专题2-7：主族金属-碱金属的氧化物及过氧化物(解析版)

系列二 主族金属专题7 碱（土）金属的氧化物与过氧化物一、氧化物（1）制备：除锂在空气中燃烧的主要产物为Li 2O 外，其它碱金属在空气中燃烧的主要产物都不是普通氧化物M 2O 。

在含氧量不足的空气中可以制得这些碱金属的氧化物，但条件不易控制，难于制得纯净氧化物。

因此以外的碱金属氧化物的制备一般可以用碱金属单质或叠氮化物还原其过氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐制备。

2Na + Na 2O 2===2Na 2O ，10K + 2KNO 3===6K 2O+N 2，3NaN 3 + NaNO 2===2Na 2O+5N 2碱土金属的氧化物可以通过其碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐或硫酸盐的热分解来制备。

（2）颜色：碱金属的氧化物从Li 2O 到Cs 2O 颜色逐加深：Li 2O 白色，Na 2O 白色，K 2O 淡黄色，Rb 2O 亮黄色，Cs 2O 橙红色。

碱土金属的氧化物都是白色。

（3）稳定性：总体趋势，同族从上到下依次降低，熔点也按此顺序降低。

碱土金属离子半径小，正电荷高，其氧化物的晶格能大，因而其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多。

（4）化学性质：碱金属和多数碱土金属氧化物同水反应生成相应的氢氧化物并放出热量，如Na 2O +H 2O =====2NaOH ，CaO +H 2O =====Ca(OH)2。

经过煆烧的BeO 和MgO 极难与水反应，它们的熔点很高，都是很好的耐火材料。

经特定过程生产的轻质氧化粉末是一种很好的补强材料，常用作橡胶、塑料、纸张的填料。

二、过氧化物（1）碱金属和碱土金属元素中除了铍之外其它元素都能形成过氧化物。

过氧化物含有过氧链（－O －O －），可以将它们看成是过氧化氢的盐，与水反应可以理解为过氧化物的水解。

最重要的过氧化物是过氧化钠、过氧化钙和过氧化钡。

（2）为获得纯度高的Na 2O 2，需要控制一定的反应条件。

工业上是将钠加热熔化，通入一定量的除去二氧化碳的干燥空气，维持温度在180－200℃之间钢即被氧化为Na 2O ；进而增大空气流量并迅速提高温度至300－400℃，即可制得纯净的Na 2O 2黄色粉末。

4Na+O 2=============180－200℃2Na 2O （不稳定） 2Na+O 2=============300－400℃Na 2O 2（稳定）。

其他元素的过氧化物都是用间接方法制得的。

例如制备BaO 2是在室温下以氨水为介质，使Ba(NO 3)2和H 2O 2反应：Ba(NO 3)2＋3H 2O 2＋2NH 3·H 2O===BaO 2·2H 2O 2＋2NH 4NO 3＋2H 2O ，然后加热到383～388 K ，脱去H 2O 2即得到BaO 2。

要注意比钠更活泼的碱金属钾、铷、铯不可以用此法，因为会生成超氧化物。

（3）低温和碱性条件下，用氯化钙与过氧化氢反应可以制得近白色的含结晶水的过氧化钙。

含结晶水的过氧化钙在超过100℃温度下脱水可生成黄色的无水过氧化钙CaO 2。

（4）实验室经常用BaO2与稀硫酸反应制备H2O2：BaO2 + H2S04=====H2O2 + BaSO4（5）过氧化物为粉末状固体，易吸潮。

它与水或稀酸作用，生成过氧化氢，2Na2O2+2H2O=====4NaOH+O2↑；也都可作氧化剂、氧气发生剂和漂白剂，氧吧多数采用CaO2作为氧气发生剂；可与CO2反应并放出O2，2Na2O2+2CO2=====2Na2CO3+O2；（6）过氧化物具有较强的氧化性，如3Na2O2 + Fe=====Na2FeO4 + 2Na2O；遇到强氧化剂时也会体现出还原性，2KMnO4 + 5Na2O2 +8H2SO4=====K2SO4 + 5Na2SO4 +2 MnSO4 +8H2O三、超氧化物KO2(超氧化钾)（1）KO2是很强的氧化剂，与H2O剧烈反应生成O2和H2O2：2KO2＋2H2O===2KOH＋H2O2＋O2↑，2H2O2===2H2O＋O2↑，总反应式为4KO2＋2H2O===4KOH＋3O2↑（2）KO2也能与CO2反应放出O2：4KO2＋2CO2===2K2CO3＋3O2因此，KO2能用来除去CO2和再生O2，常用于急救器中。

