第八章 碱金属和碱土金属

2-4 碱金属的氧化物和氢氧化物
1、钠、钾的氧化物 、 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物： Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2
(1) 与H2O的作用 的作用: 的作用
Ι M 2 O + H 2 O 2MOH （Li → Cs剧烈程度↑） →
M II O + H 2 O M(OH) 2 （BeO除外） → Na 2 O 2 + 2H 2 O 2NaOH + H 2 O 2 → 2KO 2 + 2H 2 O 2KOH + H 2 O 2 + O 2 →
Ca
Sr
Ba
碱金属和钙、 碱金属和钙、锶、钡的挥发性盐在无色火焰中灼烧时，能 钡的挥发性盐在无色火焰中灼烧时， 使火焰呈现出一定颜色。这叫“焰色反应” 使火焰呈现出一定颜色。这叫“焰色反应”。 碱金属和钙、 碱金属和钙、锶、钡的盐，在灼烧时为什么能产生不同的 钡的盐， 颜色呢？ 颜色呢？ 因为当金属或其盐在火焰上灼烧时，原子被激发， 因为当金属或其盐在火焰上灼烧时，原子被激发，电子 接受了能量从较低的能级跳到较高能级，但处在较高能级的 接受了能量从较低的能级跳到较高能级， 电子是很不稳定很快跳回到低能级， 电子是很不稳定很快跳回到低能级，这时就将多余的能量以 光的形式放出。原子的结构不同，就发出不同波长的光， 光的形式放出。原子的结构不同，就发出不同波长的光，所 以光的颜色也不同。碱金属和碱土金属等能产生可见光谱， 以光的颜色也不同。碱金属和碱土金属等能产生可见光谱， 而且每一种金属原子的光谱线比较简单， 而且每一种金属原子的光谱线比较简单，所以容易观察识别 。
4NaH + TiCl 4 Ti + 4NaCl + 2H 2 →
剧烈水解:
MH + H 2 O MOH + H 2 (g) →
形成配位氢化物
（无水）乙醚 4LiH + AlCl3 → Li[AlH4 ] + 3LiCl
铝氢化锂
Li[AlH4 ] 受潮时强烈水解
LiAlH4 + 4H2 O LiOH + Al(OH)3 + 4H2 →
3、存在形式
由于碱金属和碱土金属的化学性质很活泼，所以它们只能以化 合状态存在于自然界中 。主要矿物有： 钠长石: Na [AlSi 3 O 8 ] 钾长石: K [AlSi 3 O 8 ] 光卤石: 明矾石: 绿柱石: Be Al (SiO ) 3 2 3 6 菱镁矿: 石 膏: 大理石: 萤石： 天青石: 重晶石:
Gc2-704-18.8
Li
Na
K Rb Cs
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
第二节 碱金属
2-1 碱金属元素概述
1、 价电子构型 碱金属(IA ): ns1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
2、单质的物理性质: 有金属光泽 密度小 硬度小
图片 Gc2-705-18.9
熔点低 导电、导热性好 s区单质的熔点变化
2 钠和钾的氢氧化物
M 2O
+ H2 O
MOH
性质：⑴ 易吸水溶解 ⑵ 溶解度与碱性
LiOH 中强 NaOH 强 KOH 强 RbOH 强 CsOH 强
(箭头指向)
溶解度增大, 碱性增强
NaOH、 KOH的性质 、 的性质 碱金属的氢氧化物对纤维和皮肤有强烈的腐蚀作用， 碱金属的氢氧化物对纤维和皮肤有强烈的腐蚀作用，所以 称它们为苛性碱。 称它们为苛性碱。氢氧化钠和氢氧化钾通常分别称为苛性 又名烧碱)和苛性钾 钠(又名烧碱 和苛性钾。它们都是白色晶状固体，具有较低 又名烧碱 和苛性钾。它们都是白色晶状固体， 的熔点。除氢氧化锂外， 的熔点。除氢氧化锂外，其余碱金属的氢氧化物都易溶于 水，并放出大量的热。在空气中容易吸湿潮解，所以固体 并放出大量的热。在空气中容易吸湿潮解， NaOH是常用的干燥剂。它们还容易与空气中的CO2反应而 是常用的干燥剂。它们还容易与空气中的 是常用的干燥剂 生成碳酸盐，所以要密封保存。 生成碳酸盐，所以要密封保存。
2、几种重要的钠盐和钾盐
（1）氯化钠 ）
（2）碳酸钠 ） （3）碳酸氢钠 ） （4）碳酸钾 ）
