碱金属 碱土金属

关于碱金属碱土金属1第一页，共四十一页，2022年，8月28日2[教学要求]1、掌握ⅠA、ⅡA族元素单质、氧化物、氢氧化物的性质、制备和用途。熟悉性质变化的规律性2、掌握ⅠA、ⅡA族金属盐类的一些重要性质。3、通过对比锂、镁的相似性了解对角线规则。第二页，共四十一页，2022年，8月28日3第一节碱金属和碱土金属的通性第二节碱金属和碱土金属的单质第三节碱金属和碱土金属的化合物第四节对角线规则本章讲解内容请选择第三页，共四十一页，2022年，8月28日4第一节碱金属和碱土金属的通性第IA族包括锂、钠、钾、铷、铯和钫六种元素，由于它们的氢氧化物都是易溶于水的强碱，所以称它们为碱金属元素。其中钫是放射性元素。第IIA族包括铍、镁、钙、锶、钡和镭六种元素，由于钙、锶和钡的氧化物在性质上介于“碱性的”碱金属氧化物和“土性的”难熔的氧化物Al2O3之间，所以称它们为碱土金属。现在习惯上把铍和镁也包括在内，统称为碱土金属元素。其中镭是放射性元素。ⅠAⅡALiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa第四页，共四十一页，2022年，8月28日5表17-1

碱金属元素的一些基本性质碱金属是活泼性最强的金属元素，都是强还原剂第五页，共四十一页，2022年，8月28日6表17-2

碱土金属元素的一些基本性质碱土金属仍是活泼性相当强的金属元素，也是强还原剂，第六页，共四十一页，2022年，8月28日7密度最小的金属元素是Li，其次是K、Na。Li的密度只有水的一半，可以浮在煤油上。碱金属可以用小刀切割，具有金属光泽，但很快会被氧化而失去光泽。物理性质由于碱土金属的原子半径较小，所以形成的金属键比碱金属强得多，因此它们的熔沸点、密度和硬度等都比碱金属的高。但碱土金属的密度比常见金属如Cu、Zn、Fe还是小得多，碱土金属也属轻金属。除了铍和镁以外，其它金属都很软，可以用刀子切割。它们的单质都有良好的导电性和延展性。成键特征1、以离子键为主，ⅠA族是离子键特征最强的元素，其次是ⅡA族；2、可以形成共价化合物的元素是：Li、Be、Mg等，气态的Na2、Cs2也是共价分子。碱金属具有密度小、硬度小、熔沸点低、升华热低、导电性强等特性第七页，共四十一页，2022年，8月28日8第二节碱金属和碱土金属的单质

2-1存在和制备海水（NaCl、MgCl2

、KCl）光卤石(KCl·MgCl·6H2O)。钠长石(Na[AlSi3O8])钾长石(K[AlSi3O8])锂辉石(Li2·Al2O3·4SiO2)明矾(K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O)石膏(CaSO4·2H2O)重晶石(BaSO4)天青石(SrSO4)大理石（(CaCO3

）石灰石(CaCO3)菱镁矿(MgCO3)氯化物硅酸盐矿硫酸盐矿碳酸盐矿第八页，共四十一页，2022年，8月28日9金属的制备电解熔盐法电解熔盐法是最强的氧化还原手段，由于卤化物的熔点较低，所以常用电解氯化物法制备活泼金属：阳极放出氯气：2Cl-==Cl2+2e阴极析出金属：M++e==M电解反应：2MCl

==2M+Cl2在电解中，必要时要混入适当的助熔剂，如在氯化钠的电解中，是加入CaCl2为助熔剂，其作用是：1、降低熔点（钠熔点=1073K，混合盐熔点=873K）2、防止钠的挥发3、减小钠的分散性（熔盐密度大，钠密度小，易浮于熔盐上面进行分离）如Li、Na、Mg、Ca等金属是用电解金属氯化物的方法制备的：2NaCl====2Na+Cl2

