第十章 碱金属和碱土金属元素

第十章碱金属和碱土金属元素第一页，共十九页，编辑于2023年，星期五

一、碱金属、碱土金属的通性

价层电子构型：IA，ns1IIA，ns2

1、

金属性和非金属性均为金属元素（外层电子少，原子半径大，核电荷周期最少）。金属性：IA>IIA。性质：金属键不牢固，所以单质熔、沸点很低，硬度较小，其中IIA>IA。碱金属中Cs、Rb金属性质最强，失电子倾向最大，所以可作光电管，如Cs光电管制成的自动报警器可报告远处火警；制成的天文仪器可以测定与地球距离。第二页，共十九页，编辑于2023年，星期五

2、氧化数：分别为+1和+2，一般无变价。

3、化合物键型：以离子键为主，其中Li+、Be2+由于半径小，其化合物有一定的共价性，如BeCl2等。

4、特性：碱金属和碱土金属可溶于液氨，形成深蓝色溶液。

IA：M(s)+（x+y）NH3====M+(NH3)x+e-(NH3)yIIA:M(s)+(x+2y)NH3====M2+(HN3)x+2e-(NH3)y所以，IA、IIA的氨溶液具有较高的导电性和与金属相同的还原性。第三页，共十九页，编辑于2023年，星期五

二、氧化物

碱金属和碱土金属能形成多种类型的氧化物：正常氧化物（含）、过氧化物（含）、超氧化物（含），臭氧化物（含）及低氧化物。

（一）

正常氧化物多数为白色固体，K2O（淡黄）、Rb2O（亮黄）、Cs2O(桔红)；熔点：IIA>IA；硬度IIA>IA，所以BeO、MgO作耐火材料和金属陶瓷，BeO还有反射放射线的能力，常用作原子反应堆外壁砖块材料。第四页，共十九页，编辑于2023年，星期五（二）过氧化物和超氧化物除Be外IA、IIA均能形成过氧化物（离子型）除Li、Be、Mg外，IA、IIA能形成超氧化物。

性质：（1）室温下，均能与水和稀酸反应：

Na2O2+2H2O→2NaOH+H2O2Na2O2+H2SO4→Na2SO4+H2O22KO2+2H2O→2KOH+H2O2+O2↑2KO2+2H2SO4→2K2SO4+H2O2+O2↑

第五页，共十九页，编辑于2023年，星期五（2）与CO2的反应：

2Na2O2+2CO2→2NaCO3+O2↑

4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2↑

因此，过氧化物和超氧化物常用作防毒面具、高空飞行、潜水的供氧剂。Na2O2为常用的过氧化物，纯的为白色，工业品带浅黄；在碱性介质中是强氧化剂，常作矿熔剂。如：

2Fe(CrO2)2+7Na2O22Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O还可用于纺织、纸浆漂白。Na2O2熔融分解，但遇到棉花、Al粉等还原性物质，会爆炸，故使用Na2O2要小心。第六页，共十九页，编辑于2023年，星期五（三）臭氧化物和低氧化物低温下，臭氧O3和粉末状无水碱金属（除Li外）氢氧化物反应，用液氨提取可得红色的MO3固体：

3MOH(s)+2O3(g)→2MO3(s)+MOH·H2O(s)+1/2O2(g)室温下，臭氧化物会缓慢分解：

MO3→MO2+1/2O2

遇水会发生反应：4MO3+2H2O→4MOH+5O2↑此外，Rb和Cs还可形成低氧化物，如低温下，Rb发生不完全氧化得到Rb6O，在-7.3℃以上分解：

2Rb6ORb9O2+3RbCs形成的低氧化物有Cs7O(青铜色)、Cs4O(红色)、Cs11O3（紫色），Cs（3+x）O等。第七页，共十九页，编辑于2023年，星期五三、氢氧化物IA和IIA中（除BeO、MgO外）直接与水形成对应氢氧化物。这些氧氧化物均为白色固体，易潮解，在空气中吸收CO2

或碳酸盐。碱金属氢氧化物对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用，故称荷性碱。

1、碱性LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中强碱强碱强碱强碱强碱Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2两性中强强强强Be(OH)2+2H+→Be2++2H2OBe(OH)2+2OH-→[Be(OH)4]2-

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R-OH规则解释：氧化物的水合物通式R(OH)n，R为成酸或成碱元素，有两种解离可能：

