【高中化学奥林匹克竞赛辅导】无机元素化学习题
第十章碱金属与碱土金属
1. 钠、钾、锂、铷和铯在过量氧气中燃烧时，各生成何种氧化物？各类氧化物与水的作用情况如何？
2. 金属钠为什么放在煤油中保存？放在汽油中好不好？放在液氨中行不行？金属锂能否放在煤油中？
3. Li、Na、K、Rb和Cs的逸出功分别为2.42、2.28、2.24、2.09和1.96eV， (1)这样一个顺序与碱金属的什么性质有关？
(2)这些金属中有哪些用可见光照射，能显示光电效应？ 4. 解释下列事实：
(1)碳酸钠溶液加到铜盐溶液中,得到碱式碳酸盐的沉淀。 (2) IA族中只有锂与氮反应,生成氮化物。
(3)如果用氨—氯法得到碳酸钠的方法来制备碳酸钾是不可行的。
5. 提纯NaCl过程中,为什么要先加入BaCl2，再加入Na2CO3，然后将溶液调至酸性？各步的作用是什么？
6. 根据Born－Haber循环，指明什么因素构成氮化锂稳定，氮化钾不稳定？ 7. 根据Born－Haber循环，指明什么因素构成锂的还原电位与铯的相近？ 8. 氟化铯晶体虽然具有最高的离子性，但为什么它的熔点却较低？
9. 氢化钠和水作用，放出氢气并生成苛性钠。已知氢化钠的生成热为56.43kJ?mol，苛性钠生成热为468.2kJ?mol－1，试计算氢化钠与水反应的热效应。
10. Li(s) + H2O ??LiOH(aq) + 1/2H2(g) 的?H ?298 = －508.3kJ?moi－1，而Na(s) + H2O ??NaOH(aq) + 1/2H2(g) 的?H ?298 = －469.5kJ?mol.－1，但为什么锂与水的反应不激烈？ 11. Na(aq)的?Hf = －239.4kJ?mol，Na的第一电离势是493.2kJ?mol，钠的升华热为108.6kJ?mol－1，试求：Na+离子的水合能。
12. 已知：K的标准还原电位为－2.92V，在水溶液中，K离子的水合能为－322kJ?mol，K的升华热为88kJ?mol－1，K的第一电离势为418kJ?mol－1，试计算：
K(s) ? K+(1mol?dm－3) + e的?S ?。
13. 钠的第一电离能大于钾的第一电离能，但为什么可通过下列反应来制备金属钾？ KCl(l) + Na = NaCl(l) + K
14. 在液氨中用氢与钠反应能否制备氢化钠？为什么？
15. 如何由Li2O制取LiH？试从热力学观点分析是否可以直接用氢气作用于Li2O而制备LiH？
16. 写出下列各反应的化学方程式：
(1)钙与氯气 (2)钡与冷水 (3)氧化钙与水 (4)氮化镁与水 17. 钙在空气中燃烧时生成何物？为何将所得产物浸泡在水中时，可以觉察到大量的热并嗅到氨的气味？写出一切有关的化学方程式。
18. 根据表列数据，说明氟化钠、碘化钠、氧化镁的熔点为何不同？ 离子电荷 离子电荷 键长(pm) 熔点(℃) NaF 1 231 NaI 1 318 MgO 2 210 +
－1－1
+?－1－1
988 660 2800 19. 碱土金属的碳酸盐的热分解温度为什么依Be、Mg．．．Ba的顺序逐渐增加？ 20. IIA族金属的第二电离能远远大于其第一电离能，为什么IIA组金属不形成+1价化合
物。
21. 为什么在酸性溶液中钡的还原能力强，而在碱性溶液中则钙的还原能力强？
22. 盛氢氧化钡溶液的瓶子，在空气中放置一段时间后，内壁蒙有一层白色薄膜，这是什么物质？欲除去这层薄膜，应采取下列何种物质来洗涤？试说明理由． (1)水 (2)盐酸溶液 (3)硫酸溶液 23. 为什么高氯酸镁是极好的干燥剂？ 24. 如何从氧化钡制备过氧化钡？
25. 试从EMg2+/Mg来说明镁与水反应的情况，但与实际情况比较，有何不同？为什么？ 26. 为什么MgCl2-6H2O在空气中加热不能脱水，怎样才能制备无水MgCl2。 27. 如何鉴别下列物质：
(1) Na2CO3和CaCO3 (2) CaSO4和CaCO3 (3) NaCl和MgCl2 (4) Mg(OH)2和MgCO3
28. 现有一混合物，其中可能含MgCO3、Na2SO4、Ba(NO3)2、KCl、CuSO4，按如下步骤进行实验：
(1)溶于水得到一无色溶液和白色沉淀 (2)白色沉淀可溶于稀盐酸并有气体产生
(3)无色溶液的焰色是黄色
问以上五种物质哪些一定存在？哪些一定不存在？哪些可能存在？
