← Щелочные металлы

Химические свойства щелочных металлов

С кислородом литий, натрий и калий дают три разных продукта — это спрашивают постоянно.

4. Химические свойства простых веществ (Металлов)

Щелочные металлы — сильнейшие восстановители. Они легко отдают единственный внешний электрон, превращаясь в положительно заряженные ионы M+.

Реагент Описание процесса и уравнения реакций
С галогенами
Щелочные металлы самовоспламеняются в атмосфере галогенов уже при комнатной температуре. Образуются прочные ионные соли-галогениды:
2Na + Cl2 → 2NaCl

2K + I2 → 2KI
2Cs + F2 → 2CsF
С серой
Реакция с расплавленной серой носит взрывной характер. Калий и рубидий способны реагировать с серой даже при механическом растирании:
2Na + S t°→ Na2S
Реакция натрия с серой
2Rb + S t°→ Rb2S
С фосфором
Реакция требует нагревания, после чего идет с сильным выделением теплоты. Образуются фосфиды:
3K + P t°→ K3P
Реакция калия с фосфором
С водородом
При нагревании присоединяют водород, образуя солеобразные (ионные) гидриды. Гидриды — мощные восстановители и бурно реагируют с водой:
2Na + H2 t°→ 2NaH
С азотом
Только литий способен медленно связывать азот при комнатной температуре благодаря огромной энергии решетки нитрида лития. Остальные металлы образуют нитриды только при сильном нагревании или электрическом разряде:
6Li + N2 → 2Li3N
Реакция лития с азотом
С кислородом

Важное различие

Реакция с кислородом специфична. Маленький ион лития образует устойчивый нормальный оксид. Более крупные образуют пероксиды или надпероксиды:
• Литий образует нормальный оксид: 4Li + O2 → 2Li2O

• Натрий образует пероксид: 2Na + O2 → Na2O2
• Калий, Рубидий, Цезий образуют надпероксиды: K + O2 → KO2
Цезий на воздухе самовозгорается мгновенно.
С водой
Взаимодействие с водой идет исключительно активно. Литий реагирует спокойно, натрий плавится и бегает по поверхности, калий воспламеняет водород фиолетовым пламенем, а тяжелые металлы реагируют со взрывом:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
С кислотами
Бурно растворяются в кислотах с выделением водорода или глубоких продуктов восстановления кислоты-окислителя. Реакция часто сопровождается взрывом выделяющейся газовой смеси:
С HCl: 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2↑

С конц. H2SO4 (возможно образование H2S и S):
8Na + 5H2SO4(конц.) → 4Na2SO4 + H2S + 4H2O

С азотной кислотой (HNO3):

С концентрированной (образуется N2O):
8Na + 10HNO3(конц.) → 8NaNO3 + N2O↑ + 5H2O
С разбавленной (образуется N2):
10Na + 12HNO3(разб.) → 10NaNO3 + N2↑ + 6H2O
С очень разбавленной (образуется NH4NO3):
8Na + 10HNO3(оч. разб.) → 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O

Взаимодействие с органическими веществами

Щелочные металлы способны замещать водород в соединениях, обладающих даже очень слабыми кислотными свойствами:

Реагент Описание процесса и уравнения реакций
Со спиртами
образование алкоголятов
2CH3OH + 2Na → 2CH3ONa + H2↑
С фенолом
образование фенолятов
2C6H5OH + 2Na → 2C6H5ONa + H2↑
Реакция фенола с натрием
С алкинами
с концевой тройной связью
HC≡CH + 2Na → NaC≡CNa + H2↑
С галогеналканами
реакция Вюрца
2CH3Cl + 2Na → C2H6 + 2NaCl

Щелочные металлы способны замещать водород в соединениях, обладающих даже очень слабыми кислотными свойствами:

Вопрос 1: Реакции простых веществ с кислородом (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения реакций горения щелочных металлов в кислороде:

  1. $Li + O_2 \rightarrow \dots$
  2. $Na + O_2 \rightarrow \dots$
  3. $K + O_2 \rightarrow \dots$

Ответ:

  1. $4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O$ (нормальный оксид)
  2. $2Na + O_2 \rightarrow Na_2O_2$ (пероксид)
  3. $K + O_2 \rightarrow KO_2$ (надпероксид)

Пояснение: Это важнейшая особенность свойств элементов IA группы, которую очень часто проверяют на экзаменах!

Вопрос 2: Реакции простого вещества (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения химических свойств щелочных металлов и расставьте коэффициенты:

  1. $Li + N_2 \rightarrow \dots$ (без нагревания)
  2. $Na + H_2O \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
  3. $Na + H_2SO_4(конц.) \rightarrow Na_2SO_4 + H_2S\uparrow + \dots$
  4. $K + HNO_3(разб.) \rightarrow \dots + N_2O\uparrow + \dots$
  5. $Na + CH_3OH \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
  6. $Na + HC\equiv CH \rightarrow \dots + \dots\uparrow$

Ответ:

  1. $6Li + N_2 \rightarrow 2Li_3N$
  2. $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$
  3. $8Na + 5H_2SO_4(конц.) \rightarrow 4Na_2SO_4 + H_2S\uparrow + 4H_2O$
  4. $8K + 10HNO_3(разб.) \rightarrow 8KNO_3 + N_2O\uparrow + 5H_2O$
  5. $2Na + 2CH_3OH \rightarrow 2CH_3ONa + H_2\uparrow$
  6. $2Na + 2HC\equiv CH \rightarrow 2NaC\equiv CH + H_2\uparrow$

Пояснение: Щелочные металлы — сильнейшие восстановители. Они восстанавливают кислоты-окислители до самых глубоких степеней (сероводород, $N_2O$, $N_2$, $NH_4^+$) и способны вытеснять водород из воды, спиртов и терминальных алкинов.