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第十章：碱金属和碱土金属

第十章：碱金属和碱土金属. §10—1 碱金属和碱土金属的通性 §10—2 碱金属和碱土金属单质 §10—3 化合物 §10—4 离子晶体盐类的溶解性 自学. §10—1 碱金属和碱土金属的通性：. 碱金属( IA ): ns 1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr （氢氧化物强碱） 碱土金属( IIA ): ns 2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra

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第十章：碱金属和碱土金属

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  1. 第十章：碱金属和碱土金属 §10—1 碱金属和碱土金属的通性 §10—2 碱金属和碱土金属单质 §10—3 化合物 §10—4 离子晶体盐类的溶解性 自学

  2. §10—1碱金属和碱土金属的通性： 碱金属(IA ): ns1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr （氢氧化物强碱） 碱土金属(IIA ): ns2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Ca,Sr,Ba氧化物性质介于碱金属和“土性的”难溶氧化物Al2O3等之间，所以称为碱土金属 。 都是活泼金属

  3. IA IIA Li Be Na Mg K Ca Rb Sr Cs Ba 原子半径增大 金属性、还原性增强 电离能、电负性减小 原子半径减小 金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大

  4. （1）价层电子结构：IA：ns1；IIA：ns2 构成了s区元素 （2）都是活泼金属： IA元素它们均很容易失去1e→M+（M+具有8e稳定结构，所以不易再失去电子，这一点从I2很高也可以看出。） 金属活泼性从上到下增强（因为原子半径从上到下增大，电离能，电负性从上到下减小。） IIA族元素：比IA族元素多了一个电荷，所以核对外层2e吸引力增强，所以碱土金属半径小于碱金属，失电子能力小于IA族。 但它们仍是相当活泼的金属元素，仅次于IA，常失去2e→M2+,金属活泼性从上到下增强。原因同上。

  5. （3）成键特征： a、大多数情况下失去一个e或两个e→M+或M2+,形成稳定离子键. b、在某些特殊情况下，Li，Be,Mg,由于原子半径太小，电离能较高，所以形成共价键的倾向增大， Li，Be，Mg,常表现出与本族元素性质不同的地方。 （4）Li，Be,Mg,的特殊性：

  6. 对角线规则 a、周期表中的斜线关系： 内容 Li BeB C Na MgAl Si

  7. b. 锂与镁的相似性： ⑴ 单质与氧作用生成正常氧化物 ⑵ Li（OH），Mg（OH）2受热分解为Li2O， MgO，而其他IA族受热升华而不分解。氢氧化物 均为中强 碱，且水中溶解度不大。 ⑶ 氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶，因为晶格能 大。而NaF易溶。 ⑷ 氯化物均能溶于有机溶剂中 ⑸ 碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物 （6）Li3N，Mg3N2稳定，而Na3N不稳定，25℃分 解。

  8. C.Be-Al的相似性： 金属表面形成致密的氧化膜，阻止金属破酸侵蚀。 氧化物、氢氧化物两性， 氯化物为路易斯酸BeCl2： 低温（BeCl2）2存在； AlCl3：（AlCl3）2存在。 Cl Cl Cl Cl Al Al Be Be Cl Cl Cl Cl Cl Cl

  9. （5）其它与M+（IA）M2+（IIA）有相似性的离子：（5）其它与M+（IA）M2+（IIA）有相似性的离子： • NH4+ — K+相似：如溶解度与晶体结构相似。 (148pm 132pm) • Tl+—Rb+相似： 如：TlOH水溶液是强碱——— Tl2CO3 RbOH水溶液是强碱——— Rb2CO3 • Tl2SO4，Rb2SO4晶体类型相同 +CO2 +CO2

  10. 钠长石: 钾长石: 光卤石: 锂辉石: 绿柱石: 3BeO·Al2O3·6SiO2 （6）存在： 由于IA，IIA元素化学活泼性强，所以不能以 单质存在。均以矿物形式存在: 菱镁矿: 石 膏: 大理石: 萤 石 : 天青石: 重晶石: 碳酸锶矿：ＳｒＣＯ３