29. 电解0.251dm3、0.220mol?dm－3MgCl2溶液，直到收集到104cm3氢气和水蒸气的混合物。问是否有Mg(OH)2沉淀产生？(已知：在23℃，748?条件下，这时溶液的蒸汽压为21?) 30. 镁条在空气中燃烧，产物溶于60.0mmol HCl的盐酸中，加甲基橙并用NaOH溶液回滴，用去12.0mmol的NaOH，恰好到终点，然后加过量的碱，蒸馏溶液，馏出的NH3被另一酸性溶液吸收(其中含量10.0mmolHCl)，吸收完后，回滴该溶液用去6.0mmolNaOH，试计算：
(1)该镁条燃烧时，有百分之几的镁生成Mg3N2？ (2)镁条原来重多少克？ 31. 从下面的数据，通过计算说明，Ca与Cl2反应生成CaCl2(s)而不能生成CaCl(s)。 ?H ?(kJ?mol－1)
Ca(s) ??Ca(g) +177
+
Ca(g) ??Ca(g) + e +589 Ca+(g) ?? Ca2+(g) + e +1146 Cl2(g) ?? 2Cl(g) +242 Cl(g) + e ??Cl??354
CaCl2的Aa=5.00，ro=281pm，n=9 CaCl的Aa=1.748，ro=314pm，n=9
32. 在一含有Ba2+离子和Sr2+离子的溶液中，已知钡离子的浓度为0.10mol?dm－3，锶离子的浓度为0.10mol?dm－3，若在此溶液中，滴入K2CrO4溶液并充分搅拌。假定反应过程中，溶液体积保持不变，试通过计算，回答如下问题： (1)首先从溶液中沉淀出来的是SrCrO4还是BaCrO4？ (2)在第一种沉淀刚析出时，[CrO42?]为多少？
(3)在第二种沉淀刚析出时，溶液中[CrO4]又为多少？
(4)当第二种沉淀刚析出时，溶液中第一种沉淀的阳离子的浓度是多少？ （已知Ksp,SrCrO4=2.2×10－5, Ksp,BaCrO4=1.17×10－10）
2?
?
答案：
1. 4Li + O2M+ O2(过量)2Li2O 2Na + O2MO2 (M＝K、Rb、Cs)
Na2O2
Li2O + H2O2LiOH Na2O2 + 2H2O2NaOH + H2O2 2MO2+ 2H2O2MOH + H2O2 + O2 (M＝K、Rb、Cs)
2. 金属钠的化学性质很活泼，极易与空气反应，∴金属钠必须放在煤油中保存，以隔绝空气。金属钠放在汽油中也可以，但汽油易挥发，价格贵，∴金属钠不保留在汽油中。放
+
在液氨中不行，在低温时，金属钠溶于液氨，形成Na(NH3)x和e(NH3)y，在通常温度下，与NH3(l)反应，生成NaNH2和H2。金属锂放在煤油中不行，因为Li的密度小，它会浮在煤油的表面，起不到隔绝空气的作用，∴Li只能封在石蜡或凡士林中。
3. (1) 随着碱金属元素的原子序数的增加，原子半径增加，第一电离势变小，∴从Li→Cs的逸出功从2.42 eV降低到1.96 eV。
(2) 可见光的波长范围为400 nm～700 nm（即4000 ?～7000 ?），其频率范围为：?1?c?3?108?9?1400?10?7.5?1014?2???4.29?10?9?2700?10－1－1
秒；秒；
c3?10814其能量范围为：E1＝hv1＝4.97×10－19 J＝3.1 eV；E2＝hv2＝2.84×10－19 J＝1.77 eV；
∴从Li→Cs所有金属用可见光照射时，都能显示光电效应。
4. (1) 由于碳酸钠溶液呈碱性，Cu(OH)2溶解度小，∴放入铜盐溶液中，只能生成碱式碳酸盐，而不是正盐。
(2) 由于Li的原子半径最小，∴Li离子的半径更小，形成Li3N2离子晶体时，放出的能量最多，因此在IA中只有Li能直接与N2反应。
(3) 氨—氯法制碳酸钠为：NaCl + NH4HCO3NaHCO3 + NH4Cl
2NaHCO3△+
Na2CO3 + CO2 + H2O
由于第一个反应中生成的NaHCO3的溶解度小，∴反应能向右进行，其它MHCO3溶解度都较大，∴不能用此法制备KHCO3，也就不能制备K2CO3。
2－2+2+
5. 加入BaCl2以除去粗盐中的SO4离子，加入Na2CO3以除去Ca、Mg以及过量的Ba2+离子，把溶液调至酸性是除去溶液中的CO32－离子。若先加入CO32－再加入BaCl2，则Ba离子不可能被除净，由于加入大量CO3离子，也影响SO4离子的去除。
6. 氮化锂稳定因素是由于7.