RO-+H+R-O-HR++OH-其可能性与阳离子的极化作用有关，科学家卡特里奇以“离子势”来衡量阳离子极化作用的强弱。

在R-OH中，若R的φ值大，其极化作用强，氧原子电子云偏向R，使O-H键极性增强，则呈现酸式解离；若R的φ值小，R-O键极性强，则成碱式解离。

当1/2>10时R(OH)n显酸性当10>1/2>7时R(OH)n显两性当1/2<7时R(OH)n显碱性第九页，共十九页，编辑于2023年，星期五据此，有人提出用值作为判断R-O-H酸碱性的标度：值：

<77~10>10R-O-H酸碱性：

碱性

两性

酸性注意：这种判断是一个经验规则，有些物质不适用，如Zn(OH)2，Zn的=5.2，但它是两性氢氧化物。第十页，共十九页，编辑于2023年，星期五2、溶解性IA均溶于水，仅LiOH溶解度较小。IIA溶解度比IA的小得多，且从上到下溶解度增大，因M2+半径增大，M2+与OH-吸引力减弱的原因造成。IIA<IA的原因也是静电引力前者大，后者小的缘故。第十一页，共十九页，编辑于2023年，星期五四、盐类（一）盐类的性质：盐类很多（卤化物，硫酸盐，硝酸盐，碳酸盐，磷酸盐等等），着重通性及Li盐、Be盐的特殊性。

1、晶型绝大多数为离子晶体，有较高熔、沸点，常温下为固体，熔化时能导电。但Be2+的半径小，电荷较多，极化力较强，光与易变形的Cl-、Br-、I-结合则形成共价化合物。如BeCl2，熔点低，易升华，能溶于有机溶剂，这些性质说明其共价化合物特性。

2、颜色M+、M2+均无色，它们形成的盐类只要阴离子无色，其化合物必为无色；若阴离子有色，则化合物有色。第十二页，共十九页，编辑于2023年，星期五

3、热稳定性IA一般有较高稳定性：卤化物高温挥发而不分解；硫酸盐高温不挥发，难分解；碳酸盐除Li2CO3在1000℃以上部分分解为Li2O和CO2外，其余皆不分解；仅硝酸盐差，加热到一定温度分解：

4LiCO32Li2O+4NO2↑+O2↑

2NaNO32NaNO2+O2↑

2KNO32KNO2+O2↑IIA碳酸盐常温下（除BeCO3不到100℃分解）稳定，强热下分解。第十三页，共十九页，编辑于2023年，星期五4、溶解度IA一般易溶于水，仅两类型微溶于水:（1）若干Li盐：LiF、Li2CO3、Li3PO4等（2）K+、Pb+、Cs+(及NH)的大阴离子盐。IIA中，Be盐多数易溶，Mg盐部分易溶，Ca、Sr、Ba盐则多为难溶，其中氟化物溶解度：CaF2→SrF2→BaF2（增强）；CaSO4→SrSO4→BaSO4（减弱）；注意，Be盐和可溶性钡盐有毒。5、K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Ba2+的鉴定。第十四页，共十九页，编辑于2023年，星期五（二）某些盐类的生产和应用1、碳酸钠（纯碱，苏打，碱面）索维尔法：饱和食盐水吸收NH3和CO2气体，制得溶解度较小的NaHCO3，再焙烧：

NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑析出NaHCO3后，母液中NH4Cl用消石灰来回收，以循环使用：

2NH4Cl+Ca(OH)2NH3↑+CaCl2+2H2O所需CO2和石灰由石灰石煅烧得来。此法，技术成熟，原料丰富价廉，但食盐利用率低，NH3损失大，CaCl2废渣造成环境污染。第十五页，共十九页，编辑于2023年，星期五

侯德榜法：将制碱和合成氨联为一体，称侯氏联合制碱法，或氨碱法。该法，先用水煤气转化的H2和N2合成氨，同时有CO2放出；由此合成氨系统提供的NH3和CO2来制碱，副产品NH4Cl可作化肥。此法，NaCl利用率达96%以上，成本降低，可连续化生产，对制碱上作出较大贡献。第十六页，共十九页，编辑于2023年，星期五

2、碳酸氢钠（小苏打，重碳酸氢钠或焙碱）制纯度高的可用Na2CO3溶液中通CO2：

Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3（溶解度小，析出）3、NaCl4、CaSO4：CaSO4·2H2O称石膏（生石膏），白粉，微溶于水。CaSO4·1/2H2O为熟石膏，白粉，吸潮（熟石膏粉+水）可膨胀、硬化，用于制模、塑像、石膏绷带等。CaCl2+(NH4)2SO4+2H2O→CaSO4·2H2O+2NH4ClCaSO4·2H2O经煅烧脱水，得CaSO4·1/2H2O第十七页