第9章 s 区元素【9-1】试说明碱金属和碱土金属在同一族从上到下，同一周期从左到右下列性质递变的情况：（1）离子半径，（2）电离能，（3）离子水和能。
并解释原因。
解：（1）碱金属和碱土金属从上到下离子半径增大，这是因为随着主量子数的增加，外层电子在核外出现概率最大的距离明显增加；在同一周期中，从左到右离子半径减小，这是因为随着核电荷的增加，核对于核外电子的吸引力（即有效核电荷）增强的缘故。
（2）碱金属和碱土金属从上到下电离能减小，是因为随着原子半径的增加，原子核对外层电子的束缚力减小；在同一周期中，从左到右电离能增大，这是因为随着有效核电荷的增加，和对外层电子的束缚力增加的缘故。
（3）碱金属和碱土金属从上到下水合能减小，这是因为随着原子序数增加，离子半径增加，正离子与水分子相互作用力减小的缘故。
在同一周期中，从左到右水合能增加，碱土金属离子在水溶液中，均为正二价离子，所以电荷高于正一价碱金属离子的缘故。
【9-2】锂、钠、钾在氧气中燃烧生成何种氧化物？这些氧化物与水反应情况如何？以化学方程式来说明。
解：分别生成Li 2O 、Na 2O 2、KO 2 ； 【9-3】写出下列反应方程式： （1）Al 溶于NaOH 溶液中 （2）Ba(NO 3)2加热分解 （3）Na 2O 2+CO 2 （4）CaH 2+H 2O（5）Na 2O 2+Cr 2O 3（6）K+KNO 3解：(1) 2Al + 2NaOH + 6H 2O = 2NaAl(OH)4 + 3H 2↑(2)Ba(NO 3)2 = Ba(NO 2)2 + O 2↑(3) 2Na 2O 2 + 2CO 2 =2NaCO 3 + O 2(4) CaH 2 + 2H 2O =Ca(OH)2 + 2H 2↑(5) 3Na 2O 2 + Cr 2O 3 = 2Na 2CrO 4 + Na 2O(6) 10K + 2KNO 3 = 6K 2O + N 2↑【9-4】比较下列性之的大小： （1）溶解度：CsI ，LiI ，CsF ，LiF ，LiClO 4，KClO 4 （2）碱性的强弱：Be(OH)2， Mg(OH)2，Ca(OH)2， NaOH （3）分解温度:Na 2CO 3，NaHCO 3，MgCO 3， K2CO 3 （4）水和能：Na +， K +，Mg 2+，Be 2+ 解：（1）溶解度：CsI<LiI; CsF>LiF; LiClO 4>KClO 4（2）碱性的强弱：Be(OH)2<Mg(OH)2<Ca(OH)2<NaOH （3）分解温度: K 2CO 3>Na 2CO 3> MgCO 3>NaHCO 3 （4）水和能：Na +>K +> Be 2+>Mg 2+【9-5】解释下列事实：（1）卤化锂在非极性溶剂中的溶解度大小顺序为LiI ＞LiBr ＞LiCl ＞LiF 。
（2）虽然电离能I(Li)＞I(Na)，但φθ(Li +/Li)＜φθ(Na +/Na)更低。
（3）虽然φθ(Li+/Li)＜φθ(Na+/Na)，但金属锂与水反应没有金属钠与水反应剧烈。
（4）锂的第一电离能小于铍的第一电离能，但锂的第二电离能大于铍的第二电离能。
（5）在实验室里，为什么标准溶液不能装在酸滴定管中，而只能装在碱滴定管。
解：（1）非极性或弱极性溶质的溶解性可以用相似相溶原理来说明，随着F －、Cl －、Br －、I －的离子半径增大，极化率增大，LiF 、LiCl 、LiBr 、LiI 的共价键成分增强，分子的极性减弱，所以在非极性溶剂中的溶解度依次增大。
（2）φθ(M ＋/M)与△f 0m G (M ＋，aq )有关，但从金属生成水合离子时，Li 与Na 的△r 0m S 相近，可忽略二者的差异，只考虑△f 0m H 。
虽然Li 在升华及电离时吸收的能量都比Na 多，但Li ＋半径很小，水合热比Na ＋大得多，足以抵消前两项吸热而有余。
因此，△f 0m H (Li ＋，aq )比△f 0m H (Na ＋，aq )更小，所以φθ(Li ＋/Li)比φθ(Na ＋/Na)小。
（3）虽然φθ(Li ＋/Li)＜φθ(Na ＋/Na)，但Li 熔点高，升华焓大，不易活化，同时Li 与H 2O 反应的产物LiOH 溶解度较小，覆盖在金属表面减缓了反应。
因此锂与水反应不如金属钠与水反应激烈。
（4）因原子半径Be 比Li 小，而有效核电荷Be 比Li 大，所以第一电离能Be 比Li 大。
第二电离能对 Li 来说是失去一个1s 电子所需的能量，对Be 来说是失去2s 电子所需的能量，2s 电子能量比1s 电子高得多，易失去。
【9-6】回答下列问:（1）在水溶液中，离子在电场作用下移动速度的快慢常用离子的迁移速率来描述。
