s区金属(碱金属与碱土金属).docx

《s区金属(碱金属与碱土金属).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《s区金属(碱金属与碱土金属).docx（19页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第20章 s区金属碱金属与碱土金属教学要求1. 把握碱金属、碱土金属单质的性质，了解其构造、制备、存在及用途与性质的关系。2. 把握碱金属、碱土金属氧化物的类型及重要氧化物的性质及用途。3. 了解碱金属、碱土金属氢氧化物溶解性和碱性的变化规律。4. 把握碱金属、碱土金属重要盐类的性质及用途，了解盐类热稳定性、溶解性的变化规律。教学重点1. 碱金属、碱土金属的单质、氧化物、氢氧化物、重要盐类的性质。2. 碱金属、碱土金属性质递变的规律。教学难点碱金属、碱土金属的氢氧化物的性质。教学时数 4 学时主要内容1. 碱金属、碱土金属的通性。2. 碱金属、碱土金属单质的性质、制法及用途。3. 碱金属、碱土

2、金属的氧化物、氢氧化物、氢化物、盐类、协作物的性质。碱金属和碱土金属是周期表A 族和A 族元素。A 族包括锂、钠、钾、铷、铯、钫六种金属元素。它们的氧化物溶于水呈碱性，所以称为碱金属。 A 族包括铍、镁、钙、锶、钡、镭六种金属元素。由于钙、锶、钡的氧化物在性质 上介于“碱性的”和“土性的”以前把粘土的主要成分，既难溶于水又难熔融的 Al2O3 称为“土”之间。其中锂、铷、铯、铍是希有金属，钫和镭是放射性元素。钠、钾、镁、钙和钡在地壳内隐藏较丰富，它们的单质和化合物用途广泛，本章将重点介绍它们。36520-1 碱金属和碱土金属的通性表 201 和 202 列举了碱金属和碱土金属的一些重要性质。碱

3、金属元素原子的价电子层构造为 ns1。因此，碱金属元素只有+1 氧化态。碱金属原子最外层只有一个电子，次外层为 8 电子(Li 为 2 电子)，对核电荷的屏蔽效应较强，所以这一个价电子离核校远，特别简洁失去，因此，各周期元素的第一电离能以碱金属为最低。与同周期的元素比较，碱金属原子体积最大，只有一个成键电子，在固体中原子间的引力较小，所以它们的熔点、沸点、硬度、升华热都很低，并随着Li 一 NaK 一 Rb 一 Cs 的挨次而下降。随着原子量的增加(即原子半径增加)，电离能和电负性也依次降低。碱金属性质的变化一般很有规律，但由于锂原子最小，所以有些性质表现特别。事实上，除了它们的氧化态以外，锂

4、及其化合物的性质与本族其它碱金属差异较大，而与周期表中锂的右下角元素镁有很多相像之处。碱金属元素在化合时，多以形成离子键为特征，但在某些状况下也显共价性。气态双原子分子，如 Na2、Cs2 等就是以共价键结合的。碱金属元素形成化合物时， 锂的共价倾向最大，铯最小。与碱金属元素比较，碱土金属最外层有 2 个 s 电子。次外层电子数目和排列与相邻的碱金属元素是一样的。由于核电荷相应增加了一个单位，对电子的引力要强一些，所以碱土金属的原子半径比相邻的碱金属要小些，电离能要大些，较难失去第一个价电子。失去其次个价电子的电离能约为第一电离能的一倍。从外表上看碱土金属要失去两个电子而形成二价正离子似乎很困

5、难，实际上生成化合物时所释放的晶格能足以使它们失去其次个电子。它们的第三电离能约为其次电离能的 48 倍，要失去第三个电子很困难，因此，它们的主要氧化数是+2 而不是+1 和+3。由于上述缘由，所以碱土金属的金属活泼性不如碱金属。比较它们的标准电极电势数值，也可以得到同样的结论。在这两族元素中，它们的原了半径和核电荷都由上而下渐渐增大，在这里，原子半径的影响是主要的，核对外层电子的引力渐渐减弱，失去电子的倾向渐渐增大，所以它们的金属活泼性由上而下渐渐增加。碱金属和碱土金属晶体均为金属晶格，碱土金属由于核外有 2 个有效成键电子，原于间距离较小，金属键强度较大，因此，它们的熔点、沸点和硬度均较碱

