碱金属和碱土金属

第 20 章 s 区元素

[ 教学要求]

1、了解碱金属和碱土金属的通性。

2、掌握碱金属和碱土金属的氢化物及氧化物的性质和用途。

3、掌握碱金属和碱土金属的氢氧化物及其盐类的性质和用途。[ 教学重点]

碱金属和碱土金属的单质及其重要化合物的性质变化规律

[ 教学难点]

碱金属和碱土金属的单质及其重要化合物的性质变化规律

[ 教学时数]

4 学时

[ 教学内容]

20-1 碱金属和碱土金属的通性

20-2 碱金属和碱土金属的单质

20-3 碱金属和碱土金属的化合物

［教学方法与媒体］

讲解，ppt展示

20-1 碱金属和碱土金属的通性

1、碱金属和碱土金属的基本性质

碱金属元素的一些基本性质

1决定碱金属的主要氧化态：＋1

2溶剂化强度最大（水化能为519kJ·mol-1)。

碱土金属元素的一些基本性质

讨论：Li 的φθ值为什么最负？Be 的φθ值最小？

锂电对的数值乍看起来似乎反常，这个原子半径最小、电离能最高的元素倒成了最强的还原剂.显然与其溶剂化程度（水合分子数为25 . 3）和溶剂化强度（水合焓为-519 kJ ·mol -1 ）都是最大的有关。

φθ(Be 2+/Be) 明显低于同族其余电对，与其高电离能有关。无法被水合焓补偿： I 1 (Be) + I 2 (Be) = 2 656 kJ ·mol -1。

2、碱金属和碱土金属的存在

由于碱金属和碱土金属的化学活泼性很强，因此在自然界均以化合态形式存在。钠、钾在地壳中分布很广，其丰度均为 2.5% 。锂、铷、铯在自然界中的储量很小且分散，被列为稀有金属。碱土金属的重要矿物较多，铍为稀有金属。

3、用途

一些元素的某些重要用途分述如下：

3 决定碱金属的主要氧化态：＋3。 4

电离势很高，I1＋I2＝2567kJ·mol -1，无法补偿其水合焓。

Li +/Li Na +/Na K +/K Rb +/Rb Cs +/Cs -3.04 -2.71 -2.93 -2.92 -2.92 Be 2+/Be Mg 2+/Mg Ca 2+/Ca Sr 2+/Sr Ba 2+/Ba -1.97 -2.36 -2.84 -2.89 -2.92

S 区金属元素相关电对的标准电极电势φ (Ox/Red) (单位：V)

⑴金属锂

①制造氢化锂、氨化锂和合成有机锂化合物，后者用做有机化学中的还原剂和催化剂；

②制造合金Al-Li(含锂3 % ),因质量轻和强度大而用于空间飞行器；

③制造高功率长效电池（用于手表、计算机、心脏起搏器等）；

④同位素受中子轰击产生热核武器的主要原料氚。

⑵金属钠

①过去钠的年产量与含铅抗震剂的使用量有关；

②作为还原剂制造某些难熔的金属如铀、钍、锆等，特别是还原制

备钛：TiCl4 + 4 Na==Ti + 4 NaCl

③因具有高的导热性和低的中子吸收能力，被用做快速增殖反应堆的冷剂。

④最近被开发的新用途有制作钠电缆、钠基电池和钠硫电池等。

⑶金属钾

工业用途小，世界年产量只及钠的0.1% ！主要用于制造（生氧剂）和低熔点钠钾合金（用做干燥剂和还原剂），也用做核反应堆的冷却剂。

⑷金属铯和铷

消耗量极小，由于在光照下逸出电子，因而是制造光电池的良好材料. 133Cs 厘米波的振动频率(9192631770 s-1) 在长时间内保持稳定, 因而将振动这次所需要的时间规定为SI 制的时间单位s. 利用此特性制作的铯原子钟( 测准至 1.0 ×

10-9 s ) 在空间科学的研究中用于高精度计时。1999年花费65万美元,安放在美国国家标准和技术研究所的铯原子钟2000万年内误差不超过1 s，最近由中科院研制的铯原子钟, 200万年内误差不超过1 s。

⑸金属铍

属于“轻金属”，世界铍耗量的70 % ~80 % 用来制造铍铜合金. 金属铍和铍基合金的弹性-质量比、拉伸应力和导热性都较高，因而用于各种空间飞行器.另外还用于制造氧化物陶瓷、原子能反应堆中的中子减速剂。

⑹金属镁

最轻的一种结构金属，也是用途最大的碱土金属.世界镁耗量的70 % 用来制造合金. 广泛用于航空航天事业.也用于某些金属冶炼还原剂。

20-2 碱金属和碱土金属的单质

1、物理性质

碱金属和碱土金属单质除铍为钢灰色外，其它均为银白色光泽。碱金属具有密度小、硬度小、熔点低（原子体积大、一个成键电子金属键强度较小）的特点，是典型的轻、软金属。碱金属还具有良好的导电性。碱土金属的熔点、沸点比碱金属

高，硬度（原子体积较小、2个成键电子金属键强度较大）较大，导电性低于碱金属，规律性不及碱金属强。

2、化学性质

由于碱金属和碱土金属的核外电子数较少，原子半径较大，核对价电子的吸引力较小，因此碱金属和碱土金属的化学活泼性很活泼，表现在：

⑴易与水的反应，碱金属与水反应更剧烈，产生的氢气着火燃烧。

碱金属与水氧化的反应为:

2 M(s) + 2 H2O (l) == 2 M+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)

钠和钠下方的同族元素与水反应十分激烈，过程中生成的氢气能自燃。金属钠与水的反应在实验室用于干燥有机溶剂，但不能用于干燥醇！

碱土金属被水氧化的反应为：

M(s) + 2 H2O (l)==M2+(aq) + 2 OH-(aq) + H2(g)

钙、锶、钡与水的反应远不如相邻碱金属那样剧烈，镁和铍在水和空气中因生成致密的氧化物保护膜而显得十分稳定。

讨论：锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么Li 与水反应没有其它金属与水的反应激烈？

电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力学范畴，两者之间并无直接的联系。

Li与水反应没有其它碱金属与水反应激烈，主要原因有：(1）锂的熔点较高，与水反应产生的热量不足以使其熔化；(2)与水反应的产物溶解度较小，一旦生成，就覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。

⑵易氧化，生成氧化物、过氧化物、超氧化物等。

讨论1：这些氧化物的形式有什么不同？

Li2O Na2O2KO2RbO2CsO2KO3

BeO MgO CaO SrO Ba2O2

讨论2：为什么在空气中燃烧碱金属所得的产物不同？

燃烧产物可从燃烧反应的能量变化中推测。哪一个燃烧反应的∆G负值最大，产物就是哪一个。例如，Na 生成Na2O、Na2O2和NaO2的∆G分别是-376 kJ·mol-1, -430 kJ·mol-1和-389.2 kJ·mol-1, 因此燃烧产物就是Na2O2。

⑶与氢的反应