MgCl2====Mg+Cl2热还原法金属置换法热分解法第九页，共四十一页，2022年，8月28日10热还原法金属置换法热还原法中常用碳可碳化物作还原剂，从金属氧化物或碳酸盐中还原出金属。K2CO3＋2C===========2K＋3CO1473K真空MgO+C==CO+MgMgO+CaC2=Mg+CaO+2C2KF＋CaC2==========CaF2＋2K＋2C1273-1473K用活泼金属作还原剂的热还原法称金属置换法，常用还原剂金属有：Na、Ca、Mg、Ba、Al等。KCl+Na====NaCl+K2RbCl+Ca==CaCl2+2Rb3CaO+2Al====3Ca+Al2O31473K真空K通常不用电解法而用置换制备，这是因为它易溶在熔融的KCl中，难于分离，且电解中产生的超氧化物与金属钾会发生爆炸，所以不用电解法制钾。Rb和Cs也是这样。上述是熔盐中的置换反应，它不同于溶液中的置换反应，熔点低的物质容易被置换出来。第十页，共四十一页，2022年，8月28日11△4KCN====4K＋4C＋2N2△2MN3====2M＋3N2

M＝Na、K、Rb、Cs668K2RbN3=======2Rb＋3N2

真空

663K2CsN3====2Cs＋3N2热分解法一些不稳定的盐可用热分解法，如氰化物、叠氮化物。因碱金属的叠氮化物容易纯化，加热分解不爆炸。所以是制备它们的好方法。第十一页，共四十一页，2022年，8月28日12

2-2单质的物理性质密度较小但硬度大镁和铍用于制轻质合金，如镁铝合金和电子合金，用于制造飞机部件，铍铜合金具有强度大，硬度高弹性好等优点。碱土金属的导电性最好的是镁和钙，其它的导电能力较差一、碱金属特殊物理性质：密度小钾钠保存于煤油中，锂保存于蜡中。硬度小用小刀可以切割它们。熔沸点较低随原子量的增大而降低。导电性强

Cs、Rb用于作光电材料。二、碱土金属的物理物质三、液态合金碱金属在常温下能形成液态合金：K-Na合金（K:77.2%Na:22.8%m.p.=260.7K）——具有较高的比热和较宽的液化范围而被用作核反应堆的冷却剂。Na-Hg合金(称钠汞齐m.p.=236.2K)——用于有机合成中作还原剂第十二页，共四十一页，2022年，8月28日13

2-3单质的化学性质ⅠA族是最活泼的金属元素，其次是ⅡA族，同族中单质的化学性质由上到下活泼性增强切割一小块钠放在水中，可观察到钠浮在水面上与水激烈反应而来回运动着：2Na+2H2O==2NaOH+H2↑钾可在水面上燃烧呈现紫红色火焰。Li反应时由于产物溶解度小而吸附在金属表面上，使反应缓慢进行。一、与水和空气的反应碱金属与水的反应第十三页，共四十一页，2022年，8月28日144Li＋O2＝2Li2O6Li＋N2＝2Li3N4Na＋O2＝2Na2ONa2O＋CO2＝Na2CO3碱金属在常温下可以与空气中的O2、CO2、水汽等反应碱土金属一般要加热才能进行反应。这是因为它的表面容易生成氧化膜保护层。△3Ca＋N2====Ca3N2△3Mg＋N2===Mg3N2在空气在燃烧时，钠生成过氧化物，钾、铷、铯生成超氧化物与空气反应想一想：活泼金属应当如何保存？要避免与空气接触。锂要保存于蜡中，钾、钠、钙等应保存于煤油中。常温下锂可与氮气反应第十四页，共四十一页，2022年，8月28日15二、用作高温还原剂如Na、Mg、Ca等：

△SiO2＋2Mg====Si＋2MgO

△TiCl4＋4Na====Ti＋4NaCl三、与非金属反应生成二元化合物2M(熔化)＋H2=2MHM＝Li,Na

研磨Na＋S====Na2SNa＋P====Na3P四、溶解于液氨中生成溶剂合离子和电子M(s)＋(x+y)NH3(l)=M(NH3)x+＋e(NH3)y-金属的氨溶液呈蓝色，若挥发掉溶剂，又可得到金属。金属氨溶液具有高导电性，顺磁性，和强还原性，常用于有机制备反应，如：

