第八章 主族金属元素

Na
K
Ca
3、与氧化物、卤化物反应
SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO
TiCl4 + 4Na = Ti + 4NaCl
4. 焰色反应
碱金属和钙、锶、钡的挥发性化合物在高温火焰中，电子 易被激发，当电子从高能级回到低能级时，便以光能的形 式释放出能量，使火焰呈现特征颜色，称为~。 Li Na K Ca Sr Ba
+2NH4NO3+2H2O
然后加热至383~388K，即脱去H2O2而得BaO2
3.3、超氧化物
碱金属MO2 碱土金属M(O2)2。 一般说来，金属性越强的元素越容易形成含氧较多的氧化物。 因此，K、Rb、Cs易形成超氧化物。 K(Rb、Cs) + O2 = MO2 Na2O2 + O2 = 2NaO2
体心 体心 立方 立方
六方 面心 面心 体心 堆积 立方 立方 立方
1.碱金属、碱土金属的单质具有金属光泽，有良好的导电性和延
展性。
2. 由于价电子数少，所以碱金属原子之间的作用力比绝大多数 其他金属原子之间的作用力要小，因此碱金属很软，低熔、沸 点，且半径大、密度小。 Li 的密度是所有金属中最小的，它的 密度比煤油还小，所以只能放在石蜡中保存。 3. 碱土金属由于核外有2个有效成键电子，晶体中原子间距小， 金属键强度较大，因此熔点、沸点和硬度均较碱金属高。
四、制备 碱金属、碱土金属具有较强的还原性，而相应的 离子几乎没有氧化性，还原剂很难将其还原。常用的 方法有：融盐电解法、热还原法、金属置换法等。 1. 融盐电解法 Na：电解40%NaCl + 60%CaCl2
2NaCl = 2Na + Cl2
CaCl2的作用：
a.降低电解质的熔点，防止钠的挥发；
6-1 碱金属和碱土金属的单质
一、存在
Na、 K分布较广、丰度较高，主要以氯化物形式存在 钠长石—Na[AlSi3O8]，钾长石—K[AlSi3O8] ，光卤石— KCl· MgCl2· 6H2O，明矾等 Li: 锂辉石—Li2O· Al2O3· 4SiO2 Be: 绿柱石-3BeO· Al2O3· 6SiO2、硅铍石-3BeO· SiO2、铝铍石 Mg: 菱镁矿-MgCO3、光卤石等 Ca: 分布广，以碳酸盐和硫酸盐形成存在。如方解石、石灰 石-CaCO3、石膏-CaSO4· 2H2O Sr: 天青石-SrSO4、碳酸锶矿SrCO3 Ba: 重晶石-BaSO4、毒重石BaCO3
-415.9
-493.7
-Baidu Nhomakorabea30.1
-317.6
BeO
白 2803 -610.9
MgO
白 3125 -601.7
CaO
白 2887 -635.5
SrO
白 2693 -590.4
BaO
白 2191 -558
硬度（莫氏）
9
6.5
4.5
3.8
3.3
与水作用： (1)碱金属氧化物：M2O+H2O→2MOH 反应的剧烈程度由Li到Cs依次增加 (2)碱土金属氧化物： 反应的剧烈程度从BeO到BaO依次增加 MO+H2O→ M(OH)2 (3)BeO为两性，其余为碱性
第 八 章
主族金属元素
第一节 碱金属和碱土金属
碱 金 属 碱 土 金 属
Li 锂
Lithium
Na 钠
Sodium
K 钾
Potassium
Rb 铷
Rubidium
Cs 铯
Cesium
Fr 钫
Francium
Be 铍
Mg 镁
Ca 钙
Calcium
Sr 锶
Strontium
Ba 钡
Barium
Ra 镭
4. 碱土金属的物理性质变化不如碱金属那么有规律，是由于其
晶格类型不完全相同。
三、化学性质 1、与空气作用： 碱金属: Li2O、Li3N； M2O2 (M = Na、K、Rb、Cs) MO2 (M = K、Rb、Cs) 碱土金属： M3N2 ， MO (M = Mg、Ca、Sr、Ba)
BaO2
2、与水作用：
d. 强碱性氧化剂 2Fe(CrO2)2+7Na2O2=4Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O
不能使用瓷制容器、石英容器、铂制容器； 宜用 - 铁、镍等制成的容器。遇棉花、炭粉或铝 粉会发生爆炸，使用时要特别小心。