为什么测得碱金属的迁移速率大小顺序是Cs +＞Rb +＞K +＞Na ＞+Li +（2）氯化钙加入冰中可获得低温，从致冷效果来看，采用无水CaCl 2还是CaCl 2·6H 2O 好？（3）为什么碱金属氯化物的熔点NaCl ＞KCl ＞RbCl ＞CsCl?而碱土金属的熔点MgCl 2＜CaCl 2＜SrCl 2＜BaCl 2？（4）加热CaCl 2·6H 2O 和MgCl 2·6H 2O 时,为什么前者得到CaCl 2而后者得到Mg(OH)Cl ？ 解：（1）离子越小水合程度越大,就水合离子半径而言，Li +Cs +递减，而水合离子半径越小迁移率就越大。
（2）用CaCl 2·6H 2O 为好。
因为无水CaCl 2溶于水时水合作用强，放出大量的水合能不利于温度降低。
（3）碱金属氯化物都是离子晶体，因为离子半径Na + Cs +递增，所以NaClCsCl 晶格能递减;碱土金属正离子的极化力较大，因为极化力Mg 2+ Ba 2+递减，所以BaCl 2基本上还保持离子晶体，而MgCl 2向共价键过渡较多。
（4）Mg 2+半径小，它与O 2-结合力大，所以MgCl 2·6H 2O 加热时水解为Mg(OH)Cl 。
【9-7】如何鉴别下列各对物质？（1）Be(OH)2, Mg(OH)2 （2）BeCO 3, MgCO 3 （2）LiF, KF（4）NaClO 4, KClO 4解：（1）加过量碱，Be(OH)2溶于碱，而Mg(OH)2不溶。
（2）加热，BeCO 3分解温度低于100℃，而MgCO 3分解温度较高(540℃)。
（3）加水，KF 易溶于水，而LiF 难溶于水。
（4）加水，NaClO 4的溶解度比KClO 4大得多。
【9-8】商品NaOH 中为什么常含有杂质Na 2CO 3？怎样用简便的方法检验？并如何除去？ 解：2NaOH+CO 2(空气中)=Na 2CO 3+H 2O取试样少量，加入几滴BaCl 2溶液，若有白色沉淀生成，证明其中含有杂质Na 2CO 3。
先配制NaOH 的饱和溶液，Na 2CO 3因不溶于饱和的溶液而先沉淀析出，静置，过滤即可除去。
【9-9】Ca 2+和Mg 2+混合液可用如下操作予以分离：在混合液中先加NH 3-NH 4C l 混合液，然后再加入(NH 4)2CO 3溶液, 发现Ca 2+变成CaCO 3沉淀，而Mg 2+仍留在溶液中。
试用有关平衡理论解释之。
解：在N -NH 3缓冲溶液中,因存在NH 3·H 2ON+OH -的平衡,使溶液中[OH -]较低,从而促使C水解平衡C+H 2O HC+OH -向右移动。
由于大部分C 在此条件下以HC形式存在,造成较大的MgCO 3达不到溶度积,而较小的CaCO 3仍可达到溶度积。
【9-10】在某酸性BaCl 2溶液中，有少量FeCl 3杂质，现用BaCO 3调节溶液的PH ，可把Fe 3+沉淀为Fe(OH)3而除去。
试用有关平衡理论解释之。
解：因反应BaCO 3+2H +Ba 2++CO 2+H 2O 不断消耗H +，促使Fe 3+以下的水解平衡：Fe 3++H 2O Fe(OH)2++H + Fe(OH)2++H 2O Fe(OH+H +Fe(OH+H 2OFe(OH)3+H +向右移动,因此形成Fe(OH)3沉淀。
【9-11】一镁条在空气中燃烧后的余烬溶于60mmol 的盐酸后，过量盐酸需用12mmolNaOH 才完全中和。
然后在此溶液中加入碱蒸馏。
蒸出的氨通入10mmol 的盐酸中，剩余的盐酸需用的6mmol 碱中和。
求算原来的镁条质量。
(注：镁条燃烧产物为MgO 和M 3N 2的混合物。
)解：发生如下反应：反应（5）消耗的碱=10mmol-6mmol=4mmol则生成的4NH Cl 为4mmol ，32Mg N 为2mmol ，反应（4）消耗的HCl 16mmol ， 则反应（3）共消耗HCl=60mmol-16mmol-12mmol=32mmol323Mg MgO Mg N n n n ∴=+=16mmol+3×2mmol=22mmol Mg m =22mmol×24g/mol=0.53g【9-12】氧化钡是制备显像管和电真空管的吸氧剂和超导材料。
它可由BaCO 3和焦炭混合加热制得。
试用热力学原理估算此法制取BaO 所需的温度。
如果不用焦炭，直接将BaCO 3加热制取BaO ，则所需的温度为多高？解：1270 K ，不加焦碳 1562 K【9-13】图9-2给出BeCl2在不同温度下的三种结构式。
试指出这三种结构中Be的杂化类型，并给出这三种结构的电子结构式（正常共价键用“—”表示，配位键用“→”表示）。
解：室温:sp3杂化500℃sp2杂化1000℃sp杂化【9-14】试讨论镭一下几方面性质：（1）能否与水发生反应？（2）下列镭的化合物能否溶于水？Ra(OH)2，RaF2，RaSO4，RaCO3（1）Ra(OH)2碱性的强弱。
解：（1）镭是最活泼的碱土金属，与水反应剧烈，生成氢氧化镭和氢气。
（2）Ra(OH)2难溶，RaF2易溶，RaSO4难溶，RaCO3难溶。
（3）Ra(OH)2为强碱。