高中化学竞赛碱金属和碱土金属

LiAlH 4 4H 2 O LiOH Al(OH) 3 4H 2
1.3 对角线规则
Li Na Be B C Si
原因：
Mg Al
Z / r 比较相似。
1. 3.1 B、Si的相似性
2B + 6NaOH == 2Na3BO3 +3H2 Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2
CaH 2 2H 2 O Ca(OH) 2 2H 2 (g)
2 制备:
直接:
2Na O 2 Na 2 O 2 K O2 KO 2
Na 2 O 2 2Na 2Na 2 O
2KNO 3 10K 6K 2 O N 2
间接:
MCO 3 MO CO 2 (g)
四、热稳定性
[问题18]碱金属与碱土金属的盐比较 ，热稳定性如何？ Li2CO3 △ = Li2O+CO2
4LiNO3 △ = 2Li2O + 4NO2 ↑+ O2↑ 2NaNO3△ = 2NaNO2 + O2↑ [问题19] 碱土金属碳酸盐的热稳定性变化规律如何？
热稳定性:Na2CO3>CaCO3
第一章 碱金属与碱土金属
1.1 概述
金 属 性 、 还 原 性 增 强
原 子 半 径 增 大
ⅠA Li Na K Rb Cs n s1 +1
ⅡA Be Mg Ca Sr Ba n s2 +2
原子半径减小 金属性、还原性减弱
活泼金属
它们容易失去外层电子，故化学性质活泼。 大多数金属可形成离子型化合物，但在某些 情况下仍显一定程度的共价性。
单质的制备
1、熔盐电解法 2、化学还原法
MgO + C --Leabharlann Baidu CO + Mg (高温)
KCl(l) + Na --- NaCl + K(g) 2RbCl(l) + Ca--- CaCl2 + 2Rb(g)
热还原法 热还原法是制备碱金属或碱土金属单质的一 种较为简便的方法。 例如用碳可以将碳酸钾中的钾还原成金属钾： K2CO3+2C = 2K+3CO （1473K） 镁除了常用熔融的无水氯化镁进行电解制备外， 工业上还采用一种氧化镁与碳或碳化钙的热还原 法。 例如： MgO(s)十C(s) = CO(g)十Mg(g) (高温)
2.镁和锂的氢氧化物在加热时都可以分解为相应的氧化物。
3.镁和锂的碳酸盐均不稳定，热分解生成相应的氧化物和放出二氧化碳气体。
4.镁和锂的某些盐类如氟化物、碳酸盐、磷酸盐等及氢氧化物均难溶于水。
5.镁和锂的氧化物、卤化物共价性较强，能溶于有机溶剂中，如溶于乙醇。 6.镁和锂的水合氯化物受热水解。
LiCl▪H2O ∆
1.3.2
Be、Al相似性
Al 、Be金属可与浓硝酸形成钝化膜。
Al 、Be,金属,金属氧化物,金属氢氧化物均为
两性.
Al(OH)3+OH－ == Al(OH)4－
Be(OH)2+2OH－== Be(OH)42－
1.3.3 Li、Mg的相似性
4Li + O2 == 2Li2 O 2Mg + O2 == 2MgO 6Li + N2 == 2Li3N 3Mg + N2 == Mg3N2
臭氧化物 将K, Rb, Cs的氢氧化物与臭氧反应，可得臭 氧化物。如:
3KOH(s) + 2O3(g) = 2KO3(s) + KOH· H2O(s)+1/2O2(g)
用液氨重结晶，可得橘红色KO3。但它不稳定， 可缓慢分解：
2KO3=2KO2 + O2
3.三类氧化物的化学性质 (1) 与H2O的作用:
3. 剧烈水解
MH H 2 O MOH H 2 (g) CaH 2 2H 2 O Ca(OH) 2 2H 2 (g)
4. 形成配位氢化物
氢化铝锂
（无水）乙醚 4LiH AlCl 3 Li[AlH 4 ] 3LiCl
Li[AlH4]受潮时强烈水解
碱金属的一个重要特性是能形成液态合金。