  11. C-208 Gc-717-18.23 TUPIAN 大理石: 绿柱石:

  12. §10—2 碱金属和碱土金属单质 1 . 单质的物理性质和化学性质 2. 单质的制备

  13. 单质的外观特征： Gc2-704-18.8 Na K Li Rb Cs 图片 Gc2-711-18.14 Be Mg Ca Sr Ba

  14. 1.单质的物理性质和化学性质: （1）物理性质 有金属光泽 密度小 硬度小： 熔点低 导电、导热性好 Gc2-705-18.9 图片 s区单质的熔点变化

  15. a.IA、IIA除Be、Mg外均较软，可用刀子切割。 b.Li、Na、K密度小于1，浮在水面上。（实验室Li保存在石蜡中，Na、K保存在煤油中） c.Cs具有光电效应，因为其表面电子活性极高，表面受光照，即可逸出。所以常被用来制造光电管的阴极。 d.IA金属能形成液态合金：例：Na-Hg齐合金：一种温和的还原剂；Na-K合金，比热高，被用于核反应堆的冷却剂。 e.IA，IIA金属均具有光泽，良好的导电性，导热性，延展性，且IIA族金属mp，bp，密度，硬度均高于IA。因为IIA中为2个价电子金属键强。

  16. （2）单质的化学性质 a.与氧、硫、氮、卤素等非金属反应， 形成相应的化合物 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物： Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2 BeO MgO CaO SrO Ba2O2 Na2O2 Li2O Gc2-706-18.12 KO2

  17. 镁带的燃烧 图C-551-(a)

  18. b. 与水作用 2M + 2H2O → 2MOH + H2（g）据烈反应 Ca Li K Na Ca+2H2O=Ca（OH）2+ H2（放热） Ca、Sr、Ba与水反应较慢，因为它们的氢氧化物溶解度较小，覆盖在表面，缓和了反应进度。 Be，Ｍｇ表面形成致密的保护膜 ,不于水反应。

  19. C.强还原性： TiCl4 + 4Na ==== Ti + 4NaCl 从氯化物中还原金属。 ZrO2 + Ca ==== Zr + 2CaO 从氧化物中还原金属。 d.焰色反应：Ca、Sr、Ba及IA族金属的挥发性化合物在高温火焰中电子易被激发，当电子从较高能级到较低能级时，便以光形式释放能量，使火焰具有特征颜色。 Li+红色 Ca2+橙红色 Na+黄色 Sr2+洋红色 K+,Rb+, Cs+紫色Ba2+绿色

  20. Li Na K 焰色反应 图 Cpp-262 Ca Sr Ba

  21. 与液氨的作用 蓝色溶液：氨合电子： Na →Na+ + e , e + yNH3→(NH3)y- ,蓝色

  22. 2 .制备简介： 因为具有强还原性：熔盐电解法；热还原法。 （1）熔盐电解法： 以氯化物（NaCl）为原料，加入助熔剂（CaCl2），使熔点降低。 电 解 石墨阳极（+）2Cl－=Cl2+2e 铁环阴极（－）2Na++2e=2Na 总反应：2 NaCl====2Na+ Cl2 （2）氧化镁的热还原： MgO（S）+C（S）=========CO（g）+Mg（g） Δ电弧炉 >2100K

  23. §10-3 化合物 1氧化物 2氢氧化物 3重要盐类及其性质 4.氢化物

  24. 1.氧化物 （1）形成四类氧化物 正常氧化物(O2-) 过氧化物(O22-) 超氧化物(O2-) 稳定性: O2- > O2- > O22- 臭氧化物(O3-)

  25. （2） 制备: 直接: 间接: 2M+ O2——2MO 正常氧化物 3KOH（S）+3 O3（g）——2KO3（S）+KOH·H2O（S）+1/2 O2 KO3 桔红色，不稳定易分解：KO2+O2

  26. （3）化学性质： 碱性，与水反应，与酸性氧化物反应 (1) 与H2O的作用: （Li  Cs剧烈程度） （BeO除外） 4 NaO3（S）+2H2O === 4NaOH + 5O2 CaO (SrO,BaO) + H2O=Ca（OH）2（S）; 煅烧过的BeO,MgO难溶于水，且熔点高，用于制作耐火材料。

