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第 20 章 碱金属 碱土金属

第 20 章 碱金属 碱土金属. 本章要求 掌握碱金属和碱土金属的性质与结构，性质与存在之间的关系，制备及用途。 掌握碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解和碱性以及盐类溶解度，热稳定性等性质的变化规律。 一般掌握锂、铍的特征、锂和镁的相似性。. 碱金属和碱土金属是周期表 IA 族和 IIA 族元素。 IA 族包括锂 (Lithium) 、钠 (Sodium) 、钾 (Postassium) 、铷 (Rubidium) 、铯 (Caesium) 、钫 (Francium) 六种金属元素，称为 碱金属 (Alkali Metals) 。

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第 20 章 碱金属 碱土金属

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  1. 第20章 碱金属 碱土金属 • 本章要求 • 掌握碱金属和碱土金属的性质与结构，性质与存在之间的关系，制备及用途。 • 掌握碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解和碱性以及盐类溶解度，热稳定性等性质的变化规律。 • 一般掌握锂、铍的特征、锂和镁的相似性。

  2. 碱金属和碱土金属是周期表IA族和IIA族元素。IA族包括锂(Lithium)、钠(Sodium)、钾(Postassium)、铷(Rubidium)、铯(Caesium)、钫(Francium)六种金属元素，称为碱金属(Alkali Metals)。 IIA族包括铍(Beryllium)、镁(Magnesium)、钙(Calcium)、锶(Strontium)、钡(Barium)、镭(Radium)六种金属元素，称为碱土金属（Alkaline earth metals）。

  3. 第一节 通性 碱金属的基本性质

  4. 碱土金属的基本性质

  5. 第二节 碱金属和碱土金属的单质一、存在 碱金属和碱土金属都以化合状态存在于自然界中。在碱金属中,钠和钾在地壳中分布很广,两者的丰度都为2.5%。 主要矿物有芒硝Na2SO4·10H2O、石盐KCl、钠长石(Na[AlSi3O8])、钾长石(K[AlSi3O8])、光卤石KCl·MgCl2·6H2O以及明矾石K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O等。海水和植物灰中也含有钾盐。锂的重要矿物为锂辉石Li2O·Al2O3·4SiO2，锂、铷和铯在自然界中储量较少且分散，被列为稀有金属。

  6. 　碱土金属除镭外在自然界中分布也很广泛，镁除光卤石外，还有白云石CaCO3·MgCO3和菱镁矿MgCO3等。　碱土金属除镭外在自然界中分布也很广泛，镁除光卤石外，还有白云石CaCO3·MgCO3和菱镁矿MgCO3等。 铍的最重要矿物是绿柱石3BeO·Al2O3·6SiO2。钙、锶、钡在自然界中存在的主要形式为难溶的碳酸盐和硫酸盐，如萤石CaF2、石灰石CaCO3、碳酸锶矿SrCO3、碳酸钡矿BaCO3、石膏CaSO4·2H2O、天青石SrSO4和重晶石BaSO4等。海水中含有大量镁的氯化物和硫酸盐，1971年世界镁产量有一半以上是以海水为原料生产的。

  7. 二、单质的制备 1.电解NaCl： 2NaCl(CaCl2)===2Na+Cl2 电解 2.热还原法 K2CO3+C=====2K+CO 2KF+CaC2=======CaF2+2K+2C 1473K 1273-1423K

  8. 3.金属置换法 KCl+Na===NaCl+K↑ 2RbCl+Ca===CaCl2+2Rb↑ 2CsAlO2+Mg===MgAl2O4+2Cs↑ 4、热分解法 KCN===4K+4C+N2 MN3===2M+3N2（M=Na,K,Rb,Cs）

  9. 三、单质的物理性质 　　碱金属密度小、硬度小、熔点低、导电性强，是典型的轻金属。 　　碱土金属的密度、熔点和沸点则较碱金属为高。 　　锂是固体单质中最轻的，它的密度约为水的一半。碱土金属的密度稍大些。

