹑铯﹑钫六种金属元素的统称。(钫因为是放射性元素所以高中不予考虑)除了氢氧化锂是中强碱之外,其余碱金属的氢氧化物是强碱。
碱金属盐类溶解性的最大特点是易溶性。除极少数阴离子的碱金属盐难溶于水外，几乎所有的碱金属盐均易溶于水，且在溶液中完全电离。
关键词： 碱金属
碱金属都是银白色的，比较软的金属，密度比较小，熔点和沸点都比较低。他们生成化合物时都是正一价阳离子，碱金属原子失去电子变为离子时最外层一般是8个电子，但锂离子最外层只有2个电子。
在古代埃及把天然的碳酸钠叫做neter或nitrum，在洗涤时使用。14世纪时，阿拉伯人称植物的灰烬为kali，逐渐演变到叫做碱，但这时钠和钾的区别还不清楚，统称为苏打（soda）。一直到18世纪才分清从食盐得到的泡碱和从植物灰得到的钾碱不是同一种东西。
碱金属都能和水发生激烈的反应，生成强碱性的氢氧化物，随原子量增大反应能力越强。在氢气中，碱金属都生成白色粉末状的氢化物。碱金属都可在氯气中燃烧。由于碱金属化学性质都很活泼，为了防止与空气中的水发生反应，一般将他们放在煤油或石蜡中保存。
氢虽然是第1族元素，但它在普通状况下是双原子气体，不会呈金属状态。只有在极端情况下（1.4兆大压力），电子可在不同氢原子之间流动，变成金属氢。
周期表中第IA族元素，它包括锂、钠、钾、铷、铯、钫几种金属元素。
碱金属的氢氧化物易溶于水，呈强碱性，故叫“碱金属元素”。碱金属都是活泼金属。碱金属单质以金属键相结合。因原子体积较大，只有一个电子参加成键，所以在固体中原子间相互作用较弱。碱金属的熔点和沸点都较低，硬度较小（如钠和钾可用小刀切割）。
碱金属元素原子的价电子层结构是ns1，因此化合价为+1。碱金属原子次外层有8个电子（锂是2个电子），对核电荷的屏蔽效应较强，最外层的一个价电子离核又较远，特别容易失去。跟同周期的其他元素相比，碱金属原子半径最大（除稀有气体元素外），第一电离能最低，电负性最小。碱金属在成键形成化合物时，以离子键为特征。
碱金属在自然界中都以化合态存在。它在化学反应中常用作还原剂。
碱金属的一般保存方法：
锂：石蜡封
钠、钾：放入煤油
铷：保存在液体石蜡中
铯：保存在液体石蜡中
铷和铯又都是又轻又软的金属，用小刀可以毫不费力地切开它们。铯在28℃时熔化，在常温下呈现半液体状。铷的熔点是38℃，在常温下呈糊状。在金属家族中，它们是“软骨头”。
这两种元素的另一个特殊本领是：它们都对光线特别敏感，即使在极其微弱的光线照射下，它们也会放出电子来。把铷和铯喷镀到银片上，即可制成“光电管”——一受光照，它便会产生电流，光线越强，电流越大。在自动控制技术中，光电管就象是机器的“眼睛”，所以有人把铷和铯叫做“长眼睛的金属”。
一种化学元素。化学符号Rb，原子序数37，原子量85.4678，属周期系IA族，为碱金属的成员和稀有金属。1861年德国R.W.本生和G.R.基尔霍夫从萨克森地方的锂云母中提取溶液，然后用光谱分析发现一种新的碱金属元素，取名rubidium，该字来源于希腊文rubidus，含义是“最深的红色”。铷在地壳中的含量为0.028％，但极其分散，至今尚未发现单纯的铷矿物，而是存在于其他矿物中，铷在锂云母中的含量为3.75％；铷在光卤石中的含量虽不高，但储量很大；海水中含铷量为0.121克／吨。铷有两种天然同位素：铷85和铷87，后者具有放射性。
铷是银白色金属，质软，可用小刀切割。熔点38.89℃，沸点686℃，密度1.532克／厘米3(20℃)。化学性质比钾还要活泼，在室温和空气中能自燃，因此必须在严密隔绝空气情况下保存在液体石蜡中。铷与水，甚至是与温度低到－100℃的冰相接触时，也能发生猛烈反应，生成氢氧化铷和氢气。与有限量氧气作用，生成氧化铷，在过量氧气中燃烧，生成超氧化物。铷也能与卤素反应。氧化态为＋1，只生成＋1价化合物。铷离子能使火焰染成紫红色，可用焰色反应和火焰光度计检测。