3、过氧化钡 Ba(NO3)2+3H2O2+2NH3· H2O=BaO2· 2H2O2
2M(NO3)2
2. 性质
物质
性质 颜色 熔点/K △fHo/kJ.mol-1 物质 性质 颜色 熔点/K △fHo/kJ.mol-1 Li2O 白 >1973 -595.8 Na2O 白 K 2O 淡黄 Rb2O 亮黄 Cs2O 橙红
1548(升华) 623(分解) 673 (分解) 673 (分解)
9.012 24.305 40.08 87.62 137.3 2s2 89 31 900 3s2 136 65 738 4s2 174 99 590 1145 4912 1.00 5s2 191 113 550 6s2 198 135 503
216 235 148 169 403 376 2633 2230 3900 — 0.82 0.79
3.2、过氧化物
Na2O2
MgO2
K2O2
CaO2
Rb2O2
SrO2
Cs2O2
BaO2
2Na(l) + O2(无CO2) = Na2O2(淡黄)
2BaO + O2 = 2BaO2
1、过氧离子(O2 2- )结构：
KK(σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2(π2py*)2(π2pz*)2
二、物理性质
单质 锂 钠 钾 铷 铯 铍 镁 钙 锶 钡
性质
密度/ g.dm-3 0.534 0.971 0.86 1.532 1.873 1.85 1.74 1.55 2.54 3.5
熔点/K
沸点/K 硬度(金刚石=10) 相对导电性(Hg=1) 晶格类型
453.7
1620 0.6 11 体心 立方
b.减小金属Na的分散性(混盐密度>金属钠，钠浮在上 层 )。
2. 热还原法：一般采用焦炭或碳化物为还原剂
MgO(s) + C(s) = CO(g) + Mg(g)
K2CO3 + 2C = 2K + 3CO
2KF + CaC2 = CaF2 + 2K + 2C 3. 金属置换法: 高温低压下还原氯化物。 KCl + Na = NaCl + K RbCl + Ca = CaCl2 + Rb 2CsCl + Mg = MgCl2 + 2Cs
氢化物性质
1、热稳定性： 碱金属氢化物稳定性依LiH→CsH次序降低 2、强还原性： MH+H2O=MOH+H2 ↑ TiCl4+4NaH=Ti+4NaCl+2H2
3. 用途 a. 有机合成中用作还原剂； b. LiH、CaH2为野外氢气发生剂； c. 制备NaBH4 LiAlH4： 4NaH+BF3=NaBH4+3NaF 4LiH +AlBr3= LiAlH4 +3LiBr
370.9 337
1156 0.4 21 体心 立方 1047 0.5 14
312.0
961 0.3 8
301.5
951.5 0.2 5 体心 立方
1551
3243 — 5.2 六方 堆积
922
1112 1042 993
1363 1757 1657 1913 2.0 21.4 1.5 20.8 1.8 4.2 — —
4. 热分解法
2MN3 = 2M + 3N2 (M = Na, K, Rb, Cs)
6–2 碱金属和碱土金属的化合物
1 2 氢化物
+ 2+ M 和M 离子的特征
2 氧化物 4 氢氧化物 5 盐类
一、M+和M2+离子的特征
1. M+和 M2+具稀有气体离子结构，是无色离子。 2. 离子半径大、电荷低、8e结构、极化作用小 (1) 阳离子基本不水解(除Be2＋外)；
Na反应猛烈；K、Rb、Cs燃烧，量大发生爆炸； Li、Ca、Sr、Ba反应比较慢；Be、Mg与水蒸气反应。
元素 性质 φAo /V 锂 钠 钾 铷 铯 铍 镁 -2.36 钙 锶 钡
-3.045 -2.714 -2.925 -2.925 -2.923 -1.85
-2.87 -2.89 -2.91
Li
2、Na2O2:
(1)工业上制Na2O2
4Na(l)+ O2
453-473K
2Na2O
2Na2O +O2 573-673K 2Na2O2
