专题2-7:主族金属-碱金属的氧化物及过氧化物.docx
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1、系列二 主族金属专题 7碱土金属的氧化物与过氧化物一、氧化物(1) 制备:除锂在空气中燃烧的主要产物为Li2O 外,其它碱金属在空气中燃烧的主要产物都不是一般氧化物 M2O。在含氧量缺乏的空气中可以制得这些碱金属的氧化物,但条件不易掌握,难于制得纯洁氧化物。因此以外的碱金属氧化物的制备一般可以用碱金属单质或叠氮化物复原其过氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐制备。22Na + Na2O2=2Na2O,10K + 2KNO3=6K2O+N ,3NaN3 + NaNO2=2Na2O+5N2碱土金属的氧化物可以通过其碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐或硫酸盐的热分解来制备。(2) 颜色:碱金属的氧化物从Li2O 到 Cs
2、2O 颜色逐加深:Li2O 白色,Na2O 白色,K2O 淡黄色,Rb2O 亮黄色,Cs2O 橙红色。碱土金属的氧化物都是白色。(3) 稳定性:总体趋势,同族从上到下依次降低,熔点也按此挨次降低。碱土金属离子半径小,正电荷高, 其氧化物的晶格能大,因而其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多。2(4) 化学性质:碱金属和多数碱土金属氧化物同水反响生成相应的氢氧化物并放出热量,如 Na2O +H2O= 2NaOH,CaO +H2O=Ca(OH) 。经过煆烧的BeO 和 MgO 极难与水反响,它们的熔点很高,都是很好的耐火材料。经特定过程生产的轻质氧化粉末是一种很好的补强材料,常用作橡胶、塑料、纸张的填料
3、 。二、过氧化物(1) 碱金属和碱土金属元素中除了铍之外其它元素都能形成过氧化物。过氧化物含有过氧链 OO,可以将它们看成是过氧化氢的盐,与水反响可以理解为过氧化物的水解。最重要的过氧化物是过氧化钠、过氧化钙和过氧化钡。22(2) 为获得纯度高的 Na O ,需要掌握肯定的反响条件。工业上是将钠加热熔化,通入肯定量的除去二氧化碳的枯燥空气,维持温度在 180200之间钢即被氧化为Na2O;进而增大空气流量并快速提高温度至 300180200300400400,即可制得纯洁的Na2O2 黄色粉末。4Na+O2=2=Na2O不稳定2Na+O2=Na O稳定。其他元素的过氧化物都是用间接方法制得的。
4、例如制备BaO2 是在室温下以氨水为介质,使Ba(NO3)22232和 H2O2 反响:Ba(NO )3H O2NH HO=BaO 2HO 2NH NO2HO,然后加热到 383388 K,脱去22232222432H2O2 即得到 BaO 。要留意比钠更活泼的碱金属钾、铷、铯不行以用此法,由于会生成超氧化物。(3) 低温顺碱性条件下,用氯化钙与过氧化氢反响可以制得近白色的含结晶水的过氧化钙。含结晶水的过氧化钙在超过 100温度下脱水可生成黄色的无水过氧化钙CaO2。222224224(4) 试验室常常用BaO 与稀硫酸反响制备H O :BaO + H S0 =H O + BaSO222222
5、2(5) 过氧化物为粉末状固体,易吸潮。它与水或稀酸作用,生成过氧化氢,2Na O +2H O=4NaOH+O ;也都可作氧化剂、氧气发生剂和漂白剂,氧吧多数承受 CaO作为氧气发生剂; 可与 CO反响并放出 O ,=;2Na O +2CO2Na CO +O222232(6) 过氧化物具有较强的氧化性,如3Na O + Fe=Na FeO + 2Na O;遇到强氧化剂时也会表达出复原22242性,2KMnO4 + 5Na2O2 +8H2SO4=K2SO4 + 5Na2SO4 +2 MnSO4 +8H2O三、超氧化物 KO2(超氧化钾)2(1) KO2 是很强的氧化剂,与 H2O 猛烈反响生成