由于铷非常活泼，不能用电解法生产，而要用金属热还原法，用钙还原氯化铷；用镁还原碳酸铷，都可以制得金属铷。铷在光的作用下易放出电子，可用于制造光电池。和钾、钠、铯形成的合金可用于除去高真空系统的残余气体。碘化铷银是良好的电子导体，可用作固体电池的电解质。铷的特征共振频率为6835兆赫，可用作时间标准，铷原子钟的特点是体积小、重量轻、所需功率小。

详细讲一下碱金属元素

1．掌握碱金属的原子结构，并由原子结构的异同理解碱金属性质上的异同及其递变规律。
2．掌握利用焰色反应检验Na＋、K＋的操作技能。
[知识点讲解]
1．碱金属元素
碱金属包含锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）六种元素。由于钫是人工放射性元素，中学化学不作介绍。
2．碱金属元素的原子结构
相似性：碱金属元素的原子最外层都只有1个电子，次外层为8个电子（其中Li原子次外层只有2个电子）。所以在化学反应中，碱金属元素的原子总是失去最外层的1个电子而显+1价。
递变性：Li、Na、K、Rb、Cs等碱金属元素的原子核外电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，元素的金属性逐渐增强。
3．碱金属的物理性质及其变化规律
（1）颜色：银白色金属（Cs略带金色光泽）。
（2）硬度：小，且随Li、Na、K、Rb、Cs，金属的硬度逐渐减小。这是由于原子的电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子之间的作用力逐渐减弱所致。碱金属的硬度小，用小刀可切割。
（3）碱金属的熔点低。熔点最高的锂为180.5℃，铯的熔点是28.4℃。随着原子序数的增加，单质的熔点逐渐降低。
（4）碱金属的密度小。Li、Na、K的密度小于水的密度，且锂的密度小于煤油的密度。随着原子序数的增大，碱金属的密度逐渐增大。但钾的密度小于钠的密度，出现“反常”现象。这是由于金属的密度取决于两个方面的作用，一方面是原子质量，另一方面是原子体积，从钠到钾，原子质量增大所起的作用小于原子体积增大的作用，所以钾的密度反而比钠的密度小。
4．碱金属的化学性质
碱金属与钠一样都是活泼的金属，其性质与钠的性质相似。但由于碱金属原子结构的递变性，其金属活泼性有所差异，化合物的性质也有差异。
（1）与水反应
相似性：碱金属单质都能与水反应，生成碱和氢气。
2R+2H2O＝2ROH+H2↑（R代表碱金属原子）
递变性：随着原子序数的增大，金属与水反应的剧烈程度增大，生成物的碱性增强。
例如：钠与冷水反应放出热量将钠熔化成小球，而钾与冷水反应时，钾球发红，氢气燃烧，并有轻微爆炸。LiOH是中强碱，CsOH是最强碱。
（2）与非金属反应
相似性：碱金属的单质可与大多数非金属单质反应，生成物都是含R+阳离子的离子化合物。
递变性：碱金属与氧气反应时，除锂和常温下缓慢氧化的钠能生成正常的氧化物（R2O）外，其余的碱金属氧化物是复杂氧化物。
4Li+O2＝2Li2O
4Na+O2
­2Na+O2 Na2O2 （过氧化钠，氧元素化合价－1）
K+O2 KO2　（超氧化钾）
（3）与盐溶液反应
碱金属与盐的水溶液反应时，首先是碱金属与水反应生成碱和氢气，生成的碱可能再与盐反应。
特别注意：碱金属单质都不能从盐溶液中置换出较不活泼金属。如：
2Na+CuSO4+2H2O＝Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑
5．焰色反应
（1）概念：焰色反应是指某些金属或金属化合物在火焰上灼烧时，火焰呈现特殊的颜色（称焰色）。
（2）几种金属及其离子的焰色