2Na＋2NH3(l)＝2NaNH2＋H2第十五页，共四十一页，2022年，8月28日16第三节碱金属和碱土金属的化合物3-1氧化物普通氧化物过氧化物超氧化物臭氧化物Li2O、MO(M=碱土金属)Na2O2、BaO2MO2(M=K、Rb、Cs)MO3(M=K、Rb、Cs)

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¨¨-OOO-35抗磁性抗磁性顺磁性顺磁性结构第十六页，共四十一页，2022年，8月28日17一、普通氧化物Li、ⅡA金属与空气作用或由碳酸盐加热分解时均生成氧化物：4M＋O2====4M2O

（M=碱金属，常温）6Li+N2====2Li3N

（常温）△2M＋O2====2MO

（M=碱土）△MCO3====MO＋CO2↑

（M=碱土）制备性质它们都是白色固体，化学性质主要表现为碱性氧化物，与水、酸、酸性氧化物反应，BeO则表现两性M2O+H2O=2MOH(M=碱金属)M2O+CO2=M2CO3(M=碱金属)MO+H2O=M(OH)2(M=碱土金属)MO+CO2=MCO3(M=碱土金属)BeO+NaOH=Na2Be(OH)4(铍酸钠)BeO+2HCl=BeCl2+H2O第十七页，共四十一页，2022年，8月28日18想一想1、为什么自然界没有游离态的碱金属和碱土金属？它们主要以哪些形式存在？2、碱金属有哪些特殊的物理性质？3、工业上常用电解方法制备的碱金属和碱土金属有哪些？为什么不用电解法制备金属钾。1、答：因为碱金属和碱土金属是最活泼的金属，它们与空气或水接触时会发生反应，因此它们总是以化合态存在于自然界，主要形式有卤化物，硅酸盐矿，硫酸盐矿和碳酸盐矿。2、碱金属的特殊物理性质：密度小、硬度小、导电性强、容易形成液态合金。3、工业上常用电解的方法制备的碱金属是锂和钠，碱土金属是镁和钙。钾一般不用电解法制备，因为它熔点低，易挥发，生成的K易溶在熔融的KCl中，难于分离，且电解中产生的超氧化物与金属钾会发生爆炸。1、答：因为碱金属和碱土金属是最活泼的金属，它们与空气或水接触时会发生反应，因此它们总是以化合态存在于自然界，主要形式有卤化物，硅酸盐矿，硫酸盐矿和碳酸盐矿。第十八页，共四十一页，2022年，8月28日19二、其它氧化物的制备

453-473K4Na＋O2=======2Na2O

573-673K2Na2O＋O2====2Na2O2773-793K2BaO＋O2======2BaO2

燃烧M＋O2====MO2

臭氧与K、Rb、Cs的氢氧化物反应，可以制得臭氧化物：6KOH+4O3=4KO3+2KOH•H2O+O2过氧化物超氧化物臭氧化物钠在空气中燃烧可制得黄色的过氧化钠粉末氧化钡在氧气中燃烧可得白色的过氧化钡钾、铷、铯与氧气可生成三种类型氧化物：M2O、M2O2、MO2。在空气中燃烧时生成超氧化物用液氨结晶KO3可得桔红色的KO3晶体第十九页，共四十一页，2022年，8月28日20三、氧化物的性质比较Na2O2＋2H2O＝H2O2＋2NaOH2H2O2＝2H2O＋O2↑2MO2＋2H2O＝O2＋H2O2＋2MOH2MO3＋2H2O＝2O2＋H2O2＋2MOH与水反应M2O+CO2=M2CO32M2O2+CO2==2M2CO3+O24MO2＋2CO2＝2M2CO3＋3O2与CO2反应Cr2O3+3Na2O2==2Na2CrO4+Na2OMnO2+Na2O2==Na2MnO4强氧化性过氧化物用于把某些难溶氧化物氧化为高价的易溶物：第二十页，共四十一页，2022年，8月28日21四、氧化物的主要用途碱土氧化物氧化剂漂白剂供氧剂引火剂碱土金属的BeO,MgO具有很高的熔点和硬度，用于制耐火材料和金属陶瓷。CaO俗称石灰或生石灰，作建筑材料，也用做干燥剂，炼钢工业上用于除去Si、P杂质。过氧化物、超氧化物、臭氧化物都是强氧化剂。由于它们的强氧化性，可用于纸张、织物等的漂白剂利用它们与二氧化碳反应生成氧气的性质作为潜水、登山、高空作业的供氧剂过氧化钡常用于爆破作业上作强火剂△CaO＋SiO2====CaSiO3△3CaO＋P2O5==Ca3(PO4)2第二十一页，共四十一页，2022年，8月28日223-2氢氧化物碱金属的氢氧化物对皮肤和纤维有强烈的腐蚀作用，所以又称为荷性碱。物理性质碱金属和碱土金属的氢氧化物均为白色固体。颜色和状态碱金属氢氧化物的熔点较低：LiOHNaOHKOHRbOHCsOH723591633574545碱土金属氢氧化物在熔点前脱水分解熔点(K)溶解性mol·l-1LiOHNaOHKOHRbOHCsOH5.326.419.117.925.8Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)28×10-65×10-41.8×10-26.7×10-22×10-1