6、金属高，导电性却低于碱金属。碱土金属的物理性质变化不如碱金属那么有规律， 这是由于碱土金属晶格类型不是完全一样的原因。碱金属皆为体心立方晶格，碱土金属中，Be、Mg 为六方晶格，Ca、Sr 为面心立方晶格，Ba 为体心立方晶格。这两族元素的离子各有不同的味道特征，如 Li+离子味甜；K+、Na+离子味咸； Ba+离子味苦。Li+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的趋势特别的大，有人提出有“锂键”的存在，类似于氢键，如 HFLiF 和(LiF2)2。20-2碱金属和碱土金属的单质2-1 存在和制备一、存在由于碱金属和碱土金属的化学性质很活泼，所以它们只能以化合状态存在于自然界

7、中。在碱金属中，钠和锂在地壳中分布很广，两者的丰度都为2.5%。主要矿物有钠长石 NaAlSi3O8、钾长石KA1Si3O8、光卤石KClMgCl 6H 20 及明242432矾石 K2SO A1 (SO ) 24H O 等。海水中氯化钠的含量为2.7，植物灰中也含有钾盐。锂的重要矿物为锂辉石Li2OA12O3 4SiO2，锂、铷和铯在自然界中储量较少且分散，被列为希有金属。碱土金属除镭外在自然界的分布也很广泛，镁除光卤石外，还有白云石CaCO3MgCO3 和菱镁矿MgCO3 等。铍的最重要矿物是绿柱石3BeOAl2O36SiO3。钙、锶、钡在自然界中存在的主要形式犯难溶的碳酸盐和硫酸盐，如方

8、解石 CaCO3、碳酸锶矿 SrCO3、碳酸钡矿、石膏 CaSO42H2O、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。二、制备由于碱金属和碱土金属的性质很活泼，所以一般都用电解它们的熔溶化合物的方法制取。钠和锂主要用电解熔融的氯化物制取。1. 电解熔融氯化钠制金属钠P653 图 201 为制取金属钠电解槽示意图。电解槽外有钢壳，内衬耐火材料。两极用隔墙分开。氯气从阳极区上部管道排出，钠从阴极区出口流出。电解用的原料是氯化钠和氯化钙的混合盐。假设只用氯化钠进展电解，不仅需要高温，而且电解析出的金属钠易挥发

9、 (氯化钠的熔点为 1073K，钠的沸点为1156K)，还简洁分散在熔融盐中，难于分别出来。参加氯化钙后，一则可降低电解质的熔点(混合盐的熔点约 873K)，防止钠的挥发，再则可减小金属钠的分散性， 因熔融混合物的密度比金属钠大，钠易浮在面上。电解熔融盐时的电极反响如下： 阳极：2C1= Cl2+2e阴极：2Na+2e= 2Na总反响：2NaCl电解 2Na+C12电解得到的钠约含有 1%的钙。制取碱金属的方法还有热复原法、金属臵换法和热分解法。2. 热复原法热复原法一般承受焦炭或碳化物为复原剂，例如：K2CO3+2C1473K、真空 2K+3CO 2KF+CaC212731423K CaF2