Li(Li+)　 紫红Na(Na+)黄色
K(K+) 紫色（透过蓝色钴玻璃观察）
Cu(Cu2+)　绿色Ca(Ca2+)砖红色
Ba(Ba2+)　黄绿色　 　 Sr(Sr2+)洋红色 （3）焰色反应是物理变化。焰色是因为金属原子或离子外围电子发生跃迁，然后回落到原位时放出的能量。由于电子回落过程放出能量的频率不同而产生不同的光。所以焰色反应属于物理变化（但单质进行焰色反应时，由于金属活泼则易生成氧化物，此时既有物理变化又有化学变化）。
（4）焰色反应实验的注意事项
a．火焰最好是无色的或浅色的，以免干扰观察离子的焰色。
b．每次实验前要将铂丝在盐酸中洗净并在灯焰上灼烧至火焰无色（在酒精灯焰上烧至不改变焰色）。
c．观察K＋的焰色应透过蓝色钴玻璃片，以滤去对紫色光有遮盖作用的黄光，避免杂质Na＋所造成的干扰。
6．碱金属的实验室保存方法
碱金属都是活泼金属，极易与空气中的水、氧气等反应，保存时应隔绝空气和水。金属钠、钾、铷、铯保存在干燥的煤油或液体石蜡中，而金属锂的密度比煤油的密度小，只能保存于液体石蜡中。
7．碱金属元素单质及化合物的特性
(1)一般而言，在金属活动性顺序中前面的金属能把后面的金属从其盐溶液中置换出来。但这一结论不适宜于活泼金属(K、Ca、Na等)。
如将金属K投入饱和NaCl溶液中，则不会发生反应：
K+NaCl＝KCl+Na(该反应在溶液中不能发生)
此时，由于2K+2H2O＝2KOH+H2↑，H2O减少，如果温度不变，会有NaCl晶体析出。
(2)一般合金为固态，而Na—K合金在常温时为液态。
(3)一般酸式盐的溶解度大于正盐，而NaHCO3的溶解度小于Na2CO3。
(4)钾的化合物可作肥料，但钾的氧化物和KOH除外。
(5)碱金属元素随原子序数的增大，其单质的密度一般也增大，但钾的密度却反常，Na为0.97g/cm3，而K为0.86g/cm3。
(6)由于碱金属都很活泼，在常温下就容易跟空气中的O2、水等反应，所以碱金属单质通常保存在煤油中。但锂的密度为0.534g/cm3，比煤油的密度(0.8g/cm3)小，所以不能把锂保存在煤油中，常把锂封存在固体石蜡中。
[典型例题剖析]
例1．下列关于铯及其化合物的说法中，不正确的（　 ）
A．氢氧化铯是一种强碱，易溶于水
B．铯与水或酸剧烈反应，都能生成氢气
C．碳酸铯用酒精灯加热可以生成氧化铯和CO2
D．硫酸铯、碳酸铯、硝酸铯都易溶于水
【分析】
铯是碱金属中最活泼的金属元素，其金属性最强，所以CsOH肯定为强碱且易溶于水，铯单质与水或酸都能剧烈反应放出H2；碱金属的碳酸盐（正盐）的热稳定性都较好，用酒精灯加热不会发生分解；同钠盐一样，铯盐中的绝大多数也都易溶于水。
答案：C
例2．下列物质性质的比较，正确的是（　 ）
A．热稳定性：Na2CO3>NaHCO3>H2CO3
B．熔点：K>Na>Li
C．溶解度：NaHCO3>Na2CO3
D．氧化性：Li+>Na+>K+
【分析】
A中碳酸盐的热稳定性一般的顺序为正盐>酸式盐>碳酸，故A正确；B中碱金属的熔点从上到下逐渐降低；C中钠的碳酸盐的溶解性比其酸式盐要大；D随着金属性的增强，碱金属离子的氧化性从上到下逐渐减弱。
答案：AD
例3．焰色反应每次实验都要用试剂洗净铂丝，这种试剂是（　 ）
A．Na2CO3溶液　
B．NaOH溶液　
C．硫酸溶液　
D．稀盐酸
【分析】
洗涤铂丝应选用盐酸，因为金属的硫酸盐的沸点比氯化物要高，金属氯化物在灼烧时易气化而挥发。
答案：D
例4．有一瓶不饱和的NaOH溶液，将其分为四等份，现向这四份溶液中分别加入①Na、②Na2O、③Na2O2、④NaOH，使之转变为饱和溶液，则加入这四种物质中，所需质量最小的是___________。
【分析】