联合制碱法 利用NH4Cl在低温时的溶解度比 在低温时的溶解度比NaCl小的特性 在5— 小的特性,在 利用 在低温时的溶解度比 小的特性 10度下向母液中加入 度下向母液中加入NaCl粉末 可以得到 粉末,可以得到 做氮肥, 度下向母液中加入 粉末 可以得到NH4Cl做氮肥 做氮肥 同时可以利用合成厂的废气CO2,且不生成无用 且不生成无用CaCl2 同时可以利用合成厂的废气 且不生成无用
溶解度
MOH易溶于水，放热 碱土金属溶解度（20℃）
氢氧化物 溶 解 度 /mol·L-1 Be(OH)2 8×10-6 Mg(OH)2 5×10-4 Ca(OH)2 1.8×10-2 Sr(OH)2 6.7×10-2 Ba(OH)2 2×10-1
3-3 碱土金属的盐类
重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、 重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐 晶体类型： （1) 晶体类型：绝大多数是离子晶体 但碱土金属卤化物有一定的共价性。 但碱土金属卤化物有一定的共价性。 Be2+极化力强 BeCl2 熔点 / ℃ 405 MgCl2 CaCl2 714 782 SrCl2 876 BaCl2 962
2-3 碱金属的氢化物 离子型氢化物
（1） 均为白色晶体 热稳定性差 ） 均为白色晶体,
wenku.baidu.com
LiH
ΔH f r kJ ⋅ mol−1
NaH
KH -57.7
RbH
CsH
-90.4 -57.3
-54.3 -49.3
（2 ) 还原性强
( E (H 2 /H ) = −2.23V)

−
钛的冶炼:
2LiH + TiO 2 Ti + 2LiOH →
(2) 吸湿性 钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此，化学分析 钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此， 工作中常用的标准试剂许多是钾盐，如用邻苯二甲酸氢钾标 工作中常用的标准试剂许多是钾盐， 定碱液的浓度，用重铬酸钾标定还原剂溶液的浓度。 定碱液的浓度，用重铬酸钾标定还原剂溶液的浓度。在配制 炸药时用KNO3或KClO3，而不用相应的钠盐。 而不用相应的钠盐。 炸药时用 (3) 结晶水 含结晶水的钠盐比钾盐多。如Na2SO4·10H2O、 含结晶水的钠盐比钾盐多。 、 K2SO4、Na2HPO4·10H2O等。 等
2A1+2NaOH+6H2O＝2Na[Al(OH)4]+3H2↑ ＝ A12O3+2NaOH 熔融 2NaAlO2+H2O Si + 2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O ＝ 因为氢氧化钠、氢氧化钾易于熔化， 因为氢氧化钠、氢氧化钾易于熔化，又具有溶解某些金属氧 化物、非金属氧化物的能力，因此工业生产和分析工作中常 化物、非金属氧化物的能力， 用于分解矿石。溶融的氢氧化钠腐蚀性更强， 用于分解矿石。溶融的氢氧化钠腐蚀性更强，工业上熔化氢 氧化钠一般用铸铁容器， 氧化钠一般用铸铁容器，在实验室可用银或镍的器皿
4 、 锂 、铍的特殊性 对角线规则
对角线规则 （1 ） 内容 Li Na Be Mg B Al C Si
（2） 锂与镁的相似性： ） 锂与镁的相似性： 单质与氧作用生成正常氧化物 氢氧化物均为中强碱， 氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶 氟化物、碳酸盐、 氯化物均能溶于有机溶剂中 碳酸盐受热分解， 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物
2-5 钠盐和钾盐 碱金属盐类的最大特征是易溶于水，并且在水中完全 碱金属盐类的最大特征是易溶于水， 电离，所有碱金属离子都是无色的。 电离，所有碱金属离子都是无色的。只有少数碱金属盐是 难溶的。 难溶的。 1、钠盐和钾盐性质的差异 、 (1) 溶解度 钠、钾盐的溶解度都比较大，相对说来，钠盐更 钾盐的溶解度都比较大，相对说来， 大些。 的溶解度不大， 大些。仅NaHCO3的溶解度不大，NaCl的溶解度随温度的变化 的溶解度随温度的变化 不大，这是常见的钠盐中溶解性较特殊的 不大，这是常见的钠盐中溶解性较特殊的。