10、+2K+2C3. 金属臵换法钾、铷和钠虽然也可以用电解法制取，但常用强复原性的金属如 Na、Ca、Mg、Ba 等在高温顺低压下复原它们氯化物的方法制取，例如：KCl+Na= NaCl+K 2RbCl+Ca= CaCl2+2Rb铯可以用镁复原 CsAlO2 制得：2CsAlO2+Mg = MgAl2O4+2Cs上面几个反响看起来都是较不活泼的金属把活泼金属从其盐类中臵换出来， 这似乎与金属的标准电极电势排列的金属活动挨次相冲突，我们已经知道用标准电极电势作反响方向的推断标准，只能在水溶液的状况下应用，而上述反响都是在高温下进展的，所以不能应用。将钠蒸气通入熔融的 KCl 中，可以得到一种钠钾合金

11、。从 P649 表 203 可知：钠的沸点为 1155.9K，钾为 1047.9K，钾在高温更易挥发。在一个分馏塔中加热。利用钾在高温时挥发度大而从合金中分别出来。另外钠和钾的同类型化合物的晶格能相比，钠比钾高，因而钠的化合物更稳定。钾沸点低易挥发，钾易熔于熔融KCl 中难分别，在电解过程中产生的KO2 与K 会发生爆炸，所以一般不用熔融盐电解法制取钾，主要用金属臵换法等制取。4. 热分解法碱金属的化合物，如亚铁氰化物，氰化物和叠氮化物，加热能被分解成碱金属。4KCN 加热 4K+4C+2N22MN3 加热 2M+3N2M=Na、K、Rb、Cs铷、铯常用这种方法制备：2RbN3 668K，高真

12、空 2Rb+3N22CsN3 663K 2Cs+3N2碱金属的叠氮化物较易纯化，而且不易发生爆炸。这种方法是准确定量制备碱金属的抱负方法。锂因形成很稳定的 Li3N，故不能用这种方法制备。2-2 单质的物理性质碱金属和碱土金属的重要物理性质列于表 203 中：碱金属和碱土金属单质除铍呈钢灰色外，其它都具有银白色光泽。碱金属具有密度小、硬度小，熔点低、导电性强的特点，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。Li、Na、K 都比水轻，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，但钡的密度比常见金属如 Cu、Zn、Fe 还小很多。IA、IIA 族金属单质之所以

13、比较轻，是由于它们在同一周期里比相应的其它元素原子量较小，而原子半径较大的原因。由于碱金属的硬度小，所以钠、钾都可以用刀切割。切割后的颖外表可以看到银白色的金属光泽，接触空气以后，由于生成氧化物、氮化物和碳酸盐的外壳，颜色变暗。碱金属具有良好的导电性。碱金属(特别是钾、铷、铯)在光照之下，能够放出电子，对光特别灵敏的是铯，是光电池的良好材料。铷、铯可用于制造最准确的计时器铷、铯原子钟。1967 年正式规定用铯原子钟所定的秒为的国际时间单位。碱金属在常温下能形成液态合金(77.2%K 和 22.8%Na，熔点 260.7K)和钠汞齐(熔点 236.2K)，前者由于具有较高的比热和较宽的液化范围而

14、被用作核反响堆的冷却剂，后者由于具有缓和的复原性而常在有机合成中用作复原剂。钠在试验室中常用来除去残留在各种有机溶剂中的微量水分。锂的用途愈来愈广泛，如锂和锂合金是一种抱负的高能燃料。锂电池是一种高能电池。碱土金属中实际用途较大的是镁。主要用来制造合金。铍作为兴材料日益被重视。这两族元素中有几种元素在生物界有重要作用。钠和钾是生物必需的重要元素。镁对于全部有机界都是必需的。2-3 单质的化学性质碱金属钠、钾、钙、镁分别与水反响。金属钠与水反响猛烈，并放出H2。反应放出的热使钠熔化成小球。钾与水的反响更剧烈，并发生燃烧，铷、铯与水猛烈反响并发生爆炸。碱土金属也可以与水反响。铍能与水蒸气反响，镁能