【习题1】wg下列物质在足量的氧气中完全燃烧后，生成的产物全部通入足量的过氧化钠固体粉末中，充分反应后固体增重mg，若w＜m，则下列组合一定是( )①氢气和甲醛①一氧化碳和甲醛①甲烷和乙二酸①甲烷和一氧化碳①甲烷和乙醇①乙醇和氢气A．①①①B．①①①C．①①①①D．①①①①【答案】A【解析】混合物完全燃烧生成二氧化碳和水，二氧化碳和水与过氧化钠反应的方程式分别为2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑、2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2，根据方程式可知过氧化钠增重的实际质量即混合物中H2和CO的质量，即只要混合物可以表示成(CO)m•(H2)n，则过氧化钠固体增重质量等于原物质的质量，若碳原子有剩余，则增重质量大于原质量，即w<m；①H2和HCHO无论何种比例混合，都可以表示成(CO)m•(H2)n，故①不符合题意；①CO和HCHO无论何种比例混合，都可以表示成(CO)m•(H2)n，故①不符合题意；①CH4和HOOCCOOH以2:1比例混合时可以表示成(CO)4•(H2)5，故①不符合题意；①CH4和CO无论以何种比例混合都会有C原子剩余，故①符合题意；①CH4和C2H5OH无论以何种比例混合都会有C原子剩余，故①符合题意；①C 2H 5OH 和H 2无论以何种比例混合都会有C 原子剩余，故①符合题意；故答案为A 。

【习题2】某溶液含有①NO 3-、①HCO 3-、①SO 23-、①CO 23-、①SO 24-五种阴离子。

向其中加入足量的Na 2O 2固体后，溶液中的离子浓度减小的是(忽略溶液体积变化)（ ）A ．①①B ．①C ．①①D ．①①①① 【答案】A【解析】Na 2O 2与水反应生成氢氧化钠，溶液呈碱性，HCO 3-与OH －反应生成CO 23-，所以HCO 3-离子浓度减小，CO 23-离子浓度增大；Na 2O 2具有强氧化性，将SO 23-氧化为SO 24-，则SO 23-离子浓度减小，SO 24-浓度增大；NO 3-浓度基本不变。

故选：A 。

【习题3】探究Na 2O 2与水的反应，实验如图：（已知：H 2O 2H + + HO 2-、HO 2- H + + O 22-）下列分析不正确．．．的是A ．①、①中产生的气体能使带火星的木条复燃B ．①、①中均发生了氧化还原反应和复分解反应C ．①、①中KMnO 4与MnO 2的作用不同，产生气体的量也不同D ．通过①能比较酸性：HCl ＞H 2O 2【答案】D【解析】根据实验探究可以看出，试管①过氧化钠与水反应生成氢氧化钠与氧气，试管①中高锰酸钾具有氧化性，产生气体，溶液褪色，则体现了过氧化氢的还原性；试管①中过氧化氢与氯化钡发复分解反应生成过氧化钡沉淀与稀盐酸，试管①中过氧化钡再与稀硫酸反应生成过氧化氢与硫酸钡沉淀，试管①中探究过氧化氢在二氧化锰催化剂作用下分解生成水和氧气。

A. 试管①中过氧化钠与水反应最终生成氢氧化钠与氧气，试管①中过氧化氢在二氧化锰催化剂作用下分解生成水和氧气，因此产生的气体均能是带火星的木条复燃，A项正确；B. ①中的反应机理可以认为过氧化钠与水反应生成过氧化氢与氢氧化钠，过氧化氢分解生成水和氧气，发生的反应为复分解与氧化还原反应，①中过氧化钡再与稀硫酸反应生成过氧化氢与硫酸钡沉淀，过氧化氢分解产生了氧气，因此两个试管中均发生了氧化还原反应和复分解反应，B项正确；C. ①中KMnO4与过氧化氢反应生成氧气，KMnO4体现氧化性，而①中MnO2则起催化作用，两个试管中产生氧气的量均由过氧化氢的量决定，因溶液是等分的，但①中过氧化氢全部被氧化①中的过氧化氢发生歧化反应，所以产生气体的量不相同，C项正确；D. 根据已知条件可以看出过氧化氢属于二元弱酸，而盐酸属于一元强酸。