最重要的液态合金为钾钠合金，例如组成为77．2 ％的钾和22.8％的钠组成的合金熔点仅为260.7K。 钾钠合金的重要应用之一是由于它们的比热很高 而被用作核反应堆的冷却剂。 钠汞齐: 钠溶于汞中得到, 也是液体合金, Na还原 性强, 反应猛烈, 但Na· nHg钠汞齐却是平和的还原 剂, 反应不剧烈, 可以控制: 2(Na· nHg) + 2H2O 2NaOH + H2 + 2nHg
2．碱土金属普通氧化物的制取方法有三： ① M +O2 → MO（白色固体）
② MCO3 △ MO +CO2
③ M（NO3）2 △ MO +NO2 ↑ + O2 ↑
[问题11] Na2O2有哪些典型的化学性质？ 答：① 与水反应： Na2O2+2H2O（冷）= H2O2 +2 NaOH
② 与酸反应： Na2O2+H2SO4 （稀）= H2O2 + 有何用途? Na2SO4 ③与CO2反应： 2H2O2 = 2H2O +O2 2Na2O2+ 2CO2 = 2Na2 CO3 +O2 ↑
金属的氨溶液中含有金属离子和溶剂化自由电子, 这种溶剂化自由电子非常活泼，具有极强的还原能 力. 金属的氨溶液：强还原性（低温）、导电性、 顺磁性


由于氨合电子存在 , 溶 液有导电性和顺磁性, e(NH3)y-是很强的还原剂, 用于无机和有机合成.
氨合电子结构示
例题
1.2.2 离子型氢化物（除Be、Mg）
(汞齐, 是金属溶解于汞中形成的溶液, 常作还原剂)
金属铯由于其原子半径大，最外层的s电子活泼性 极高，当金属表面受到光照时，电子便可获得能 量从表面逸出。 利用铯的这一特性，它被用来制造光电管中的 阴极。
单质的化学性质:
钠、钾和钙、镁是s区元素中最重要的元素。因电 负性都较低，都是很活泼的金属元素，能直接或 间接地与电负性较高的非金属元素，如卤素、硫、 氧、磷、氮和氢等形成相应的化合物： 2Na+ Cl2= 2NaCl 和H2O反应剧烈(除Be、Mg之外): Ca + 2H2O --- Ca(OH)2 + H2 置换稀有金属: ZrO2 + 2Ca --- Zr + 2CaO 和H2的反应(除Be、Mg之外): 2Na + H2 --- 2NaH NaH: 白色晶体, H显负价, 是强还原剂.
§7-3 碱金属和碱土金属的化合物 3-1 氧化物 一、普通氧化物 1．碱金属普通氧化物的制取 [问题9] Li2O和Na2O分别用什么方法制取？ 答：Li2O （白）：锂在纯氧中燃烧。在空 气中会生成Li3N。 Na2O（白）：2Na+O2 = Na2O2 Na2O2 +2 Na = 2Na2O K2O（淡黄） ：2KNO3 +10 K =6 K2O + N2 Rb2O（亮黄）：与氧化钾类似
(2)与CO2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、碱金属和钙、锶、钡+液氨→蓝色导电溶液
Na 2 NH3 Na ( NH3 ) e ( NH3 )
④强氧化性：在碱性介质中是强氧化剂
3Na2O2+Cr2O3 = 2Na2CrO4 + Na2O Na2O2+MnO2 = Na2MnO4
三、超氧化物
[问题12]超氧化物与过氧化物的性质 超氧离子 O2-的分子轨道：
有哪些相似之处？ [KK（σ2s ）2（σ2s*）2（σ2p）2 4（π * ）2（π * ）1 （ π ） 2p +2H O 2 2p z ↑ 答：2KO = py H O +2KOH+O 4KO2+2CO2 = 2K2CO3 +3O2↑
2 2 2 2 2
]
碱金属和碱土金属氢氧化物的碱性 LiOH 中强 Be(OH)2 两性 NaOH KOH 强 强 Mg(OH)2 Ca(OH)2 中强 强 RbOH CsOH 强 强 Sr(OH)2 Ba(OH)2 强 强
3. 巴索洛规则：
当阴阳离子电荷绝对值相同, 阴阳离子 半径较为接近则难溶；否则，易溶。 LiF LiI BaSO4 BeSO4
