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1、2022年高中化學(xué)（大綱版）第一冊(cè) 第二章 堿金屬 第三節(jié)堿金屬元素 一、關(guān)于焰色反應(yīng) 焰色反應(yīng)是檢驗(yàn)金屬或金屬陽(yáng)離子的一種重要方法。基于教材有關(guān)內(nèi)容的限制。許多學(xué)生對(duì)它了解不夠。譬如說(shuō)： 1．焰色反應(yīng)屬于物理變化，其實(shí)質(zhì)是電子的躍遷。當(dāng)金屬或金屬陽(yáng)離子在火焰上灼燒時(shí)，其核外電子將從火焰上吸收一定的能量，并從能量較低的能級(jí)躍遷到能量較高的能級(jí)。處于高能級(jí)的電子不穩(wěn)定，將會(huì)自發(fā)地躍遷回低能級(jí)，與此同時(shí)，高、低能級(jí)相差的能量將會(huì)以一定波長(zhǎng)的光的形式釋放。 2．并不是所有的金屬都有焰色反應(yīng)．譬如說(shuō)鉑、鐵、鎳等就沒(méi)有。這也正是用鉑絲、鐵絲等蘸取溶液做焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的原因。但這并不是說(shuō)這些金

2、屬或其陽(yáng)離子在火焰上灼燒時(shí)核外電子沒(méi)有躍遷，關(guān)鍵是它們核外電子躍遷時(shí)釋放出的光基本上與原火焰相同，這是由光的波長(zhǎng)決定的。 3．焰色反應(yīng)的定義是“金屬或其化合物在灼燒時(shí)使火焰呈特殊顏色的現(xiàn)象”而不是“……燃燒……”至于金屬單質(zhì)在火焰上灼燒的同時(shí)，有的有燃燒現(xiàn)象(化學(xué)變化)，但金屬陽(yáng)離子卻不能與氯氣發(fā)生燃燒反應(yīng)。 二、漫話焰火 “火樹(shù)銀花不夜天”的節(jié)日之夜，天空中五彩繽紛，瑰麗多姿的焰火，給節(jié)日增添了歡樂(lè)的氣氛。 焰火是靠?jī)?nèi)裝的火藥引燃、發(fā)射的。例如常用的黑火藥用KN03粉、硫磺粉、木炭粉按一定的比例混合而成，在引燃時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)為：S+2KNO3+3C=====K2S+3CO↑十N2↑

3、 反應(yīng)中放出較大量的熱，使生成的氣體在高溫下有限空間內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的壓力，將引燃的焰色本體射送出去。 焰火的五光十色是由于所用的各種化學(xué)品在點(diǎn)燃——爆發(fā)中產(chǎn)生的。這些化學(xué)品主要 為：氧化劑(KClO3或KNO3)，燃料(硫磺粉、木炭粉、鎂粉等)、黏合劑(淀粉或明膠等)?；鹧姘l(fā)色劑四類(lèi)。火焰發(fā)色劑可說(shuō)是焰色的主角，常用的如硝酸鍶(產(chǎn)生紅色火焰)、硝酸鈉(黃色火焰)、硝酸鋇(綠色火焰)、硫酸銅(藍(lán)色火焰)等。鎂粉、鋁粉、鋅粉等的燃燒則產(chǎn)生耀眼的白光。 焰火產(chǎn)生的火花是加入鋁屑或鐵屑在燃燒——爆炸時(shí)以散開(kāi)的白色或黃色熔融粒子噴射而形成的。 焰火產(chǎn)生的濃煙是燃燒時(shí)生成的硫化鉀等粉末以及未燃燒完的木

4、炭粉等形成的。 燃放、觀賞焰火雖可以給人帶來(lái)歡樂(lè)，但引起的環(huán)境污染是相當(dāng)嚴(yán)重的，而且燃放焰火、爆竹造成火災(zāi)以及炸傷人的事故也常有所聞。因此，北京等許多大中城市近年來(lái)已開(kāi)始嚴(yán)令禁止燃放焰火、爆竹。這是十分正確的決定。 三、用焰色反應(yīng)試紙做焰色反應(yīng) 用“焰色反應(yīng)試紙”做焰色反應(yīng)．主要是試紙的制備。首先是制取混酸，向燒杯中加入100 mL濃HNO3，將燒杯放在冰水浴中，再沿玻璃棒將100 mL濃H2SO4慢慢注入濃HNO3中，不斷攪拌形成混酸(濃HNO3和濃H2SO4體積比1：1)，移出冰水浴．再繼續(xù)攪拌，直到混酸達(dá)到室溫。將定性濾紙裁成合適尺寸，分張浸入混酸約10 min，濾紙片逐漸變?yōu)榘胪?/p>