首先应仔细分析题意，欲使不饱和溶液转化为饱和溶液，实质上就是在等质量的水中，加入上述四种物质，使之成为NaOH饱和溶液。而上述四种物质在与水作用的过程中，应考虑整个过程中NaOH生成及总质量的变化，具体情况列表如下：
　反应溶质质量增加幅度反应特点Na2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑40/23（即：每23克钠反应就得到溶质氢氧化钠40克。下同）每生成1molNaOH同时耗1mol水；并放出H2Na2ONa2O+H2O＝2NaOH40/31每生成1molNaOH同时耗1mol水Na2O22Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑40/39每生成1molNaOH同时耗1mol水；－1价氧的一半形成O2放出NaOH溶解过程1溶剂量不变若设想在一定质量的水中（m g），使生成的氢氧化钠均达到饱和溶液（饱和溶液中溶质所占的质量分数为a），所加入的上述四种物质的质量（x g），可得下列方程关系：
（1）Na ＝a（2）Na2O ＝a
（3）Na2O2 ＝a （4）NaOH ＝a
所以（1）<（2）<（3）<（4）。
说明：
倘若我们将上述分析的结果，表示在相应的坐标系中，即以加入的上述四种物质的质量为横坐标，以形成的溶液中溶质所占的质量分数为纵坐标，可得下图所示。在此基础上加以分析就可知道，对上述四种物质在溶于水形成NaOH溶液的过程中表示出的性质的差异的研究，一般可从以下两个方面进行：
a．加入等质量的四种物质于等质量的水中所形成的溶液中溶质所占的质量分数的高低顺序；
b．在等质量的水中，加入四种物质后，形成的溶液中溶质所占的质量分数相等，所加入的四种物质的质量的大小顺序。这样，我们可以较为明确地感受到，以同一基本原理为基础，可以产生形式多变的习题。因而在完成习题的过程中，重要的不仅是要得出相应的结论，而且应通过我们主动的思考和研究，对所学的相关内容有较为完整的认识和理解。
例5．下列叙述正确的是（　 ）
A．碱金属性质相似均为银白色金属
B．按原子序数增加则碱金属的密度依次增大
C．钠可保存在煤油中而锂不能
D．碳酸氢盐的溶解度大于其正盐的溶解度
【分析】
由于未深入研究个别碱金属的性质，仅按碱金属的相似性和递变性推导而产生错误。碱金属中铯为略带金色光泽的金属，故A不正确；钾的密度为0.86g/cm3，比Na的密度0.97g/cm3小而有特殊性，B也不正确；锂的密度为0.534g/cm3，比煤油轻可浮于煤油上，所以锂要用密度更小的石蜡密封保存，C对；碳酸氢盐一般比其对应的正盐易溶，但NaHCO3例外，D不正确。
答案：C
例6．提纯含有少量硝酸钡杂质的硝酸钾溶液，可以使用的方法为（ 　）
A．加入过量碳酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
B．加入过量硫酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
C．加入过量硫酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
D．加入过量碳酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
【分析】
解除杂质问题时，易产生只注意除去杂质，忽略引入新杂质的错误，所以解除杂质问题时，特别要注意不要除旧杂、引新杂。
A项：先加入Na2CO3溶液，后加稀HNO3：Ba(NO3)2 BaCO3↓+2NaNO3，Ba2+除去，引入新杂质Na＋；B项：同理分析，会引入过量的SO42－；C项：会引入Na2SO4杂质。
答案：D

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