MnO 2 + Na 2 O 2 熔融→ Na 2 MnO 4 （不溶于水） （可溶于水）
熔矿时要使用铁或镍制坩埚，陶瓷、石英和铂制坩埚容易 熔矿时要使用铁或镍制坩埚，陶瓷、 被腐蚀. 与棉花、硫粉、 被腐蚀 熔融的 Na2O2 与棉花、硫粉、铝粉等还原性物质会爆 使用时要倍加小心。 炸,使用时要倍加小心。 使用时要倍加小心
MgCO 3
KCl ⋅ MgCl 2 ⋅ 6H 2 O
CaSO 4 ⋅ 2H 2 O
K(AlO) 3 (SO 4 ) 2 ⋅ 3H 2 O
锂辉石:
CaCO 3 CaF 2
SrSO 4 BaSO 4
LiAl(SiO 3 ) 2
2-2 金属钠和钾
钠和钾性质相似，质软， 钠和钾性质相似，质软，均能与水剧烈作用生成对应的碱 和氢气，易引起燃烧和爆炸，需贮存于煤油和石蜡油中。 和氢气，易引起燃烧和爆炸，需贮存于煤油和石蜡油中。
钠和钾具有高的活泼性和强传热性，在冶金工业中是 钠和钾具有高的活泼性和强传热性， 重要的还原剂。 重要的还原剂。
制备方法： 制备方法：
1、电解熔融盐 、 如：2NaCl === 2Na + Cl2 2、热还原法 如：K2CO3 +2C===2K + 3CO
真空
1473K
电解
3、金属置换法(工业上制取钾) 金属置换法(工业上制取钾) 如：KCl +Na == NaCl + K↑
(2) 与CO2的作用 的作用：
Li 2 O + CO 2 Li 2 CO 3 → 2Na 2 O 2 + 2CO 2 2Na 2 CO 3 + O 2 ( g ) → 4KO 2 + 2CO 2 2K 2 CO 3 + 3O 2 (g ) →
（3）与矿石一起熔融分解矿物
2(FeO ⋅ Cr2 O 3 ) + 7 Na 2 O 2 熔融→ Fe 2 O 3 + 4 Na 2 CrO 4 + 3H 2 O （不溶于水） （可溶于水）
(箭头指向) 溶解度增大, 碱性增强
金属氢氧化物MOH的离解 的离解 金属氢氧化物
M- O- H M+ + OHM- O- H MO- + H+ 离子的电荷； Փ= z/r (z: M离子的电荷；r：离子半径 离子的电荷 ：离子半径) MOH显碱性 Փ 1/2 ＜ 0.22 显碱性 间 显两性 Փ 1/2 在 0.22~0.32间 MOH显两性 MOH显酸性 Փ 1/2 ＞ 0.32 显酸性
主族金属元素（ 第八章 主族金属元素（一） 碱 金属和碱土金属
第一节 化学元素的自然资源 第二节 碱金属 第三节 碱土金属
第一节 化学元素的自然资源
1-1 地壳中元素的分布和存在类型 见P169表8-1） 地壳中元素的分布和存在类型(见 表 ） 1-2 元素资源的存在形式和提取、利用 元素资源的存在形式和提取、 1 化学矿物 2天然含盐水 3 大气 4 农副产品 5 工业废料
苏尔维法
NH3 + CO2 + H2O NH4HCO3 NH4HCO3 + NaCl NaHCO3 + NH4Cl 2NaHCO3 Na2CO3+ CO2 + H2O 2NH4Cl + Ca(OH) 2 CaCl2 + 2 NH3 + 2H2O 优缺点: 原料经济, NaCl利用低 , CaCl2废液无法利用
第三节 碱土金属
3-1 碱土金属元素概述 1、价电子构型 、 碱土金属(IIA ): ns2 碱土金属 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 都是活泼金属， 都是活泼金属， 2、碱土金属活泼型略低于碱金属，同一主族从 、碱土金属活泼型略低于碱金属， 上至下活泼性递增
3、焰色反应
Li
Na
K
3-2 碱土金属的氧化物和氢氧化物
1. 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物： 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：
BeO
MgO
CaO
SrO
Ba2O2
2 氢氧化物
MO + H2O M(OH)2
（除BeO外）
性质： 性质：⑴ 易吸水溶解 ⑵ 溶解度与碱性
LiOH 中强 Be(OH)2 两性 NaOH KOH 强 强 Mg(OH)2 Ca(OH)2 强 中强 RbOH CsOH 强 强 Sr(OH)2 Ba(OH)2 强 强