碱金属氢氧化物溶于水放出大量热，在空气中很快潮解，可用作干燥剂。它是重要的工业原料第二十二页，共四十一页，2022年，8月28日23强碱性反应化学性质碱金属氢氧化物酸性氧化物CO2碳酸盐硅酸盐铝酸盐SiO2Al2O3非金属岐化酸盐+水卤素XO3-+X-PSH2PO2-

+PH3SO32-+S2-非金属置换Al、Zn、B、Si含氧酸盐+H2重要的氢氧化物有NaOH、KOH、Ca(OH)2等制备1).电解食盐水法制备NaOH:2NaCl+2H2O====2NaOH+H2↑+Cl2↑2).氧化物与水反应:CaCO3===CaO+CO2↑CaO+H2O==Ca(OH)2第二十三页，共四十一页，2022年，8月28日243-3氢化物制备碱金属和碱土金属的Ca、Sr、Ba

与氢在高温下反应生成离子型氢化物：2M＋H2＝2MH

（M＝碱金属）M＋H2＝MH2

（M＝Ca、Sr、Ba）氢化物中以LiH最稳定，加热到熔点(961K)也不分解性质离子型氢化物都是强还原剂，在水中水解放出氢气：TiCl4＋4NaH＝Ti＋4NaCl＋2H2LiH＋H2O＝LiOH＋H2↑CaH2＋2H2O＝Ca(OH)2＋2H2↑LiH、CaH2常用于作为野外产生氢气的原料。1kg氢化锂H22800dm3第二十四页，共四十一页，2022年，8月28日25碳酸盐：都难溶硫酸盐：以BaSO4最难溶，MgSO4易溶草酸盐：以CaC2O4的最小，它是所有钙盐中溶解度最小的。铬酸盐：除铬酸镁易溶外，其他的难溶。3-4盐类一、盐类的溶解性碱金属的大部分盐是可溶的，少数难溶盐的数目是随着碱金属离子半径的增大而增多，一些难溶盐如下：锂盐：氟化锂

LiF、碳酸锂Li2CO3、磷酸锂Li3PO4.5H2O钠盐：六羟基锑酸钠Na[Sb(OH)6]

（白）醋酸铀酰锌钠NaZn(UO2)3(CH3COO)9·9H2O（黄绿）钾盐：KClO4(白色)、KHC4H4O6(酒石酸氢钾，白色)、K4[PtCl6](淡黄色)、K2Na[Co(NO2)6](亮黄色)、K[B(C6H5)4](四苯硼酸钾白色)碱土金属的难溶盐很多凡难溶弱酸盐都易溶于酸。Na+的检验：Na++ZnAc2+3UO2Ac2+HAc+9H2O=NaAc·ZnAc2·3UO2Ac2·9H2O↓(黄)+H+

