Номер 3, страница 229 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.3. Какие продукты образуются при сжигании щелочных металлов в кислороде?

Щелочные металлы, являясь очень активными восстановителями, реагируют с кислородом с образованием различных продуктов. Состав этих продуктов зависит от конкретного металла и условий реакции (в основном от положения металла в Периодической системе).

Литий (Li)

При сжигании в атмосфере кислорода литий образует преимущественно оксид лития ($Li_2O$). Это единственный щелочной металл, для которого оксид является основным продуктом горения. Также в незначительных количествах может образовываться пероксид лития ($Li_2O_2$).

Уравнение реакции образования основного продукта:

$4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O$

Натрий (Na)

Горение натрия в кислороде приводит к образованию в основном пероксида натрия ($Na_2O_2$) — соединения, в котором кислород имеет степень окисления -1. Оксид натрия ($Na_2O$) образуется лишь как примесь.

Уравнение реакции образования основного продукта:

$2Na + O_2 \rightarrow Na_2O_2$

Калий (K), Рубидий (Rb) и Цезий (Cs)

Остальные щелочные металлы — калий, рубидий и цезий — при сжигании в кислороде образуют еще более сложные соединения с кислородом, называемые супероксидами (или надпероксидами). В них кислород имеет дробную степень окисления -1/2. Общая формула супероксидов щелочных металлов — $MO_2$.

Уравнения реакций образования основных продуктов:

$K + O_2 \rightarrow KO_2$ (супероксид калия)

$Rb + O_2 \rightarrow RbO_2$ (супероксид рубидия)

$Cs + O_2 \rightarrow CsO_2$ (супероксид цезия)

Такая закономерность объясняется увеличением радиуса катиона щелочного металла при движении вниз по группе. Маленький ион лития ($Li^+$) с высокой плотностью заряда образует наиболее устойчивую кристаллическую решетку с маленьким оксид-анионом ($O^{2-}$). По мере увеличения размера катиона ($Na^+$, $K^+$, $Rb^+$, $Cs^+$) он становится способен стабилизировать в кристаллической решетке более крупные и менее заряженные анионы — пероксид-ион ($O_2^{2-}$) и супероксид-ион ($O_2^{-}$).

Ответ: При сжигании в кислороде литий образует в основном оксид ($Li_2O$), натрий — пероксид ($Na_2O_2$), а калий, рубидий и цезий — супероксиды (соответственно $KO_2$, $RbO_2$, $CsO_2$).