15、将热水分解，而钙、锶、钡与冷水就能比较猛烈地进展反响。由此可知碱金属和碱土金属均为活泼金属，都是强复原剂；在同一族中，金属的活泼性由上而下渐渐增加，在同一周期中从左到右金属活泼性渐渐减弱。依据标准电极电势，锂的活泼性应比铯更大，但实际上与水反响还不如钠猛烈。这是由于(1)锂的熔点较高，反响时产生的热量缺乏以使它熔化，而钠与水反响时放出的热可以使钠熔化，因而固体锂与水接触的时机不如液态钠；(2)反响产物 LiOH 的溶解度较小，它掩盖在锂的外表，阻碍反响的进展。上述碱金属和碱土金属的活泼性及其变化规律，还表现在它们在空气中都简洁和氧化合。碱金属在室温下能快速地与空气中的氧反响，所以碱金属在空气中

16、放臵一段时间后，金属外表就生成一层氧化物，在锂的外表上除生成氧化物外还有氮化物。钠、钾在空气中略微加热就燃烧起来，而铷和铯在室温下遇空气就马上燃烧。4Li+O2 = 2Li2O6Li+N2 = 2Li3N4Na+O2 = 2Na2O它们的氧化物在空气中易吸取二氧化碳形成碳酸盐：Na2O+CO2= Na2CO3因此碱金属应存放在煤油中，因锂的密度最小，可以浮在煤油上，所以将其浸在液体石蜡或封存在固体石腊中。碱土金属活泼性略差，室温下这些金属外表缓慢生成氧化膜。它们在空气中加热才显著发生反响，除生成氧化物外，还有氮化物生成。3Ca + N2 =Ca3N2因此在金属熔炼中常用 Li、Ca 等作为除气

17、剂，除去溶解在熔融金属中的氮气和氧气。在高温时碱金属和碱土金属还能夺取某些氧化物中的氧，如镁可使 SiO2 的硅复原成单质 Si，或夺取氯化物中的氯，如金属钠可以从T1Cl4 中臵换出金属钛。SiO2+2Mg = Si+2MgO T1C14+4Na = Ti+4NaCl碱金属最有兴趣的性质之一是能溶在液氨中。碱金属的液氨稀溶液呈蓝色，随着碱金属溶解量的增加，溶液的颜色变深。当此溶液中钠的浓度超过 1mol/L 以后，就在原来深蓝色溶液之上消灭一个青铜色的相。再添加碱金属，溶液就由蓝色变为青铜色。如将溶液蒸发，又可以重得碱金属。)依据争论认为：在碱金属的稀氨溶液中碱金属离解生成碱金属正离子和溶剂

18、合电子：M(s) + (x+y)NH3(l) = M(NH3)+x+ e(NH3 y由于离解生成氨合阳离子和氨合电子，所以溶液有导电性。此溶液具有高导电性主要是由于有溶剂合电子存在。溶液中因含有大量溶剂合电子，因此是顺磁性的。痕量杂质如过渡金属的盐类、氧化物和氢氧化物的存在，以及光合作用都能促进溶液中的碱金属和液氨之间发生反响而生成氨基化物：Na +NH3(l) = NaNH2+1/2H2钙、锶、钡也能溶于液氨生成和碱金属液氨溶液相像的蓝色溶液，与钠相比， 它们溶得要慢些，量也少些。碱金属液氨溶液中的溶剂合电子是一种很强的复原剂。它们广泛应用在无机和有机制备中。2-4 碱金属负离子M + Cr

19、yp + NH3(l) = M(Cryp)+M(NH3)x-(s)20-3碱金属和碱土金属的化合物碱金属与氧化合可以形成多种氧化物，一般氧化物 M2O，过氧化物 M2O2， 超氧化物 MO2 和臭氧化物MO3。碱金属在过量的空气中燃烧时，生成不同类型的氧化物：如锂生成氧化锂Li2O，钠生成过氧化钠，而钾、铷、铯则生成超氧化物。碱土金属一般生成一般氧化物 MO，钙、锶、钡还可以形成过氧化物和超氧化物。3-1氧化物一、一般氧化物在空气中燃烧时，只有锂生成氧化锂(白色固体)。尽管在缺氧的空气中可以制得除锂以外的其它碱金属一般氧化物，但这种条件不易掌握，所以其它碱金属的氧化物 M2O 必需承受间接方法