试管①因为生成了过氧化钡沉淀，不是可溶性的盐溶液，则不能证明盐酸与过氧化氢的酸性强弱，D项错误；答案选D。

【习题4】过氧化钙(CaO2)是一种白色晶体，能潮解，难溶于水，可与水缓慢反应，不溶于乙醇，易与酸反应，常用作杀菌剂、防腐剂等。

根据题意，回答相关问题。

I．CaO2晶体的制备：CaO2晶体通常可利用CaCl2在碱性条件下与H2O2反应制得。

某化学兴趣小组在实验室制备CaO2的实验方案和装置示意图如下：（1）三颈烧瓶中发生的主要反应的化学方程式为_________________________________________。

（2）冷水浴的目的是____________；步骤①中洗涤CaO 2·8H 2O 的实验操作方法是______________________ ①．CaO 2含量的测定：测定CaO 2样品纯度的方法是：称取0.200g 样品于锥形瓶中，加入50mL 水和15mL2mol·L -l HCl ，振荡使样品溶解生成过氧化氢，再加入几滴MnCl 2稀溶液，立即用0.0200mol·L -l KMnO 4标准溶液滴定到终点，消耗25.00mL 标准液。

（3）上述过程中使用稀盐酸而不使用稀硫酸溶解样品的原因是__________________________；滴定前加入MnCl 2稀溶液的作用可能是____________________________________。

（4）滴定过程中的离子方程式为______________，样品中CaO 2的质量分数为______________。

（5）实验I 制得的晶体样品中CaO 2含量偏低的可能原因是：_____________________________________。

【答案】（1）CaCl 2+H 2O 2+2NH 3·H 2O+6H 2O=CaO 2·8H 2O↓+2NH 4Cl（2）该反应放热，防止温度升高导致H 2O 2分解和氨水中氨气挥发 向过滤器中注入乙醇至浸没沉淀，待乙醇流尽后，重复操作2～3次（3）生成的硫酸钙为微溶物，覆盖在样品表面，阻止反应进一步进行 催化作用（4）-+2+224225H O +2MnO +6H =2Mn +5O +8H O 45.0%（5）部分CaCl 2溶液与浓氨水反应生成Ca(OH)2 、部分CaO 2与水反应生成Ca(OH)2或烘烤CaO 2·8H 2O 失水不够完全【解析】（1）由题可知，三颈烧瓶中CaCl 2在碱性条件下与H 2O 2发生反应生成CaO 2·8H 2O ，据原子守恒可知，该反应化学方程式为：CaCl 2+H 2O 2+2NH 3·H 2O+6H 2O=CaO 2·8H 2O↓+2NH 4Cl ；（2）H 2O 2受热易分解，氨水受热易挥发，该反应为放热反应，H 2O 2和氨水的热稳定性都较差，温度过高会导致其分解，影响产量和化学反应速率；因过氧化钙可与水缓慢反应，不溶于乙醇，因此可选用乙醇进行洗涤，实验室洗涤沉淀的操作为：向过滤器中注入乙醇至浸没沉淀，待乙醇流尽后，重复操作2~3次；（3）若选用稀硫酸则CaO 2与稀硫酸反应生成微溶物CaSO 4会覆盖在样品表面，使反应难以持续进行，MnCl 2对该反应具有催化作用，可加快化学反应速率；（4）滴定过程中酸性高锰酸钾与双氧水反应, Mn 元素化合价从+7价降低至+2价，H 2O 2中O 元素从-1价升高至0价，根据氧化还原反应得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平该离子方程式为：-+2+224225H O +2MnO +6H =2Mn +5O +8H O ↑；滴定过程中消耗高锰酸钾的物质的量n=25 ⨯ 10-3L⨯ 0.02mol/L= 5⨯10- 4 mol ，根据守恒关系可知：n(H 2O 2)= n(CaO 2) = 2.5n(KMnO 4)= 1.25⨯10-3mol ，样品中CaO 2的质量分数w(CaO 2)=31?.251?0mol ?72g /?mol?.0.2g-⨯⨯ ⨯100%= 45%； （5）部分CaCl 2溶液与浓氨水反应导致反应物未完全转化，同时还会导致最终固体中含有部分Ca(OH)2杂质，会使CaO 2含量偏低；部分CaO 2与水能反应生成微溶物Ca(OH)2会导致生成的CaO 2含量偏低；烘烤CaO 2·8H 2O 失水不够完全导致固体质量偏大，最终导致计算CaO 2含量偏低。