  10. 四、单质的化学性质 1、与水反应 　　锂在与水反应中不熔化，钠Na、钾K与水的反应剧烈，钾产生的氢气能燃烧，铷、铯与水剧烈反应并发生爆炸。 　　铍能与水蒸气反应，镁能将热水分解，而钙、锶、钡与冷水能比较剧烈地反应。

  11. 2、与非金属反应 　　　　钠、钾在空气中稍微加热就燃烧起来(钠生成Na2O2、钾生成KO2等)，铷和铯在室温下遇空气就立即燃烧生成更复杂的氧化物。 　　锂却燃烧生成Li2O。 　　它们的氧化物在空气中易吸收二氧化碳形成碳酸盐。(如Na2CO3)

  12. 　　碱土金属活泼性略差，室温下这些金属表面缓慢生成氧化膜。它们在空气中加热发生反应，生成氧化物和少量氮化物(如：Ca3N2、Mg3N2)。　　碱土金属活泼性略差，室温下这些金属表面缓慢生成氧化膜。它们在空气中加热发生反应，生成氧化物和少量氮化物(如：Ca3N2、Mg3N2)。

  13. 第三节 碱金属和碱土金属的化合物一、氧化物(自学) 　　自学要求： 1、用前面所学过的知识来理解过氧离子和超氧离子的结构。 2、解释氧化物颜色的变化。 3、了解过氧化物及超氧化物的性质。

  14. 二、氢氧化物 1、性质和用途 NaOH能溶解Al、Zn等两性金属及其氧化物，也能溶解许多非金属(Si、B等）及其氧化物。 2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑ Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O 熔融 Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑ SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O（能腐蚀玻璃） 　　熔融的氢氧化钠腐蚀性很强，工业上熔化氢氧化钠一般用铸铁容器，在实验室可用银或镍的器皿。

  15. 2、氢氧化钠的制备 　　工业上用电解食盐水的方法来制取NaOH。 　　少量氢氧化钠，也可用苛化法制备。Na2CO3+Ca(OH)2＝CaCO3↓+2NaOH 3、溶解度的变化 　　同族元素的氢氧化物从上到下溶解度逐渐增大的。 同一周期中氢氧化物的溶解度减小。

  16. 4、碱性的变化 　　当金属离子（R）的电子构型相同时，则1/2值愈小，金属氢氧化物的碱性愈强。

  17. 三、氢化物 　　碱金属和碱土金属中较活泼的Ca、Sr、Ba能与氢在高温下直接化合，形成离子晶体，故称为离子型氢化物，又称为盐型氢化物。 　　金属氢化物中的H-离子的半径介于F-离子和Cl-离子之间，所以具有卤化物的一些性质。 　　碱金属氢化物中以LiH最稳定，加热到(961K)也不分解。但其它氢化物不稳定，加热易分解成金属和氢。

  18. 所有碱金属氢化物都是强还原剂。 TiCl4+4NaH====Ti+4NaCl+2H2 LiH+H2O===LiOH+H2↑ CaH2+2H2O===Ca(OH)2+2H2↑

  19. 四、盐类 1、溶解性 　　碱金属盐类通常易溶于水(碳酸锂例外),且它们的离子都是无色的。只有少数碱金属盐是难溶的; 　　它们的难溶盐一般都是由大的阴离子组成，而且碱金属离子越大，难溶盐的数目也越多。

  20. 　　碱土金属盐类的重要特征是它们的微溶性。除氯化物、硝酸盐、硫酸镁、铬酸镁易溶于水外，其余的碳酸盐、硫酸盐、草酸盐、铬酸盐等皆难溶。　　碱土金属盐类的重要特征是它们的微溶性。除氯化物、硝酸盐、硫酸镁、铬酸镁易溶于水外，其余的碳酸盐、硫酸盐、草酸盐、铬酸盐等皆难溶。 硫酸盐和铬酸盐的溶解度依Ca、Sr、Ba的顺序降低。 草酸钙的溶解度是所有钙盐中最小的，因此，在重量分析中可用它来测定钙。 碱金属和碱土金属碳酸盐溶解度的差别也常用来分离Na+、K+和Ca2+、Ba2+。

