← Щелочные металлы

Оксиды и пероксиды щелочных металлов

Пероксид натрия поглощает углекислый газ и выделяет кислород — на этом работают дыхательные аппараты.

5.1. Оксиды щелочных металлов (M2O)

Оксиды (например, Na2O, K2O) — это твердые вещества, проявляющие ярко выраженные основные свойства.

Получение: Прямым окислением можно получить только Li2O. Оксиды других металлов получают косвенно:

Способ / Условие Описание процесса и уравнения реакций
Прямое окисление
Прямым окислением кислородом можно получить только оксид лития. Оксиды других металлов получают косвенно.
Нагревание пероксида с металлом
Оксид натрия получают косвенным путем: сплавлением пероксида натрия с металлическим натрием в отсутствие кислорода (иначе натрий сгорит до пероксида):
Na2O2 + 2Na → 2Na2O
Нагревание нитрата с металлом
Нитраты щелочных металлов являются сильными окислителями при нагревании. Металлический натрий восстанавливает азот из нитрата до молекулярного азота, сам окисляясь до оксида:
2NaNO3 + 10Na → 6Na2O + N2↑
Взаимодействие металла с расплавом щелочи
Расплавы щелочей также могут быть восстановлены избытком чистого щелочного металла с образованием оксида и выделением газообразного водорода:
2Na + 2NaOH → 2Na2O + H2↑
Разложение гидроксида
Из-за малого радиуса иона лития его гидроксид наименее термически устойчив среди щелочных. Он разлагается при прокаливании до оксида и воды. Остальные щелочи плавятся и кипят без разложения:
2LiOH t°→ Li2O + H2O

Химические свойства:

Свойство / Реагент Описание процесса и уравнения реакций
С водой
Оксиды щелочных металлов являются типичными сильноосновными оксидами. Они экзотермично взаимодействуют с водой, образуя растворимые щелочи:
Na2O + H2O → 2NaOH
Растворение оксида натрия в воде
С кислотными оксидами
Легко вступают во взаимодействие с кислотными оксидами с образованием средних солей:
Na2O + CO2 → Na2CO3
С амфотерными оксидами и гидроксидами (при сплавлении)
При сплавлении (твердофазная реакция) основные оксиды реагируют с амфотерными. При этом образуются безводные соли — алюминаты, цинкаты и т.д.:
Na2O + Al2O3 t°→ 2NaAlO2 (метаалюминат натрия)
K2O + Zn(OH)2 t°→ K2ZnO2 + H2O (цинкат калия)
Сплавление оксида калия с гидроксидом цинка
С кислотами
Типичная реакция нейтрализации основного оксида кислотой, приводящая к образованию соли и воды:
K2O + 2HCl → 2KCl + H2O
Окисление кислородом
Оксиды натрия, калия и более тяжелых щелочных металлов способны присоединять кислород при нагревании, переходя в более богатые кислородом пероксиды и надпероксиды. Оксид лития не переходит в пероксид прямым окислением:
2Na2O + O2 → 2Na2O2

Вопрос 1: Свойства оксидов (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения реакций основных оксидов и расставьте коэффициенты:

  1. $Na_2O_2 + Na \xrightarrow{t^\circ} \dots$
  2. $K_2O + H_2O \rightarrow \dots$
  3. $Li_2O + CO_2 \rightarrow \dots$
  4. $Na_2O + Al_2O_3 \xrightarrow{t^\circ} \dots$
  5. $K_2O + P_2O_5 \xrightarrow{t^\circ} \dots$
  6. $Na_2O + O_2 \xrightarrow{t^\circ} \dots$

Ответ:

  1. $Na_2O_2 + 2Na \xrightarrow{t^\circ} 2Na_2O$ (способ получения оксида натрия)
  2. $K_2O + H_2O \rightarrow 2KOH$
  3. $Li_2O + CO_2 \rightarrow Li_2CO_3$
  4. $Na_2O + Al_2O_3 \xrightarrow{t^\circ} 2NaAlO_2$
  5. $3K_2O + P_2O_5 \xrightarrow{t^\circ} 2K_3PO_4$
  6. $2Na_2O + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2Na_2O_2$

Пояснение: Основные оксиды щелочных металлов активно реагируют с водой, кислотными и амфотерными оксидами (при сплавлении).

5.2. Пероксиды щелочных металлов (M2O2)

Содержат кислород в степени окисления -1 (группа -O-O-). Пероксид натрия Na2O2 — желтоватый порошок.

Свойства:

Свойство / Реагент Описание процесса и уравнения реакций
Реакция с водой (гидролиз) На холоде:
Na2O2 + 2H2O → 2NaOH + H2O2

При нагревании (диспропорционирование):
2Na2O2 + 2H2O → 4NaOH + O2↑
Пероксид натрия в горячей воде
С углекислым газом
Регенерация воздуха на подводных лодках:
2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2↑
С минеральными кислотами На холоде (обменная реакция):
Na2O2 + 2HCl → 2NaCl + H2O2

При нагревании (диспропорционирование):
2Na2O2 + 2H2SO4(разб.гор.) → 2Na2SO4 + 2H2O + O2↑
Термическое разложение 2Na2O2 t°→ 2Na2O + O2↑
Окислительные свойства (с восстановителями) С угарным газом: Na2O2 + CO → Na2CO3
С сернистым газом: Na2O2 + SO2 → Na2SO4
С серой: 2Na2O2 + S → Na2SO3 + Na2O
С иодидами в кислой среде:
Na2O2 + 2H2SO4 + 2NaI → I2 + 2Na2SO4 + 2H2O
Образование йода
С солями железа (II):
Na2O2 + 2H2SO4 + 2FeSO4 → Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + 2H2O
С солями хрома (III) в щелочной среде:
3Na2O2 + 2Na3[Cr(OH)6] → 2Na2CrO4 + 8NaOH + 2H2O
Восстановительные свойства
С сильными окислителями (например, с перманганатом калия в кислой среде выделяется кислород):
5Na2O2 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5O2↑ + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 8H2O
Обесцвечивание перманганата

Вопрос 1: Реакции пероксидов (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения реакций пероксида натрия и расставьте коэффициенты:

  1. $Na_2O_2 + H_2O(холод) \rightarrow \dots + \dots$
  2. $Na_2O_2 + H_2O \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow$
  3. $Na_2O_2 + CO_2 \rightarrow \dots + \dots\uparrow$ (регенерация воздуха)
  4. $Na_2O_2 + KI + H_2SO_4 \rightarrow \dots + I_2\downarrow + \dots$
  5. $Na_2O_2 + CO \rightarrow \dots$

Ответ:

  1. $Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2O_2$
  2. $2Na_2O_2 + 2H_2O \xrightarrow{t^\circ} 4NaOH + O_2\uparrow$
  3. $2Na_2O_2 + 2CO_2 \rightarrow 2Na_2CO_3 + O_2\uparrow$
  4. $Na_2O_2 + 2KI + 2H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + I_2\downarrow + K_2SO_4 + 2H_2O$
  5. $Na_2O_2 + CO \rightarrow Na_2CO_3$

Пояснение: Пероксиды диспропорционируют при нагревании в воде и при реакции с углекислым газом. В присутствии восстановителей (угарный газ, иодид-ионы) пероксид выступает типичным окислителем за счет кислорода со степенью окисления -1.