Номер 5, страница 146 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 20. Металлы ІА-ІIIА-групп. Глава 5. Металлы и неметаллы - номер 5, страница 146.

Условие.

5. Сравните физико-химические свойства щелочных и щёлочно-земельных металлов. Сделайте обобщающие выводы.

Решение.

Решение 2.

Сравнение физико-химических свойств щелочных и щёлочноземельных металлов

Щелочные металлы (элементы IA-группы: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) и щёлочноземельные металлы (элементы IIA-группы: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) — это s-элементы, проявляющие ярко выраженные металлические свойства. Их характеристики и различия обусловлены положением в Периодической системе и, в первую очередь, строением их атомов.

Строение атома и положение в Периодической системе
• Электронная конфигурация: Атомы щелочных металлов имеют на внешнем энергетическом уровне один s-электрон (конфигурация $ns^1$). Атомы щёлочноземельных металлов имеют два s-электрона (конфигурация $ns^2$).
• Степень окисления: Из-за лёгкости отдачи единственного валентного электрона щелочные металлы в соединениях проявляют только степень окисления +1 ($Me \rightarrow Me^+ + e^-$). Щёлочноземельные металлы отдают два валентных электрона и имеют постоянную степень окисления +2 ($Me \rightarrow Me^{2+} + 2e^-$).
• Атомный радиус и энергия ионизации: В одном и том же периоде щелочные металлы имеют больший атомный радиус и значительно меньшую энергию ионизации, чем щёлочноземельные металлы. Это делает щелочные металлы самыми активными восстановителями в периодах.

Физические свойства
• Твердость, плотность, температура плавления: Щелочные металлы — очень мягкие (режутся ножом), серебристо-белые, с низкой плотностью (Li, Na, K легче воды) и низкими температурами плавления. Щёлочноземельные металлы значительно тверже, плотнее и имеют более высокие температуры плавления и кипения. Это объясняется более прочной металлической связью, в образовании которой у них участвуют два электрона, в отличие от одного электрона у щелочных металлов.
• Окрашивание пламени: Ионы многих металлов обеих групп придают пламени характерную окраску (например: Na⁺ — жёлтую, K⁺ — фиолетовую, Ca²⁺ — кирпично-красную, Sr²⁺ — карминово-красную, Ba²⁺ — жёлто-зелёную).

Химические свойства
• Реакционная способность: Все металлы обеих групп являются сильными восстановителями. Химическая активность щелочных металлов выше, чем у щёлочноземельных металлов того же периода. В обеих группах активность возрастает сверху вниз.
• Взаимодействие с водой: Щелочные металлы реагируют с водой очень бурно, с выделением большого количества тепла (реакция экзотермическая), образуя щёлочь и водород: $2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2\uparrow$. Щёлочноземельные металлы (кроме Be) реагируют менее активно, также образуя гидроксид и водород: $Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2\uparrow$.
• Взаимодействие с неметаллами: Легко реагируют с кислородом, галогенами, серой и другими неметаллами. Продукты реакции с кислородом могут быть разными: литий образует оксид ($Li_2O$), натрий — пероксид ($Na_2O_2$), а калий — надпероксид ($KO_2$). Щёлочноземельные металлы, как правило, образуют оксиды состава $ЭО$.
• Свойства оксидов и гидроксидов: Оксиды обеих групп являются основными (кроме амфотерного оксида бериллия $BeO$). Гидроксиды щелочных металлов ($NaOH$) — сильные, хорошо растворимые щёлочи. Гидроксиды щёлочноземельных металлов также являются основаниями, сила и растворимость которых возрастает от $Mg(OH)_2$ к $Ba(OH)_2$.

Обобщающие выводы

1. Щелочные и щёлочноземельные металлы — это семейства химически активных элементов, чьи свойства закономерно изменяются внутри групп и периодов.
2. Фундаментальное различие между ними заключается в числе валентных электронов (1 у щелочных и 2 у щёлочноземельных), что напрямую влияет на их физические и химические свойства.
3. Щелочные металлы (IA группа) превосходят щёлочноземельные (IIA группа) по химической активности, имеют меньшую твердость, плотность и более низкие температуры плавления. Они образуют ионы с зарядом +1.
4. Щёлочноземельные металлы, будучи менее активными, чем щелочные, все же являются сильными восстановителями. Они тверже, плотнее, более тугоплавки и образуют ионы с зарядом +2.
5. Общей тенденцией для обеих групп является усиление металлических свойств и химической активности с ростом порядкового номера элемента (сверху вниз по группе).

Ответ: Щелочные и щёлочноземельные металлы являются высокоактивными s-элементами и сильными восстановителями. Ключевые различия в их свойствах определяются числом валентных электронов: один у щелочных металлов (группа IA) и два у щёлочноземельных (группа IIA). Вследствие этого щелочные металлы химически активнее, мягче, легче и более легкоплавки, чем щёлочноземельные металлы того же периода. Они образуют соединения со степенью окисления +1, в то время как щёлочноземельные металлы — со степенью окисления +2. В обеих группах металлические свойства и реакционная способность усиливаются при движении сверху вниз.