6、O2 和 H2O2:2KO22H2O=2KOHH2O2O2, 2H2O2=2H2OO2,总反响式为 4KO 2H2O=4KOH3O2(2) KO2 也能与 CO2 反响放出 O:4KO 2CO2=2K2CO 3O2 因此,KO2 能用来除去 CO2 和再生 O ,常用于急救器中。2232【习题 1】wg 以下物质在足量的氧气中完全燃烧后,生成的产物全部通入足量的过氧化钠固体粉末中,充分反响后固体增重 mg,假设 wm,则以下组合肯定是 ()氢气和甲醛 一氧化碳和甲醛 甲烷和乙二酸 甲烷和一氧化碳 甲烷和乙醇 乙醇和氢气ABCD【答案】A【解析】混合物完全燃烧生成二氧化碳和水,二氧化碳和水与过氧
7、化钠反响的方程式分别为2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2、2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,依据方程式可知过氧化钠增重的实际质量即混合物中H2 和 CO 的质量,即只要混合物可以表示成(CO)m(H2)n,则过氧化钠固体增重质量等于原物质的质量,假设碳原子有剩余,则增重质量大于原质量,即wm;H2 和 HCHO 无论何种比例混合,都可以表示成(CO)m(H2)n,故不符合题意;CO 和 HCHO 无论何种比例混合,都可以表示成(CO)m(H2)n,故不符合题意;CH4 和 HOOCCOOH 以 2:1 比例混合时可以表示成(CO)4(H2)5,故不符合题意;CH4 和 CO
8、无论以何种比例混合都会有C 原子剩余,故符合题意;CH4 和C2H5OH 无论以何种比例混合都会有C 原子剩余,故符合题意;C2H5OH 和H2 无论以何种比例混合都会有C 原子剩余,故符合题意;故答案为A。【习题 2】某溶液含有NO - 、HCO - 、SO 2- 、CO 2- 、SO 2- 五种阴离子。向其中参加足量的Na2O233334固体后,溶液中的离子浓度减小的是(无视溶液体积变化)ABCD【答案】A【解析】Na2O2 与水反响生成氢氧化钠,溶液呈碱性,HCO - 与 OH反响生成 CO 2- ,所以 HCO - 离子浓度333减小,CO 2- 离子浓度增大;Na2O2 具有强氧化性
9、,将 SO 2- 氧化为 SO 2- ,则 SO 2- 离子浓度减小,SO 2- 浓度增3343432大;NO -浓度根本不变。应选:A。【习题 3】探究 Na2O2 与水的反响,试验如图:H2O2 析不正确的是H+ + HO2-、HO2-H+ + O 2-以下分A、中产生的气体能使带火星的木条复燃B、中均发生了氧化复原反响和复分解反响C、中 KMnO4 与 MnO2 的作用不同,产生气体的量也不同D通过能比较酸性:HClH2O2【答案】D【解析】依据试验探究可以看出,试管过氧化钠与水反响生成氢氧化钠与氧气,试管中高锰酸钾具有氧化性,产生气体,溶液褪色,则表达了过氧化氢的复原性;试管中过氧化氢
10、与氯化钡发复分解反响生成过氧化 钡沉淀与稀盐酸,试管中过氧化钡再与稀硫酸反响生成过氧化氢与硫酸钡沉淀,试管中探究过氧化氢在二氧化锰催化剂作用下分解生成水和氧气。A. 试管中过氧化钠与水反响最终生成氢氧化钠与氧气,试管中过氧化氢在二氧化锰催化剂作用下分解生 成水和氧气,因此产生的气体均能是带火星的木条复燃,A 项正确;B. 中的反响机理可以认为过氧化钠与水反响生成过氧化氢与氢氧化钠,过氧化氢分解生成水和氧气,发生 的反响为复分解与氧化复原反响,中过氧化钡再与稀硫酸反响生成过氧化氢与硫酸钡沉淀,过氧化氢分解产生了氧气,因此两个试管中均发生了氧化复原反响和复分解反响,B 项正确;C. 中 KMnO4
11、 与过氧化氢反响生成氧气,KMnO4 表达氧化性,而中 MnO2 则起催化作用,两个试管中产生氧气的量均由过氧化氢的量打算,因溶液是等分的,但中过氧化氢全部被氧化中的过氧化氢发生歧化反响, 所以产生气体的量不一样,C 项正确;D. 依据条件可以看出过氧化氢属于二元弱酸,而盐酸属于一元强酸。试管由于生成了过氧化钡沉淀, 不是可溶性的盐溶液,则不能证明盐酸与过氧化氢的酸性强弱,D 项错误;答案选D。【习题 4】过氧化钙(CaO2)是一种白色晶体,能潮解,难溶于水,可与水缓慢反响,不溶于乙醇,易与酸反响,常用作杀菌剂、防腐剂等。依据题意,答复相关问题。ICaO2 晶体的制备:CaO2 晶体通常可利用