20、来制备。例如用金属钠复原过氧化钠，用金属钾复原硝酸钾，分别可以制得氧化钠(白色团体)和氧化钾(淡黄色固体)：Na2O2+2Na= 2Na2O 2KN03+10K= 6K2O+N2Rb2O 为亮黄色，Cs2O 为橙红色，氧化物的颜色依次加深。碱金属氧化物 M2O 与水化合而生成氢氧化物 MOH： M2O+H2O= 2MOH碱金属氧化物与水反响的程度，从Li2O 到 Cs2O 依次加强。Li2O 与水反响很慢，但 Rb2O 和 Cs2O 与水反响时会发生燃烧甚至爆炸。碱土金属在室温或加热下，能和氧气直接化合而生成氧化物 MO，也可以从它们的碳酸盐或硝酸盐加热分解制得 MO，例如：CaCO3= Ca

21、O+CO2 2Sr(NO3)2= 2SrO+4NO2+O2氧化钙与水反响而生成熟石灰并放出大量的热，熟石灰广泛应用在建筑工业上。CaO+H2O= Ca(OH)2碱土金属氧化物的水合热从 Be 到 Ba 依次增加。氧化钙的这种水合力量，常被用来吸取酒精中的水分。在高温下氧化钙能同酸性氧化物 SiO2 作用：CaO+ SiO2 = CaSiO3CaO 与 P2O5 也有类似反响，这可用在炼钢中除去杂质磷。碱土金属氧化物都是白色团体。除 BeO 外，都是氯化钠晶格的离子型化合物。由于正、负离子都是带有两个电荷，而MO 的距离又较小，所以MO 具有较大的晶格能，因此它们的熔点和硬度都相当高。依据这种特

22、性，BeO 和 MgO 常用来制造耐火材料和金属陶瓷。密度为 2.94gcm-3 的 MgO 为白色细末，称轻质氧化镁。密度为 3.58gcm-3 的 MgO 称重质氧化镁。他们均难溶于水，易溶于酸和氨盐溶液。氧化镁浸于水中渐渐转变为氢氧化镁。二、过氧化物过氧化物 M2O2 中含有过氧化离子O22-或OO2-。其分子轨道式如下： KK(2S)2(*2S)2(2P)2(2P)4(*2P)4成键和反键轨道大致抵消，由填充2Px 轨道的电子形成一个键，键级为 1。碱金属最常见的过氧化物是过氧化钠，实际用途也较大。将钠加热至熔化，通入肯定量的除去CO2 的枯燥空气，维持温度在453-473K 之间，钠

23、即被氧化为Na2O； 进而增加空气流量并快速提高温度至 573-673K，即可制得 Na2O2 (淡黄色粉末)：4Na+O2453473K2Na2O2Na2O + O2573673K2Na2O2Na2O2 与水或稀酸反响而产生H 2O2，H 2O2 马上分解放出氧气：Na2O2+2H2O= H 2O2+2NaOH Na2O2+H2SO4= H2O2+Na2SO4 2 H2O2 = 2H 2O+O2所以 Na2O2 可用作氧化剂、漂白剂和氧气发生剂。Na2O2 与 CO2 反响，也能放出氧气：2 Na2O2+2CO2= 2Na2CO3+O2利用这一性质，Na2O2 在防毒面具、高空飞行和潜艇中用

24、作 CO2 的吸取剂和供氧剂。过氧化钠在碱性介质中是一种强氧化剂，例如在碱性溶液中，它可以把 As(III) 氧化成 As(V)的化合物，把 Cr(III)氧化成 Cr(IV)的化合物等。在分析化学中，常用它来氧化分解(碱熔)某些矿物。例如，它能将矿石中硫、锰、铬、钒、锡等成分氧化成可溶的含氧酸盐，而自试样中分别出来，因此常用作分解矿石的熔剂。例如Cr2O3+3 Na2O2 = 2Na2CrO4+Na2O MnO2+ Na2O2 = Na2MnO4由于 Na2O2 有强碱性，熔融时不能承受瓷制器皿或石英器皿，宜用铁、镍器皿。由于它们强氧化性，熔融时遇到棉花、炭粉或铝粉会发生爆炸，使用时应格外留