  27. b.与CO2的作用： Na2O2（高空飞行和潜水供氧剂）

  28. 2.氢氧化物 (1)性质：a. 白色固体，易吸水溶解. b.Be（OH）2,Mg（OH）2难溶于水，其它在水中溶解度较大。尤其MOH易溶于水和醇中。 c.Be（OH）2两性，其余为强碱，中强碱 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强 强 强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性 中强 强 强 强 (箭头指向) 溶解度增大, 碱性增强

  29. 溶解度 MOH易溶于水，放热 碱土金属溶解度（20℃）

  30. (2).判断金属氢氧化物酸碱性的经验公式： 以ROH为代表，它有两种离解方式： R—O—H → R+ + OH-碱式电离 RO- + H+酸式电离 究竟以何种方式电离，或两者兼有：这与R的 电荷数Z（指离子的电荷数）与R的离子半径比值 有关： φ = z/r：离子势，显然φ越大，离子静电引 力越强，则R吸引氧原子上的电子云能力强： 结果 ：O—H键被削弱， 易断裂，以酸式电离为主

  31. 经验公式： 如果离子半径以r=1.0×10-10m为单位表示，则 相反，φ越小，则R—O键强度越弱，所以 以碱式电离为主： 碱性电离为主， 两性电离，氢氧化物两性 酸式电离，氢氧化物酸性 值越小，金属氢氧化物碱性越强。

  32. IA中，MOH碱性： 由NaOH到CsOH增强。因为z相同，r增大，所以 减小，所以碱性增强。 • 用以上公式判断ROH的碱性强弱，简明易行。但氢氧化物在水中的碱性除同R的电荷、半径有关，还与电子结构及其它一些因素有关，因此这只是一种粗略的经验方法。 两性。 IIA中，Be（OH）2：

  33. （3）有关的反应：以NaOH为代表。 i. 同两性金属反应：2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑ Zn+2NaOH+2H2O=Na2[Zn(OH)4]+H2↑ ii. 同非金属B、Si反应：2B+2NaOH+6H2O=2Na[B(OH)4]+3H2↑ Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ iii.同卤素反应，发生岐化反应：X2+2NaOH=NaX+NaXO+H2O

  34. iV.中和反应： 2NaOH+H2S=Na2S+2H2O 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 存放NaOH必须密封，以免吸收空气中的二氧化碳，使 其含有碳酸钠。制纯溶液时，可先配成浓NaOH，在这种溶 液中经放置，Na2CO3析出，上层清液即纯NaOH溶液。 V. 与SiO2缓慢反应： 2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O 所以盛放NaOH溶液的瓶子要用橡皮塞，而不用玻璃塞 子。 Vi.与盐反应：生成新的弱碱和盐： • NaOH+NH4Cl=NH3↑+H2O+NaCl 制氨气 • 6NaOH+Fe2（SO4）2=2Fe（OH）3↓+2Na2SO4 除去溶液中的杂质Fe3+

  35. （1）碱金属重要盐类： 3. 重要的盐类及其性质 a.晶体类型：绝大多数是离子晶体,只有Li+半径小， 其卤化物，具有一定程度的共价性 b.颜色：一般无色或白色。 c.溶解度：碱金属盐类一般易溶于水 少数难溶盐： Na[Sb(OH)6],NaZn(UO2)3(CH3COO-)9·6H2O 鉴定Na＋ (K,Rb,Cs)难溶盐：M3[Co(NO2)6] KClO4,K2PtCl6.

  36. d、熔融态行为： IA族盐:熔点高，熔化可导电，热稳定性高，只有 硝酸盐稍差：4LiNO3=======2Li2O+2N2O4+O2; 2NaNO3==========2NaNO2+O2; 2KNO3====2KNO2+O2 E、形成复盐的能力： IA族，硫酸盐和卤化物易形成复盐。 • 光卤石类：MCl·MgCl2·6H2O M=K+,Rb+,Cs+ • 矾类：M2SO4·MgSO4·6H2O M=K+,Rb+,Cs+ • MM（III）（SO4）2·12H2O M=K+,Rb+,Cs+ , • M（III）=Al3+,Cr3+,Fe3+

  37. （2）碱土金属盐类： a.晶型：多数为无色的离子晶体（除阴离子有色的 盐） b.溶解性：大多数盐难溶，这是区别与碱金属的性质 之一。 可溶的：NO3-,ClO3-,ClO4-,Ac-,卤化物（除氟化物） 难溶的：MCO3↓,M3(PO4)2↓,MC2O4↓,MF2↓, SO42-,CrO42-溶解度差别大： Be2+,Mg2+盐易溶; Ca2+,Sr2+,Ba2+难溶且依次减小。