12、 CaCl2 在碱性条件下与H2O2 反响制得。某化学兴趣小组在试验室制备 CaO2 的试验方案和装置示意图如下:(1) 三颈烧瓶中发生的主要反响的化学方程式为。(2) 冷水浴的目的是;步骤中洗涤 CaO28H2O 的试验操作方法是 CaO2 含量的测定:测定 CaO2 样品纯度的方法是:称取 0.200g 样品于锥形瓶中,参加 50mL 水和15mL2molL-lHCl,振荡使样品溶解生成过氧化氢,再参加几滴MnCl2 稀溶液,马上用0.0200molL-lKMnO4 标准溶液滴定到终点,消耗 25.00mL 标准液。(3) 上述过程中使用稀盐酸而不使用稀硫酸溶解样品的缘由是;滴定前参加Mn
13、Cl2 稀溶液的作用可能是。(4) 滴定过程中的离子方程式为,样品中 CaO2 的质量分数为。(5) 试验I 制得的晶体样品中 CaO2 含量偏低的可能缘由是:。【答案】(1) CaCl2+H2O2+2NH3H2O+6H2O=CaO28H2O+2NH4Cl(2) 该反响放热,防止温度上升导致 H2O2 分解和氨水中氨气挥发向过滤器中注入乙醇至浸没沉淀,待乙醇流尽后,重复操作 23 次(3) 生成的硫酸钙为微溶物,掩盖在样品外表,阻挡反响进一步进展催化作用4 5H O22+2MnO - +6H + =2Mn 2+ +5O 42+8HO45.0%25局部 CaCl2 溶液与浓氨水反响生成 Ca(O
14、H)2 、局部 CaO2 与水反响生成 Ca(OH)2 或烘烤 CaO28H2O 失水不够完全【解析】(1) 由题可知,三颈烧瓶中CaCl2 在碱性条件下与H2O2 发生反响生成 CaO28H2O,据原子守恒可知,该反响化学方程式为:CaCl2+H2O2+2NH3H2O+6H2O=CaO28H2O+2NH4Cl;(2) H2O2 受热易分解,氨水受热易挥发,该反响为放热反响,H2O2 和氨水的热稳定性都较差,温度过高会导致其分解,影响产量和化学反响速率;因过氧化钙可与水缓慢反响,不溶于乙醇,因此可选用乙醇进展洗涤, 试验室洗涤沉淀的操作为:向过滤器中注入乙醇至浸没沉淀,待乙醇流尽后,重复操作2
15、3 次;(3) 假设选用稀硫酸则 CaO2 与稀硫酸反响生成微溶物CaSO4 会掩盖在样品外表,使反响难以持续进展,MnCl2对该反响具有催化作用,可加快化学反响速率;(4) 滴定过程中酸性高锰酸钾与双氧水反响, Mn 元素化合价从+7 价降低至+2 价,H2O2 中 O 元素从-1 价升高至 0 价,依据氧化复原反响得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平该离子方程式为:5H O22+2MnO - +6H + =2Mn 2+ +5O 42 +8HO ;滴定过程中消耗高锰酸钾的物质的量n=25 10-3L2 0.02mol/L= 5 10- 4 mol,依据守恒关系可知:n(H O )= n(Ca
16、O ) = 2.5n(KMnO )= 1.25 10-3mol,样品中 CaO22242的质量分数 w(CaO1?.25 1?0-3 mol ?72g / ?mol.?)= 100%= 45%;20.2g(5) 局部 CaCl2 溶液与浓氨水反响导致反响物未完全转化,同时还会导致最终固体中含有局部Ca(OH)2 杂质,会使CaO2 含量偏低;局部CaO2 与水能反响生成微溶物Ca(OH)2 会导致生成的CaO2 含量偏低;烘烤CaO28H2O 失水不够完全导致固体质量偏大,最终导致计算CaO2 含量偏低。【习题 5】黄色超氧化钾(KO2)可作为宇宙飞船舱的氧源。某学习小组设计以下试验探究KO2
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- 关 键 词:
- 专题 金属 碱金属 氧化物 过氧化物
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