Глава 10. Металлы главных и побочных подгрупп.

§41. Характеристика элементов IA-группы Периодической системы и образуемых ими простых веществ

1. На конкретных примерах раскройте взаимосвязь между строением и свойствами щелочных металлов.

Ответ:

Для щелочных металлов характерна металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка, а отсюда и все типичные для металлов свойства: тепло- и электропроводность, пластичность, металлический блеск. Например, литий на срезе имеет характерный металлический блеск серебристо-белого цвета, а цезий – золотисто-белого цвета.

Наличие всего одного валентного электрона и относительно большие размеры радиусов атомов обусловливают небольшую энергию ионизации, а следовательно, высокую химическую активность щелочных металлов. Поэтому в лабораторных условиях литий, натрий и калий обычно хранятся под слоем керосина, защищающего их от контакта с воздушной средой.

По мере увеличения порядкового номера щелочных металлов уменьшаются их температуры кипения и плавления, а также твёрдость. Например, труднее всего разрезать литий, тогда как натрий и калий легко разрезать ножом.

В группе с увеличением порядкового номера элемента усиливаются металлические свойства. Например, литий в реакции с водой реагирует без воспламенения водорода, натрий и калий с воспламенением водорода, а рубидий и цезий со взрывом.

2. Химический элемент франций не был получен в количествах, достаточных для его подробного изучения. Однако опытным путём подтверждены некоторые предсказания относительно его свойств. На основании чего были сделаны предсказания?

Ответ:

Основании изменения строения и свойств других щелочных металлов были сделаны предсказания свойств франция.

3. Литий является единственным веществом, реагирующим с азотом при нормальных условиях. Составьте формулы веществ, образующих поверхностные плёнки на щелочных металлах.

Ответ:

Формулы веществ, образующих поверхностные плёнки на щелочных металлах:
Li₃N (только для лития), R₂O, ROH, R₂CO₃.

4. Осуществите превращения и укажите условия протекания химических реакций:
а) Na ⇄ NaCl ⟶ AgCl ⟶ A
NaCl ⟶ HCl ⟶ AgCl
б) Li ⟶ Li₂O ⟶ LiOH ⟶ Zn(OH)₂ ⟶ Na₂ZnO₂
Li₃N ⟵ Li ⟶ LiOH
ZnCl₂ ⟵ Zn(OH)₂ ⟶ ZnO

Ответ:

а)

2Na + Cl₂ ⟶ 2NaCl
2NaCl_(к)  ^{электролиз} ⟶ 2Na + Cl₂

NaCl + AgNO₃ ⟶ NaNO₃ + AgCl↓

2NaCl_(к) + H₂SO_4(конц.) ⟶ Na₂SO₄ + 2HCl↑

HCl + AgNO₃ ⟶ HNO₃ + AgCl↓

2AgCl   ^свет ⟶ 2Ag + Cl₂

б)

4Li + O₂ ⟶ 2Li₂O

Li₂O + H₂O ⟶ 2LiOH

2LiOH + Zn(NO₃)₂ ⟶ 2LiNO₃ + Zn(OH)₂↓

Zn(OH)₂ + 2NaOH   ^t ⟶ Na₂ZnO₂ + 2H₂O

6Li + N₂ ⟶ 2Li₃N

2Li + 2H₂O ⟶ 2LiOH + H₂↑

Zn(OH)₂ + 2HCl ⟶ ZnCl₂ + 2H₂O

Zn(OH)₂   ^t ⟶ ZnO + H₂O

5. Учитывая закономерное изменение радиусов ионов щелочных металлов, попытайтесь схематически представить, сколько ион-атомов каждого металла поместится в произвольно выбранной вами единице объёма. Как изменения физических свойств щелочных металлов объяснить особенностями их строения? Полученные выводы оформите в виде схемы.

Ответ:

По мере увеличения порядкового номера химических элементов возрастает плотность металлов, а твёрдость, температура плавления и кипения уменьшаются.

Это связано с тем, что металлические кристаллические решётки щелочных металлов характеризуются рядом особенностей. Во-первых, каждый атом щелочных металлов располагает лишь одним валентным электроном, следовательно, в кристаллах на один атом-ион приходится один свободный электрон. Во-вторых, для рассматриваемой группы металлов характерна неплотная упаковка атомов в кристалле, тип решёток – кубические объёмно-центрированные. Это также способствует ослаблению сил связывания ионов.