  38. c.难溶盐多用于离子的鉴定： Ba2++SO42-=BaSO4↓白色沉淀 （用来定性鉴定Ba2+或SO42-离子） Ca2++C2O42-=CaC2O4↓ 白色沉淀（用来鉴定Ca2+） 2Ba2++Cr2O72-+H+=2BaCrO4↓+H2O 黄色沉淀（用来鉴定Ba2+）

  39. d.酸式盐溶解度大： • Ba,Sr,Ca的MSO4在浓硫酸中显著溶解：MSO4+H2SO4=M（HSO4）2可溶，所以浓硫酸中不能使其沉淀完全。 • CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2可溶 • 碳酸盐，草酸盐，铬酸盐，磷酸盐等均易溶于稀的强酸中：CaCO3+2H+=Ca2++CO2+H2O CaC2O4+2H+=Ca2++H2C2O4 2BaCrO4+2H+=2Ba2++Cr2O72-+H2O Ca3(PO4)2+4H+=3Ca2++2H2PO4—

  40. 2－ e.碳酸盐的热稳定性：除BeCO3外，受热易 分解。热稳定性由MgCO3到BaCO3递增，为 Mg2+到Ba2+离子半径增大，离子势减小，离 子反极化作用减小，所以热稳定性增强： BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 T分 /℃ ＜100 540 900 1290 1360 O 稳定性 M2CO3＞ MCO3 δ+ C δ- Mδ2+ O O ⑶ 稳定性 M2CO3＞ MCO3

  41. 为什么NaHCO3的稳定性<Na2CO3? Be2+极化力强,它的一些化合物具有较大的共价性. BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 熔点 / ℃ 405 714 782 876 962 离子性增强

  42. ∆ f. 水合BeCl2,MgCl2在加热条件下易水解： BeCl2.4H2O=====BeO+2HCl+3H2O MgCl2·6H2O=====Mg(OH)Cl+HCl+5H2O MgCl2·6H2O=====MgO+2HCl+5H2O 所以要制无水MgCl2，需在<773K下，HCl 气流中加热脱水。 (3) BaCl2的制备： 因为BaCl2是重要的可溶性钡盐，由它开始 可制备许多钡盐。可溶性钡盐有毒，0.8g致死。 773 K 800K

  43. 1173K-1473K • a、 由重晶石开始： • BaSO4+4C =========== BaS+4CO • BaSO4+4CO=======BaS+4CO2 水浸取： 2BaS+2 H2O==== Ba（HS）2+Ba（OH）2 通CO2酸化： Ba（HS）2+ CO2 + H2O= BaCO3+2H2S • 由BaCO3制钡盐： • BaCO3+2HCl= BaCl2+ CO2 + H2O

  44. 4. 氢化物 离子型氢化物（除Be、Mg） (1) 均为白色晶体, 热稳定性差 LiH NaH KH RbH CsH NaCl -90.4 -57.3 -57.7 -54.3 -49.3 -441 注

  45. (2 ) 还原性强 (1) 钛的冶炼: (2)剧烈水解:

  46. (3). 形成配位氢化物 铝氢化锂 受潮时强烈水解

  47. §10—4 离子晶体盐类的溶解性 自学 • 思考题：观察并分析下表数据，就离子晶体的半径与溶解度关系，你能得出哪些经验规律，推测下列各组盐的溶解度规律。表：碱金属氟化物，碘化物溶解度 mol/l • Li Na K Rb Cs • F- 0.1 1.1 15.9 12.5 24.2 • I- 12.2 11.8 8.6 7.2 2.8 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 CaF2 SrF2 BaF2 CaCrO4 SrCrO4 BaCrO4 小 CaSO4 SrSO4 BaSO4 小 小 小

  48. 答案：经验规律： • 1、阴离子半径小时，盐的溶解度随金属原子序数增大而增大。 • 2、阴离子半径大时，盐的溶解度随金属原子序数增大而减小。 即：盐中正负离子半径差较大时，其溶解度较大。盐中正负离子半径差较小时，其溶解度较小。

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