M(s)sHmrHm2+2－2－
ULi3N大，氮化钾不稳定因素是
UK3N小。
∵?rHm＝?sHm + I1 + ?hHm ，
M+(aq)hHm虽然I1(Li) > I1(Cs)，但│?hHm,Li│>>│?hHm,Cs│，且?hHm,
是放热，即?hHm,Li比?hHm,Cs更负，∴锂的还原电位与铯相近。
M(g)I1M+(g)
8. 虽然氟化铯晶体具有最高的离子性，这是由于XF－XCs达到最大的贡献，但由于
rCs+很大，∴UCsF减小，故CsF的熔点较低。 9. －126.15 kJ?mol－1
10. 虽然Li(s)与H2O(l)的反应是放热的，而且比Na(s)与H2O(l)反应放出的热量多，但
Li的熔点高，放出的热量不足以使Li(s)熔化，∴反应表面积没有增大，另外LiOH的溶解度小，会阻碍Li继续与H2O的反应，故锂与水的反应不如钠与水的反应激烈。
11. －841.2 kJ?mol－1 12. 1562 J?mol－1?K－1
13. 因为I1(K)
14. 不能，这是由于NaH与NH3会发生如下反应：NaH + NH315. Li2O+ 2HCl否。Li2O(s) + 2H2(g)16. (1) Ca + Cl22LiCl + H2O LiCl (l)
电解△NaCl(l) + K(g)↑，K(g)脱离体系，反应向右移
NaNH2 + H2
725℃2Li + Cl2 2Li + H22LiH 2LiH + H2O(g)，?rGm＝195.81>0，∴正反应不能自发进行。 CaCl2 (2) Ba + 2H2OBa(OH)2 + H2↑
2CaO，
(3) CaO + H2OCa(OH)2 (4) Mg3N2 + 6H2O3Mg(OH)2 + 2NH3 17. 钙在空气中燃烧可生成CaO和Ca3N（但Ca不能直接与N2反应）：2Ca + O22
3Ca + N2Ca3N2，所得产物放在水中，放出大量的热是由于CaO与水、Ca3N2与水反应的热效应，NH3是由于Ca3N2与水反应得到：
CaO + H2OCa(OH)2，Ca3N2 + 6H2O3Ca(OH)2 + 2NH3↑ 18. NaF、NaI和MgO都是离子晶体，离子晶体的熔点与其晶格能有关，即晶格能越大，熔点越高，而U∝Z+Z－e2，U∝1/r，∴UMgO>UNaF>UNaI，∴m.p.(MgO)>m.p.(NaF) >m.p (NaI)。 19. 按一般性的规律来看，金属性越强，其盐越稳定，似乎应该BaCO3最难分解。然而金属碳酸盐的分解，可以看作金属离子对CO32
－
O反极化作用CO(IV)离子的反极化作用。从Be→Ba，离子半径不断增大，对CO3
极化作用2+2－2－2+2+M离子中O离子的反极化作用越小，CO3越稳定，∴从Be→Ba
的碳酸盐的热稳定性增加。
2+
20. 虽然IIA族金属的I2远远大于I1，但由于M离子在形成离子化合物时所放出的能量足以补偿第二电离能（I2），∴IIA族碱土金属元素不形成+1价化合物。
21. 在碱性溶液中Ba2+不产生Ba(OH)2↓，而Ca(OH)2溶解度小，会产生Ca(OH)2↓，∴
2+2+2－
O?A(Ba2+/Ba)＝
?B(Ba2+/Ba)，而
?A(Ca2+/Ca)>
?B[Ca(OH)2/Ca]，在酸性溶液中，它们都以Ba2+、Ca2+离