(2) 性质 a. Na2O2淡黄色粉末，易吸潮 ； b.与水或稀酸作用，生成H2O2： Na2O2+2H2O = H2O2+2NaOH Na2O2+H2SO4= H2O2+ Na2SO4 c. 吸收CO2并放出O2: 2Na2O2+ 2CO2 = Na2CO3+ O2 因此可用作高空飞行或潜水时的供氧剂。
Radium
Beryllium Magnesium
第一节
元素 性质 元素符号 原子序数 相对原子质量 价层电子构型 原子半径/pm 离子半径pm 电离能I1/kJ.mol-1 电离能I2/kJ.mol-1 电离能I3/kJ.mol-1 电负性(Pauling) φAo /V
碱金属和碱土金属
钾
K 19
三.碱金属元素是周期性表现得最鲜明和最规则的一族元 素
1. 原子半径是同周期中最大的、电负性在同周期中最小; 2. 电离能、电极电势是同周期中最小的; 3. 氧化数仅为＋1，因为I1<<I2 ;
4. 成键特征主要以离子键为主 ，但某些情况下，也显 共价性。如气态双原子分子 Na2、Cs2等以共价键结合；
由于Li半径小，电荷密度大，极化力强，形成共价键
的倾向大，所以性质表现特殊，与Mg比较相似。 四.碱土金属 与同周期的碱金属相比，由于增加了一个核电荷， 故原子半径较小，电离能、电负性和电极电势较大，
活泼性较差，但仍属活泼金属，氧化数仅为＋ 2 ，主
要形成离子键化合物。Be的性质亦较特殊，与本族差 距较大。
1.结构： KK(σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2(π2py*)2(π2pz*)1 2.性质：
(1)有单电子：顺磁性、有颜色
KO2 RbO2 CsO2
橙黄
深棕
深黄
(2)与水剧烈反应：
2MO2+2H2O = O2 +H2O2+2MOH (3)与CO2反应：4MO2+2CO2 = 2M2CO3+3O2 因 此 ， 它 们 用 来 除 去 CO2 和 再 生 O2 ， 较 易 制 备 的 KO2常用于急救箱中。
7298 4562 11815 6912 0.98 0.93
1757 1451 14849 7733 1.57 1.31
1064 965 4210 — 0.95 0.89
-3.045 -2.714 -2.925 -2.925 -2.923 -1.85 -2.36
-2.87 -2.89 -2.91
一. 价电子层结构：ns1 和 ns2 二.同族从上到下金属活泼性增强；同周期从左到右金属 活泼性下降。
三、氧化物
1. 普通氧化物(O2-)
2. 过氧化物(O22-)
3. 超氧化物(O2-)
4. 臭氧化物(O3-)
3.1、普通氧化物
1.制备
(1)碱金属： 4Li+O2
燃烧
2Li2O(白)
Na2O2+2Na→2Na2O(白) 2KNO3+10K→6K2O+N2 (2)碱土金属： MCO3
△ 高温
MO+CO2 2MO+4NO2 +O2
锂
Li 3
钠
Na 11
铷
Rb 37
铯
Cs 55
铍
Be 4
镁
Mg 12
钙
Ca 20
锶
Sr 38
钡
Ba 56
6.941 22.99 39.098 85.47 132.9 2s1 123 60 520 3s1 154 95 496 4s1 203 133 419 3051 4411 0.82 5s1 6s1
(2) 碱金属MOH、盐大多易溶于水；
(3)碱土金属M(OH)2、盐溶解度<碱金属相应的化合物
3. 形成水合离子M+ (aq)和M2+(aq)。
二、氢化物 盐型氢化物(ⅠA、ⅡA-Ca、Sr、Ba)-离子型 氢化物 金属型氢化物(过渡金属)-间充型 共价型氢化物(非金属)-分子型
2M + H2 = 2MH ( M= 碱金属) M + H2 = MH2 ( M= 碱土金属 ) BeH2、MgH2为共价型
氧化物的稳定性顺序： Li2O＞Na2O ＞K2O＞Rb2O＞ Cs2O Li2O2＜Na2O2 ＜K2O2＜Rb2O2＜ Cs2O2 NaO2 ＜KO2＜RbO2＜ CsO2
热力学观点讨论：
Li
2M2O+O2 →2M2O2
Na
K
Rb
Cs
△rHmo/kJ.mol-1
2M2O+O2 →2MO2
-68.6 -159.4 -185.8 -201.7 -209.2 — -15.1 -72 -150.2 -187.4