K+检验:2K++Na++

[Co(NO2)6]3-==K2Na[Co(NO2)6]↓(黄)第二十五页，共四十一页，2022年，8月28日26二、钠盐和钾盐的性质差异１、溶解性钠盐溶解度较特殊的是，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，NaCl的溶解度随温度的变化不大。难溶盐的种类以钾盐较多。２、吸湿性钠盐的吸湿性比相应的钾盐强，因此在分析上一般用钾盐作标准试剂，如作标定用的邻苯二甲酸氢钾，重铬酸钾等。３、结晶水钠盐之所以溶解度大，吸湿性强，很大的一个因素是它溶易形成结晶水合物，如Na2SO4·10H2O，Na2HPO4·12H2O，Na2S2O3·5H2O等。第二十六页，共四十一页，2022年，8月28日27三、焰色反应LiNaKCaBa离子Li+Na+K+Rb+Cs+Ca2+Sr2+Ba2+颜色红黄紫紫红紫红橙红洋红黄绿波长670.8589.0404.4420.2455.5612.2687.8553.6(nm)589.6404.7629.8459.3616.2707.0碱金属和碱土金属的离子在无色火焰上燃烧时，当较高能级上的电子跳回较低能级轨道上时，要释放出特征波长的光，呈现出特征的颜色。第二十七页，共四十一页，2022年，8月28日28四、晶型碱金属和碱土金属离子型晶体大多数为NaCl型和CsCl型NaCl型：阳离子和阴离子均为面心立方构型，配位数均为6CsCl型：阳离子和阴离子均为简单立方构型，配位数均为8第二十八页，共四十一页，2022年，8月28日29五、形成结晶水合物的倾向

Li+Na+K+Rb+Cs+Be2+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+水合热51940632229326424941921157714431305一般说来，同族元素的金属离子，离子半径越小，形成离子水合物的倾向越大。这与它们的水合热变化是一致的在碱金属中，锂的所有盐几乎都是水合的，钠盐约有75%是水合的，钾盐有25%是水合的。碱土金属则以铍盐和镁盐的水合物较多。形成结晶水的能力不仅与阳离子有关，还与阴离子有关，如在碱金属盐中：卤化物大多数是无水物；硝酸盐只有锂形成水合盐LiNO3·3H2O；硫酸盐中只有锂和钠形成水合盐Li2SO4·

H2O，Na2SO4·

10H2O；碳酸盐中则反常，除碳酸锂无水外，其余都有不同形式的水合物：Na2CO3·10H2O、K2CO3·5H2O、Rb2CO3·H2OCs2CO3·3H2O第二十九页，共四十一页，2022年，8月28日30六、形成复盐的能力由两种简单盐按一定比例组成的盐，而在溶液中又能离解出简单盐离子的物质称为复盐。碱金属形成复盐的能力最强，按组成分为几种类型：光卤石类MⅠCl·MgCl2·6H2OMⅠ=K+、Rb+、Cs+如光卤石KCl·MgCl2·6H2O

钾镁矾类M2ⅠSO4·MgSO4·6H2OMⅠ=K+、Rb+、Cs+明矾类MⅠMⅢ(SO4)2·12H2O或写为M2Ⅰ

SO4M2Ⅲ(SO4)3·24H2OMⅠ=Na+、NH4+、K+、Rb+、Cs+

MⅢ=Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+、Ga3+、V3+如明矾KAl(SO4)2·12H2O第三十页，共四十一页，2022年，8月28日31七、热稳定性由于碱金属的原子半径在同周期元素中最大,离子的极化能力最弱,因此碱金属盐是最稳定的盐。只有锂的盐稳定性较差。碱土金属盐的稳定性比碱金属盐差，同族元素随原子半径增大稳定性增强。硝酸盐的分解：

