第10章 碱金属和碱土金属元素-N

第十章碱金属和碱土金属元素

基本要求

1．掌握离子型氢化物的还原性

2．熟悉碱金属、碱土金属正常氧化物、过氧化物、超氧化物的性质

学习指导

1．碱金属、碱土金属单质的熔、沸点较低，硬度较小。最软的是Cs。

2．碱金属、碱土金属元素化合物以离子型为主。Li、Be的化合物具有一定的共价性。

3．同族元素单质的标准电极电势自上往下逐渐减小，但Eθ(Li+/Li)< Eθ(Cs+/Cs)。

4．碱金属单质的化学活泼性比碱土金属单质的化学活泼性大。

5．碱金属、碱土金属元素均能形成过氧化物和超氧化物。

过氧化物与水或稀酸反应放出H2O2；

超氧化物与水或稀酸反应放出H2O2和O2；

过氧化物和超氧化物与CO2反应放出O2。

6．碱金属、碱土金属的氢氧化物

(1)酸碱性

(A) 除Be(OH)2为两性外，其它均为碱性；

(B) 同族元素氢氧化物自上而下碱性逐渐增强；

(C) 同周期碱金属氢氧化物的碱性比碱土金属氢氧化物的碱性强。

(2) 溶解性

(A) 碱金属氢氧化物除LiOH溶解度较小外，其它易溶；

(B) 碱土金属氢氧化物溶解度比同周期碱金属氢氧化物的溶解度小，且自上而下逐渐减小。

7．盐类

(1)除BeCl2为共价化合物外，其余均为离子晶体；

(2)一般来说，碱金属、碱土金属的盐具有较高的热稳定性；

(3)碱金属盐一般易溶，碱土金属盐：Be盐易溶；Mg盐部分易溶；Ca盐、Sr盐、Ba盐一般难溶。

关键词

1. 碱金属的性质

2. 正常氧化物

3. 超氧化物

4. 碱土金属的性质

5. 过氧化物

6. 臭氧化物

7. 氨碱法8. 绿柱石9. 冠醚配合物

10. R-O-H 规则11. 氢氧化物的酸碱性12. 氢氧化物的溶解性

本章将重点介绍碱金属和碱土金属单质、各类氧化物、氢氧化物、盐类的性质及几种典型盐的生产。

10-1 s 区元素概述

s 区元素包括周期表中ⅠA 和ⅡA 族。ⅠA 族由锂、钠、钾、铷、铯及钫六种元素组成。由于钠和钾的氢氧化物是典型的“碱”，故本族元素有碱金属之称。锂、铷、铯是轻稀有金属；钫是放射性元

素。ⅡA 族由铍、镁、钙、锶、钡及镭六种元素组成。由于钙、锶、钡的氧化物性质介于“碱”族与“土”族元素”① (① 第ⅢA 族元素

有时称为土族元素，其中铝最典型，铝的氧化物（为粘土的主要成分）既难溶又难熔，故有土金属之称。)之间，故有碱土金属之称。

现在习惯上把铍和镁也包括在碱土金属之内。铍也属于轻稀有金属，镭是放射性元素。锂最重要的矿石是锂辉石(LiAlSi 2O 6)。钠主要以NaCl 形式存在于海洋、盐湖及岩石中。钾的主要矿物是钾石盐(2KCI·MgCl 2·6H 2O)， 我国青海钾盐储量占全国96.8%。铍的主要矿物是绿柱石(3BeO·A12O 3·6S1O 2, 见右图)。镁主要以菱镁矿(MgCO 3)、白云石[MgCa(CO 3)2]形式存在。钙、锶、钡以碳酸盐、硫酸盐形式存在，如方解石(CaCO 3)、石膏(CaSO 4·2H 2O)、天青石(SrSO 4)、重晶石(BaSO 4)。

10-2 碱金属和碱土金属的性质

碱金属和碱土金属元素的一些基本性质，分别列于表10-1和表10-2中。

表10-1 碱金属元素的性质

铷(Rb) 铯(Cs) 3 11 19 37 55 2s 1 3s 1 4s 1 5s 1 6s 1 +1 +1 +1 +1 +1 -3

0．53 0．97 0．86 1．53 1.88 180．5 97，82 63．25 38．89 28．40 1342 882．9 760 686 669．3 0．6 0．4 0．5 0．3 0．2 152 186 227 248 265 76 102 138 152 167 1-1 520 496 419 403 376 2-1

7298 4562 3051 2632 2234 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7 -3.040

-2.713

-2.924

（-2.98）

（-3.026）

绿柱石（3BeO·Al 2O 3·6SiO 2）

表10-2 碱土金属元素的性质

4 12 20 38 56

2s23s24s25s26S2

+2 +2 +2 +2 +2 -3

1.85 1.74 1.54

2.6

3.51

1278 648.8 839 769 725

2970 1107 1484 1384 1640

4 2.0 1.

5 1.8 --

111 160 197 215 217

45 72 100 118 136

1-1

899 738 590 549 503

2-1

1757 1451 1145 1064 965

3-1

14849 7733 4912 4138 --

1.5 1.2 1.0 1.0 0.9

-1.99 -2.356 -2.84 -2.89 -2.92

ⅠA和ⅡA族元素的原子最外层分别只有1～2个s电子，在同一周期中这些原子具有较大的原子半径和较少的核电荷，故IA、HA族金属晶体中的金属键很不牢固，单质的熔、沸点较低，硬度较小。由于碱土金属比碱金属原子半径小，核电荷多，因此碱土金属的熔点和沸点都比碱金属高，密度和硬度比碱金属大。Li的密度为0.53kg·m-3，是最轻的金属。碱金属和Ca、Sr、Ba均可用刀切割，其中最软的是Cs。

碱金属和碱土金属表面都具有银白色光泽，在同周期中碱金属是金属性最强的元素，碱土金属逊于碱金属，在同族元素中随原子序数增加，元素的金属性依次递增。碱金属尤其是Cs和Rb，失去电子的倾向很大，当受到光的照射时，金属表面的电子易逸出，因此，常用来制造光电管。如铯光电管制成的自动报警装置，可报告远处火警；制成的天文仪器可根据由星光转变的电流大小测出太空中星体的亮度，推算出星体与地球的距离。

ⅠA和ⅡA族元素常见的氧化数分别为+1和+2，这与它们的族号相一致。常见的ⅠA、ⅡA族元素的化合物以离子型为主。由于Li+、Be2+的半径远小于同族其它阳离子，故锂、铍的化合物具有一定程度的共价性。碱金属和碱土金属同族元素的标准电极电势随原子序数增加而降低，但Li的标准电极电势却比Cs还低，这是由于Li有较小的半径，易与水分子结合生成水合离子而释放出较多能量

(代数值最小)而造成的。

用焓变粗略估计金属锂电极电势的大小

假设原电池：

原电池反应：