  21. 2、钠盐和钾盐性质的差异 　　钠盐和钾盐性质很相似，但也有差别，重要的有三点： a、溶解度：钠、钾盐的溶解度都比较大，相对说来，钠盐更大些。但NaHCO3溶解度不大，NaCl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。 b、吸湿性：钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。

  22. c、结晶水：含结晶水的钠盐比钾盐多，如Na2SO4·10H2O、Na2HPO4·12H2O等。c、结晶水：含结晶水的钠盐比钾盐多，如Na2SO4·10H2O、Na2HPO4·12H2O等。 3、晶型 　　绝大多数碱金属和碱土金属的盐是离子型晶体，晶体大多属NaCl型，铯的卤化物是CsCl型结构。由于Li+、Be2+离子半径最小，极化作用较强，才使得它们的某些盐具有较明显的共价性。

  23. 4、形成结晶水合物的倾向 几乎所有的锂盐是水合的，钠盐约有75％是水合的，钾盐有25%是水合物，铷盐和铯盐仅有少数是水合盐。 　　碱金属卤化物大多数是无水的,硝酸盐中只有锂可形成水合物。如LiNO3·H2O和LiNO3·3H2O； 　　硫酸盐中只有Li2SO4·H2O和Na2SO4·10H2O； 　　碳酸盐中除Li2CO3无水合物外，其余皆有不同形式的水合物，其水分子数分别为： Na2CO3 K2CO3 Rb2CO3 Cs2CO3 1,7,10 1,5 1,5 3,5

  24. 5、形成复盐的能力 (1)光卤石类，通式为MICl·MgCl2·6H2O,其中MI=K+、Rb+、Cs+。如：光卤石KCl·MgCl2·6H2O； (2)通式为M2ISO4·MgSO4·6H2O的矾类,其中MI=K+、Rb+、Cs+,如：软钾镁矾K2SO4·MgSO4·6H2O； (3)通式为MIMIII(SO4)2·12H2O的矾类，其中MI＝Na+、K+、Rb+、Cs+，MIII＝Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+、Ga3+、V3+等离子。如：明矾KAl(SO4)2·12H2O。 　　复盐的溶解度一般比相应简单碱金属盐小得多。

  25. 6、热稳定性 　　卤化物在高温时挥发而难分解。 　　硫酸盐在高温下既难挥发，又难分解。 　　碳酸盐除Li2CO3在1543K以上分解为Li2O和CO2外，其余更难分解。 　　硝酸盐热稳定性较低，在一定温度可分解。 　　碱土金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐对热也较稳定。 　　碱土金属的碳酸盐热稳定性较碱金属碳酸盐要低，是由于它们电荷高，极化作用强。

  26. 　　作业 6、7、8、14、15、16、18、22、23、24、26

  27. 石盐 返回

  28. 天然芒硝

  29. 重晶石

  30. 方解石 石灰石

  31. 绿柱石

  32. 石膏

  33. 萤石

  34. 阴极 阳极

  35. 钾与水反应

  36. NaCl水溶液电解槽

  37. 当1/2>10时R(OH)n显酸性 当10>1/2>7时R(OH)n显两性 当1/2<7时R(OH)n显碱性

  38. 明矾 Alunite（KAl3(SO4)2(OH)6）

  39. 白云石 Dolomite（CaMg[CO3]2）

  40. 菱镁矿(粒状)  Magnesite（MgCO3）

  41. 碳酸锶矿 strontianite（SrCO3）

  42. 碳酸钡矿 Witherite（BaCO3）

  43. 天青石 Celestine（SrSO4）

  44. 钠长石 Albite（Na [AlSi3O8]）

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