4LiNO3===2Li2O+4NO2↑+O2↑2M(NO3)2===2MO+4NO2↑

+O2

↑(M=碱土离子)2NaNO3=2NaNO2+O2↑(K、Rb、Cs的盐分解类似)碱金属碳酸盐加热融化不分解(碳酸锂例外)；碱土金属碳酸盐熔点前分解为氧化物和二氧化碳。第三十一页，共四十一页，2022年，8月28日32八、几种重要的盐常见氯化物NaClKClMgCl2CaCl2BaCl2MgCl2氯化镁可由盐卤水中提取，也可从光卤石(KCl·MgCl·6H2O)中提取，从水中结晶出来的是MgCl2·6H2O，氧化镁有吸湿性，粗食盐易潮解的原因就是它含有氯化镁

>408KMgCl2·6H2O==Mg(OH)Cl＋HCl＋5H2O

～770KMg(OH)Cl====MgO＋HCl在HCl气流中干燥MgCl2·6H2O或△

MgO＋C＋Cl2==MgCl2＋COMgCl2·6H2O受热失水并水解，最后产物为氧化物无水氯化镁的制备：因此无水盐的制备不能用加热的方法除去结晶水，无水氯化镁用于制金属镁第三十二页，共四十一页，2022年，8月28日33CaCl2CaCl·6H2O加热易失去结晶水，无水氯化钙是常用的干燥剂，但不能用它干燥氨气和乙醇，因为它与NH3结合生成氨合物或醇合物：CaCl2·8NH3，CaCl2·4C2H5OH。BaCl2氯化钡是重要的可溶性钡盐，由盐酸和硫化钡作用制备：BaSO4+4C====BaS+4CO↑BaS＋2HCl＝BaCl2＋H2S↑凡可溶性钡盐均有毒，实验室常用氯化钡检验硫酸根，硫酸钡是溶解度最小的硫酸盐。但在浓硫酸中沉淀不完全：

BaSO4+H2SO4=Ba(HSO4)21273K第三十三页，共四十一页，2022年，8月28日34碳酸盐Na2CO3NaHCO3碳酸钠俗名纯碱，苏打。含水盐容易风化,它水解呈强碱性，常用它代替NaOH用，用于制玻璃、搪瓷、肥皂、造纸、纺织和冶金等方面。碳酸氢钠俗名叫小苏打(注意区别大苏打)，主要用于食品和医药工业。侯氏制碱法1)先用NH3将食盐水饱和,然后通入CO2,使溶解度较小的NaHCO3析出：NH3＋NaCl＋H2O＋CO2====NaHCO3↓＋NH4Cl2)煅烧NaHCO3得Na2CO3:>600K2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O↑在母液中加入NaCl，在278-283K下结晶出NH4Cl作为副产品，用于作化肥。所以侯氏法又称氨碱法这也是区别碳酸钠和碳酸氢钠的方法之一第三十四页，共四十一页，2022年，8月28日35CaCO3碳酸钙自然界存在大量的碳酸钙矿石，如石灰石、大理石、方解石等，主要用于制CO2和石灰。CaCO3======CaO+CO2↑1098KCaO+H2O==Ca(OH)2碳酸钙溶于含CO2的水中:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

含有Ca(HCO3)2的水称为硬水,它受热时会生成沉淀:Ca(HCO3)2===CaCO3↓+CO2↑+H2O石灰岩溶洞的形成就是这个道理，岩石中的碳酸钙被地下水（含有二氧化碳的水）溶解后再沉淀出来，就形成了钟乳石和石笋。第三十五页，共四十一页，2022年，8月28日36硝酸钾化工原料和化学试剂黑火药KNO3+C+S化肥硫酸盐Na2SO4·10H2O芒硝硫酸钠是无色晶体，在空气中容易风化，无水物俗称元明粉。硫酸钠大量用于玻璃、造纸、水玻璃、陶瓷等工业中，也用于制硫化钠和硫代硫酸钠等,一些反应例子如下:Na2SO4+C====2Na2SO3+CO2↑Na2SO4+2C====Na2S+2CO2↑Na2SO4+2C+CaCO3===Na2CO3+CaS+2CO2↑硫酸钙无水硫酸钙

CaSO42水硫酸钙CaSO4·2H2O

俗称石膏。半水硫酸钙CaSO4·0.5H2O

俗称生石膏2CaSO4·2H2O==2CaSO4·1/2H2O＋3H2O无水石膏不能