碱金属和碱土金属
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化学与生命科学学院
专业基础课
无 机 化 学
-----碱金属和碱土金属
碱金属和碱土金属的用途
1、金属锂 制造Al-Li合金, 质量轻且强度大, 用于空间飞行器 制造高功率长效电池用于手表, 计算机, 心脏起博 同位素63Li用中子轰击产生热核武器的原料“氚” 制造氢化锂等,用作催化剂 2、金属钠 多年来它的最大用途是由铅钠合金与烷基氯生 产汽油抗震剂，四乙基铅（现己被禁用） 4PbNa +4C2H5Cl =（C2H5）4Pb + Pb +4NaCl
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10] BeO与同族其它元素氧化物的不同 之处 是什么？ 答： BeO属ZnS型离子晶体（配位 数是4：4) 而其它碱土金属普 通氧化物是NaCl型 离子晶体。
二、制备 1、电解法
[ 思考] 钠的制取 电解 电解氯化钠水溶液的产物是什么？ 2NaCl （熔融） === 2Na + Cl2 氟是如何制取的？ 压实的无定形C作阳极，铜制电解槽为阴极，电解两份 HF与三份KHF2的熔融液制备F2 [问题3] KHF2的作用是什么？CaCl2的作用是什么？
答：①降低电解质的熔点，防止钠的挥发。NaCl的熔点 是1073K，Na的沸点是1156K，混合盐的熔点是873K
表１
碱金属的熔沸点（K） 锂 钠 钾 铷 铯 熔点 453 370 336 311 301 沸点 1615 1156 1032 959 942 表2 碱土金属的熔沸点(K) 铍 镁 钙 锶 钡 熔点 1551 921 1112 1042 998 沸点 3043 1363 1757 1657 1413
§17-3 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 Cs2O（橙黄）：与氧化钾类似
［问题２］锂表现出的性质与本族其它元素 相 比有很大的差异，其产生的原因是什么？
除硝酸锂外，大多数锂盐都难溶于水。 硝酸锂的分解产物是氧化锂、NO2和O2。 答：锂的原子半径和离子半径很小，其离子 的极化力是 碱金属中最强的，它的溶剂化作用 和形成共价键的趋势异常大，Ｌｉ＋离子外层电 子构型也不同与其它碱金属的８电子外壳。
钠的新用途正在被开发，钠的导电率超过铜和铝，现已 制成地下辅设的钠电缆，钠基电池像锂电池一样，是一 种高能电池，钠硫电池可在300度条件下工作。
3、铯 铯（铷钾）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（9192631770s-1）在长 时间内保持稳定，利用此特性制作的铯原子钟测 准至1X10-9s，300年内误差不超过1s。 4、铍 铍与镁和铝是所谓的轻金属。70~80%用于制合 金，因其弹性-质量比、拉伸应力和导热性高，用 于各种飞行器。目前发射到空间轨道上的飞行器 中镁比其他任何金属都要多。另，用氧化铍制特 种陶瓷。
②减小金属钠的分散性。 因为钠容易分散在熔融盐中，难于分离出来， 而钠 的密度比熔融混合物的密度小， 钠易浮在上面。
[问题4] 为什么不用电解法制钾？ 因为金属K熔于氯化钾而难以分离。 2、金属置换法 KCl + Na 高温低压 NaCl + K ↑ [问题5]上述反应与根据标准电极电势排列 的金属活动顺序是否矛盾，为什么？ 答：否。因为标准电极电势是金属在水溶 液中表现出的性质。而上述反应是在熔融 态下进行的。
二、与O2的反应
O2 + Li Na K,Rb,Cs
三、与氧化物的反应
Li2O (普通氧化物） Na2O2 （过氧化物） KO2 ，RbO2，CsO2 （超氧化物）
Mg +SiO2 →Si +MgO Mg +CO2 → ？ （MgO +C） Mg +H2O（g） → ？ （MgO + H2 ↑）
M（s）+（x+y）NH3 →M（NH3）+x + e（NH3）-y 钠溶于某些干燥的有机溶剂如醚也会产生溶剂 合电子的颜色。 [问题7]钠的这种性质有什么用途？ [问题8] 碱金属单质如何保存？
第十七章 碱金属和碱土金属
§17-1通性 ［问题１］碱金属元素有哪些基本共性？
答：①与同周期元素相比，碱金属元素的原子半径和离子 半径均最大，在同族中，半径随原子序数增大而增大； ②价电子层结构为ｎＳ１，第一电离能与电负性较小， 且随原子序数增大而减小； ③与同周期元素相比，碱金属元素具有较低的标准电 极电势。在同族中（除锂之外，最低），随原子序数增大 依次降低； ④低密度，低硬度，低熔沸点及高的化学活性。
由此可见，碱金属的熔沸点较低，而碱土金属的较高。 为什么？ 碱土金属有两个价电子用于形成金属键，半径也比碱金 属小。
锂辉石Li2O•Al2O3•4SiO2， § 17-2 碱金属和碱土金属的单质 钠长石Na[AlSi3O8]， 钾长石 K[AlSi O ] ， 3 8 2-1 存在和制备 绿柱石 3BeO•Al2O3•6SiO2 一、 存在 白云石CaCO3•MgCO3 菱美矿MgCO3 ห้องสมุดไป่ตู้卤石KCl•MgCl2•6H2O， 方解石CaCO3 石膏CaSO4•2H2O 明矾石K2SO4•Al2(SO4)3•24H2O， 天青石SrSO4 重晶石BaSO4
RbCl + Ca == Ca Cl2 + 2Rb ↑ 2CsAlO2 + Mg == MgAlO2 + 2Cs ↑
2-3 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。