5、明狀，即制成了混酸濾紙。然后將混酸濾紙從混酸中轉(zhuǎn)移到盛蒸餾水的燒杯中漂浮兩次，取出后再用吸水濾紙吸去水分，即完成“焰色反應(yīng)試紙”的制備。 實(shí)驗(yàn)時(shí)將制成的“焰色反應(yīng)試紙”在待測(cè)溶液中浸泡約5 min，取出用吸水濾紙吸去水分，在空氣中晾干，用鑷子夾住點(diǎn)燃，即可看到相應(yīng)的焰色。 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)象明顯，觀察時(shí)間長(zhǎng)．特別是鉀的焰色不用透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃就可以觀察到。 四、最軟的金屬 如果有人間．自然界里最軟的金屬是什么?你可以這樣回答，銫就是最軟的金屬，它甚至比石蠟還軟。 銫具有活潑的個(gè)性．它本來(lái)披著一件漂亮的銀白色的“外衣”，可是一與空氣接觸，馬上就換成了灰藍(lán)色，甚至不到一分鐘就自

6、動(dòng)地燃燒起來(lái)，發(fā)出玫瑰般的紫紅色或藍(lán)色的光輝，把它投到水里，會(huì)立即發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，著火燃燒，有時(shí)還會(huì)引起爆炸。即使把它放在冰上，也會(huì)燃燒起來(lái)。正因?yàn)樗@么的“不老實(shí)”，平時(shí)人們就把它“關(guān)”在煤油里，以免與空氣、水接觸。 最有意思的是，銫的熔點(diǎn)很低．很容易就能變成液體。一般的金屬只有在熊熊的爐火中才能熔化?？墒卿C卻十分特別，熔點(diǎn)只有攝氏二十八度半，除了水銀之外，它就是熔點(diǎn)最低的屬了。大家都知道，我們?nèi)梭w的正常溫度是攝氏三十七度，所以把銫放到手心里，它就會(huì)像冰塊掉進(jìn)熱鍋里那樣很快地化成液體，在手心里滾來(lái)滾去。 在自然界里，銫的分布相當(dāng)廣泛，巖石、土壤、海水以至某些植物機(jī)體，到處都有它的“

7、住地”?？墒卿C沒(méi)有形成單獨(dú)的礦場(chǎng)，在其他礦物中含量又少，所以生產(chǎn)起來(lái)很麻煩。一年下來(lái)，生產(chǎn)出的銫很少，“物以稀為貴”，現(xiàn)在銫比金子還貴。 用銫可以做成最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)儀器——原子鐘。 一說(shuō)到鐘，你們自然明白這是一種計(jì)量時(shí)問(wèn)的工具。人類(lèi)的生活和生產(chǎn)活動(dòng)離不開(kāi)計(jì)時(shí)，想想看，如果有一天起床后，世界上所有的鐘表都不翼而飛了，世界會(huì)變成什么樣子呢? 過(guò)去，人們確定時(shí)間都拿地球的自轉(zhuǎn)作為基準(zhǔn)。地球是個(gè)天然的計(jì)時(shí)器，它每晝夜繞軸自轉(zhuǎn)一周，寒來(lái)暑往，年年如此。人們把地球自轉(zhuǎn)一周所需要的時(shí)間定為一天——二十四小時(shí)，它的八百六千四百分之一就是一秒，秒的時(shí)間單位就是這樣來(lái)的。 但是，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，由于潮

8、汐力等許多因素的影響，地球不是一個(gè)非常準(zhǔn)確的“時(shí)鐘“。它的自轉(zhuǎn)速度是不穩(wěn)定的，時(shí)快時(shí)慢。雖然這種快慢的差別極小，但累計(jì)起來(lái)，誤差就很大了。 有沒(méi)有一種更準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)儀器呢? 人們開(kāi)始打破舊的傳統(tǒng)習(xí)慣，大的一頭不行，往小的一頭探索。人們發(fā)現(xiàn)：銫原子的第六層——即最外層的電子繞著原子核旋轉(zhuǎn)的速度，總是極其精確地在幾十億分之一秒的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)完一圈，穩(wěn)定性比地球繞軸自轉(zhuǎn)高得多。利用銫原子的這個(gè)特點(diǎn)，人們制成了一種新型的鐘——銫原子鐘，規(guī)定一秒就是銫原子“振動(dòng)”九十一億九千二百六十萬(wàn)一千七百七十次（即相移當(dāng)于銫原子的最外層電子旋轉(zhuǎn)這么多圈)所需要的時(shí)間。這就是“秒”的最新定義。 利用銫原子鐘，人