Ι
M 2 O H 2O 2MOH （Li Cs剧烈程度） M II O H 2 O M(OH) 2
（BeO和MgO 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
碱金属含氧酸盐的热稳定性一般比碱土金属的热稳定性高
原因：正离子电荷越高，半径越小，其含氧酸盐不
稳定，分解温度越低 碳酸盐的受热分解产物为金属氧化物和二氧化碳
Li2CO3 Li2O CO2 MgCO3 MgO CO2
12—3—2 盐的结晶水合与复盐
正离子电荷越高，半径越小，形成结晶水合盐类 的倾向越大。 碱金属盐的结晶水
2Mg(NO3)2 == 2MgO + 4NO2 + O2
4LiNO3 == 2Li2O + 4NO2 + O2
LiCl· H2O == LiOH + HCl
MgCl2· 6H2O == Mg(OH)Cl + HCl + 5H2O MgO + HCl
镁与锂性质上的相似性表现在以下几点：
1.镁与锂在过量的氧气中燃烧，不形成过氧化物，只生成正常的氧化物。
其中锂和铍由于原子半径相当小，电 离能相对地高于其他同族元素，形成共价键 的倾向比较显著。
单质的物理性质 有金属光泽 密度小
硬度小
熔点低 导电、导热性好
碱金属单质的熔点变化
由于碱金属原子只有一个价电子且原子半径较大， 故金属键很弱，其熔、沸点都很低。 碱土金属不仅有两个价电子，而且比同周期碱金属 的原子半径小，因此所形成的金属键比碱金属强， 使得其熔点、沸点、密度和强度都高于碱金属。 碱金属和碱土金属单质都具有金属光泽，有良好的 导电性和延展性。除了铍和镁以外，其他金属都很 软，可用刀子切割。锂、钠和钾的密度很小，浮在 水面不下沉。 Li的密度是金属中最小的，比煤油 还小，故只能保存在石蜡中。
卤化物 一般不带结晶水
硝酸盐 硫酸盐 碳酸盐
LiNO3· H2O和LiNO3· 3H2O 仅Li2SO4· H2O和Na2SO4· 10H2O 除Li2CO3外其余都带结晶水
从阴离子角度看, 碱金属强酸盐水合能力小, 弱酸盐水合能力 较大.
性质
碱土金属的盐类
带结晶水的趋势 更大 吸潮性
常见水合盐：MgCl2· 6H2O、CaCl2· 6H2O 、MgSO4· 7H2O、CaSO4· 2H2O、 BaCl2· 2H2O 干燥剂
单质在空气中燃烧（含焰色反应） ，形成相应的 氧化物
如：
生成正常氧化物的有Li2O、MgO、CaO等；
生成过氧化物的有Na2O2、BaO2等；
生成超氧化物的有KO2、RbO2等；
稳定性:
O2- > O2- > O22-
Li2O BeO
Na2O2 MgO
KO2 CaO
RbO2 SrO
CsO2 Ba2O2
ⅠA ⅡA 金属活泼，可与氢形成离子性氢化物，有以下特点：
1. 均为白色晶体, 热稳定性差
LiH NaH KH RbH CsH NaC
2. 还原性强
( E (H 2 /H ) 2 . 23 V)
Θ
2LiH TiO 2 Ti 2LiOH 4NaH TiCl 4 Ti 4NaCl 2H 2
MgCl2▪6H2O
LiOH+HCl。
∆ Mg(OH)Cl+HCl + 5H2O
铍与铝性质上的相似性表现在以下几点：
1.标准电极电势相近：都是活泼金属。
2.都是亲氧元素，金属表面易形成氧化物保护膜，都能被浓HNO3钝化。 3.均为两性金属。氢氧化物也均呈两性。
7-3 单质的化学性质
活 Li Be 一、与水的反应 泼 Na Mg [问题性 6] 根据标准电极电势，锂与水的反应活 K Ca 泼性比铯还强，然而实际上锂还不如钠活泼。 增 Rb Sr 这是为什么？ 强 Cs Ba 答：①锂的熔点较高，反应放出的热量不足 金属活泼性增强 以使它熔化，钠在反应时则被熔化，因而固 体锂与水接触的表面积不如液体钠大； ②反应产物LiOH的溶解度小，它覆盖在锂 的表面，阻碍反应的进一步进行。