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-----碱金属和碱土金属
碱金属和碱土金属的用途
1、金属锂 制造Al-Li合金, 质量轻且强度大, 用于空间飞行器 制造高功率长效电池用于手表, 计算机, 心脏起博 同位素63Li用中子轰击产生热核武器的原料“氚” 制造氢化锂等,用作催化剂 2、金属钠 多年来它的最大用途是由铅钠合金与烷基氯生 产汽油抗震剂，四乙基铅（现己被禁用） 4PbNa +4C2H5Cl =（C2H5）4Pb + Pb +4NaCl
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10] BeO与同族其它元素氧化物的不同 之处 是什么？ 答： BeO属ZnS型离子晶体（配位 数是4：4) 而其它碱土金属普 通氧化物是NaCl型 离子晶体。
二、制备 1、电解法
[ 思考] 钠的制取 电解 电解氯化钠水溶液的产物是什么？ 2NaCl （熔融） === 2Na + Cl2 氟是如何制取的？ 压实的无定形C作阳极，铜制电解槽为阴极，电解两份 HF与三份KHF2的熔融液制备F2 [问题3] KHF2的作用是什么？CaCl2的作用是什么？
答：①降低电解质的熔点，防止钠的挥发。NaCl的熔点 是1073K，Na的沸点是1156K，混合盐的熔点是873K
表１
碱金属的熔沸点（K） 锂 钠 钾 铷 铯 熔点 453 370 336 311 301 沸点 1615 1156 1032 959 942 表2 碱土金属的熔沸点(K) 铍 镁 钙 锶 钡 熔点 1551 921 1112 1042 998 沸点 3043 1363 1757 1657 1413
§17-3 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 Cs2O（橙黄）：与氧化钾类似
［问题２］锂表现出的性质与本族其它元素 相 比有很大的差异，其产生的原因是什么？
除硝酸锂外，大多数锂盐都难溶于水。 硝酸锂的分解产物是氧化锂、NO2和O2。 答：锂的原子半径和离子半径很小，其离子 的极化力是 碱金属中最强的，它的溶剂化作用 和形成共价键的趋势异常大，Ｌｉ＋离子外层电 子构型也不同与其它碱金属的８电子外壳。
钠的新用途正在被开发，钠的导电率超过铜和铝，现已 制成地下辅设的钠电缆，钠基电池像锂电池一样，是一 种高能电池，钠硫电池可在300度条件下工作。
3、铯 铯（铷钾）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（9192631770s-1）在长 时间内保持稳定，利用此特性制作的铯原子钟测 准至1X10-9s，300年内误差不超过1s。 4、铍 铍与镁和铝是所谓的轻金属。70~80%用于制合 金，因其弹性-质量比、拉伸应力和导热性高，用 于各种飞行器。目前发射到空间轨道上的飞行器 中镁比其他任何金属都要多。另，用氧化铍制特 种陶瓷。
②减小金属钠的分散性。 因为钠容易分散在熔融盐中，难于分离出来， 而钠 的密度比熔融混合物的密度小， 钠易浮在上面。
[问题4] 为什么不用电解法制钾？ 因为金属K熔于氯化钾而难以分离。 2、金属置换法 KCl + Na 高温低压 NaCl + K ↑ [问题5]上述反应与根据标准电极电势排列 的金属活动顺序是否矛盾，为什么？ 答：否。因为标准电极电势是金属在水溶 液中表现出的性质。而上述反应是在熔融 态下进行的。
二、与O2的反应
O2 + Li Na K,Rb,Cs
三、与氧化物的反应
Li2O (普通氧化物） Na2O2 （过氧化物） KO2 ，RbO2，CsO2 （超氧化物）
Mg +SiO2 →Si +MgO Mg +CO2 → ？ （MgO +C） Mg +H2O（g） → ？ （MgO + H2 ↑）
M（s）+（x+y）NH3 →M（NH3）+x + e（NH3）-y 钠溶于某些干燥的有机溶剂如醚也会产生溶剂 合电子的颜色。 [问题7]钠的这种性质有什么用途？ [问题8] 碱金属单质如何保存？
第十七章 碱金属和碱土金属
§17-1通性 ［问题１］碱金属元素有哪些基本共性？
答：①与同周期元素相比，碱金属元素的原子半径和离子 半径均最大，在同族中，半径随原子序数增大而增大； ②价电子层结构为ｎＳ１，第一电离能与电负性较小， 且随原子序数增大而减小； ③与同周期元素相比，碱金属元素具有较低的标准电 极电势。在同族中（除锂之外，最低），随原子序数增大 依次降低； ④低密度，低硬度，低熔沸点及高的化学活性。
由此可见，碱金属的熔沸点较低，而碱土金属的较高。 为什么？ 碱土金属有两个价电子用于形成金属键，半径也比碱金 属小。
锂辉石Li2O•Al2O3•4SiO2， § 17-2 碱金属和碱土金属的单质 钠长石Na[AlSi3O8]， 钾长石 K[AlSi O ] ， 3 8 2-1 存在和制备 绿柱石 3BeO•Al2O3•6SiO2 一、 存在 白云石CaCO3•MgCO3 菱美矿MgCO3 ห้องสมุดไป่ตู้卤石KCl•MgCl2•6H2O， 方解石CaCO3 石膏CaSO4•2H2O 明矾石K2SO4•Al2(SO4)3•24H2O， 天青石SrSO4 重晶石BaSO4
RbCl + Ca == Ca Cl2 + 2Rb ↑ 2CsAlO2 + Mg == MgAlO2 + 2Cs ↑
2-3 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。