9、們可以十分精確地測(cè)量出十億分之一秒的時(shí)間，三百年來(lái)積累起來(lái)的時(shí)間總誤差不超過(guò)五秒，精確度和穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)世界上以前有過(guò)的任何時(shí)鐘，也超過(guò)了許多年來(lái)一直以地球自轉(zhuǎn)作基準(zhǔn)的天文時(shí)間。 人類(lèi)創(chuàng)造性的勞動(dòng)得到了收獲。大家知道，在我們?nèi)粘Ｉ罾铮灰滥?、月、日以至?xí)r、分、秒就可以了。但是現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)卻往往需要精確地計(jì)量更為短暫的時(shí)間，比如毫秒(千分之一秒)、微秒(百萬(wàn)分之一秒)等等。有了像銫原子鐘這樣一類(lèi)的鐘表，人類(lèi)就有可能從事更為精細(xì)的科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐，比如對(duì)原子彈和氫彈的爆炸、火箭和導(dǎo)彈的發(fā)射以及宇宙航行等等，實(shí)行高度精確地控制，當(dāng)然也可以用于遠(yuǎn)程飛行和航海。 為了征服宇宙，必須有

10、一種嶄新的、飛行速度極快的交通工具。一般的火箭、飛船都達(dá)不到這樣的速度，最多只能沖出地球系；只有每小時(shí)能飛行十幾萬(wàn)千米的“離子火箭”才能滿(mǎn)足要求。 我們只知道原子、分子，怎么又出來(lái)一個(gè)離子?離子是什么呀? 簡(jiǎn)單說(shuō)吧，大家都知道，正常的分子、原子等粒子是電中性的，表現(xiàn)不出帶有什么電荷；而離子卻是帶電（正電或負(fù)電）的粒子，分子、原子等一帶電荷就成了離子（正離子或負(fù)離子）。 前面我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)，銫原子的最外層電子極不穩(wěn)定，很容易被激發(fā)放射出來(lái)，變成為帶正電的銫離子，所以是宇宙航行離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)理想的“燃料”。 銫離子火箭的工作原理是這樣的：發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)動(dòng)后，產(chǎn)生大量的銫蒸氣，銫蒸氣經(jīng)過(guò)離化器的“加

11、工”，變成了帶正電的銫離子，接著在磁場(chǎng)的作用下加速到每秒一百五十千米，從噴管?chē)娚涑鋈?，同時(shí)給離子火箭以強(qiáng)大的推動(dòng)力，把火箭高度推向前進(jìn)。 計(jì)算表明，用這種銫離子作宇宙火箭的推進(jìn)劑，單位重量產(chǎn)生的推力要比現(xiàn)在使用的液體或固體燃料高出上百倍。這種銫離子火箭可以在宇宙太空遨游一二年甚至更久！ ●綜合能力訓(xùn)練 1．由兩種金屬單質(zhì)組成的混合物6 g投入水中，收集到0.2 g H2，不可能構(gòu)成此混合物的是（ ） A．Li和Na B. Rb和K C．Na和Cu D. K和Na 答案：AB 解析：各組金屬中，除Cu外均為堿金屬單質(zhì)，而Cu不與水反

12、應(yīng)，故可由如下通式求出其平均相對(duì)原子質(zhì)量。 2R ＋ 2H2O====2ROH ＋ H2↑ 2R 2 6 g 0.2 g 解得R=30。 2．下列關(guān)于鉀離子的敘述正確的是（ ） A．能與硫化合生成K2S B．較活潑 C．銀白色固體，有金屬光澤 D．沒(méi)有還原性，只有氧化性 答案：D 3．下列關(guān)于試劑保存的敘述正確的是（ ） A．NaOH固體保存在配有橡膠塞的細(xì)口瓶中 B．Na2CO3溶液通常放在配有橡膠塞的廣口瓶中 C．金屬鉀儲(chǔ)存在煤油中 D．過(guò)氧化鈉密封在干燥玻璃的廣口瓶中 答案：C 4．欲觀察H2燃燒時(shí)火焰的顏色，燃?xì)鈱?dǎo)管口的材料最好的是（ ） A．鈉玻璃 B.鉀玻璃 C．石英玻璃（SiO2） D.銅管 答案：C