子出现，由于Ba比Ca活泼，∴Ba的还原性强，而在碱性溶液中由于[Ca2+]降低，使?B[Ca(OH)2/Ca]更负，使得Ca的还原能力大于Ba。
22. BaCO3，因为Ba2+ + CO2 + H2OBaCO3↓ + 2H+。应采取HCl(aq)来洗涤。 23. 因为Mg(ClO4)2吸水后生成Mg(ClO4)2·6H2O，∴高氯酸镁是极好的干燥剂。 24. BaO + H2O25. ∵
Ba(OH)2 Ba(OH)2+ H2O2?H2O/H2BaO2 + 2H2O
pH21/2?Mg2+/Mg＝－2.372 V，而
2+＝0.00 V + 0.0591lg([H+]/
)＝－0.414 V，
?H2O/H2>
?Mg/Mg，∴Mg + 2H2OMg(OH)2 + H2↑，理应Mg与H2O发生激烈的
反应，但实际情况，Mg与H2O反应，特别与冷水反应非常缓慢，这是由于Mg(OH)2的溶解度小，它覆盖在Mg的表面，阻碍Mg与水进一步反应，∴Mg与H2O的反应不如电极电位反映出来的那样激烈。
26. MgCl2·6H2O加热时发生水解，生成碱式氯化镁：MgCl2·H2O△Mg(OH)Cl + HCl 制备无水MgCl2的方法有：
(1) 在HCl气氛中加热，抑制上述水解反应而脱水。MgCl2·H2O
HClMgCl2 + H2O
(2) 加入脱水剂（如氯化亚砜），防止MgCl2·H2O水解。SOCl2 + H2OSO2↑ + 2HCl↑ 27. (1) 利用在水中的溶解性来鉴别或者用H2SO4(aq)来鉴别。由于CaSO4微溶于水，∴Na2CO3可溶于H2SO4，而CaCO3 + H2SO4CaSO4↓+ CO2 + H2O；
(2)用HCl(aq)来鉴别；(3)加入NaOH(aq)，有白色沉淀者为Mg(OH)2；
(4) 加入HCl(aq)，放出气体的为MgCO3。
28. 根据(1)可知，产生白色沉淀有两种情况：一种是自身难溶于水，另一种是正、负离子结合成难溶电解质。根据(2)可知，该沉淀是碳酸盐而不是Ba SO4↓，∴一定是MgCO3↓。根据(3)可知无色溶液的焰色是黄色，则一定有Na离子，∴有Na2SO4存在，则溶液中一定没有Ba(NO3)2；由于Cu(aq)呈蓝色，K离子的焰色反应为紫色，∴溶液中没有KCl和CuSO4。因此该混合物中一定有MgCO3、Na2SO4，一定没有Ba(NO3)2和CuSO4，可能有KCl，这可能KCl(aq)浓度太低，Na+的黄色焰色反应掩盖了K+离子的紫色。
29. 有 30. (1) 27.3%；(2) 535 mg。 31.
UCaCl22+
+
+
＝4394 kJ?mol－1，
UCaCl＝687 kJ?mol－1，
＝－154 kJ?mol－1，
－1
?fHm,CaCl2＝－2948 kJ?mol－1，CaCl2(s) + Ca(s)
?fHm,CaCl2CaCl(s)?rHm＝－2640 kJ?mol，
∴Ca与Cl2反应生成CaCl2(s)而不能生成CaCl(s)。 32. (1) BaCrO4；(2) 1.17×10－9 mol?dm－3；(3) 2.2×10－4 mol?dm－3；(4) [Ba2+]=5.32×10－7
mol?dm－3。
化学奥赛无机元素化学习题 碱金属元素及碱土金属元素(含答案)