25、神。碱土金属的过氧化物以 BaO2 较为重要。在 773793K 时，将氧气通过氧化钡即可制得：2BaO+O2773793K 2BaO2BaO2 与稀酸反响生成 H2O2，这是 H2O2 的试验室制法：BaO2+H2SO4= BaSO4+ H2O2过氧化钡还可作供氧剂、引火剂等三、超氧化物钾、铷、铯在过量的氧气中燃烧可得超氧化物 MO2。KO2 是橙黄色固体，RbO2是深棕色固体，CsO2 是深黄色固体。超氧化物中含有超氧离子 O2,其构造为： OO其分子轨道式为：O2-KK(2S)2(*2S)2(2P)2(2P)4(*2P)3在 O2中，有 13 个价电子，其中成键和反键轨道大致抵消，成键的

26、( )2 构2P2P成一个键，成键的(2P)2 和反键的(*)1 构成一个三电子键键级为：2+21/2=1.5因超氧离子 O2有一个末成对的电子，故它具有顺磁性，并呈现出颜色。由于 O2的键级比 O2 小，所以稳定性比 O2 差。实际上超氧化物是强氧化剂，与水猛烈地反响：2MO2+2H 2O = O2+H2O2+2MOH也能和 CO2 反响放出氧气：4MO2+2CO2= 2M2CO3+3O2故它们也能除去 CO2 和再生O2，也可用于急救器中和潜水、登山等方面。此外臭氧和 K、Rb、Cs 的氢氧化物作用，可以制得臭氧化物，例如：3KOH(s)+2O3(g)= 2KO3(s)+KOH1H2O(s

27、)+ 2 O2(g)将 KO3 用液氨重结品，可得到桔红色的 KO3 晶体，它缓慢地分解成 KO2 和 O2。3-2 氢氧化物碱金属的氢氧化物对纤维和皮肤有猛烈的腐蚀作用，所以称它们为苛性碱。氢氧化钠和氢氧化钾通常分别称为苛性钠(又名烧碱)和苛性钾。它们都是白色晶状固体，具有较低的熔点。除氢氧化锂外，其余碱金属的氢氧化物都易溶于水，并放出大量的热。在空气中简洁吸湿潮解，所以固体 NaOH 是常用的枯燥剂。它们还简洁与空气中的 CO2 反响而生成碳酸盐，所以要密封保存。但在NaOH 外表总难免要接触空气而带有一些 Na2CO3，假设在化学分析工作中需要不含 Na2CO3 的NaOH 溶液，可先配

28、制 NaOH 的饱和溶液，Na2CO3 因不溶于饱和的 NaOH 溶液而沉淀析出，静臵取上层清液，用煮沸后冷却的颖水稀释到所需的浓度即可。碱金属氢氧化物的突出化学性质是强碱性。它们的水溶液和熔融物，既能溶解某些金属及其氧化物，也能溶解某些非金属及其氧化物。2A1+2NaOH+6H2O = 2NaAl(OH)4+3H2 A12O3+2NaOH 熔融 2NaAlO3+H2OSi+2NaOH+H2O= Na2SiO3+2H2SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O由于氢氧化钠、氢氧化钾易于熔化，又具有溶解某些金属氧化物、非金属氧化物的力量，因此工业生产和分析工作中常用于分解矿石。溶融的氢氧化

29、钠腐蚀性更强，工业上熔化氢氧化钠一般用铸铁容器，在试验室可用银或镍的器皿。氢氧化钠能腐蚀玻璃，试验室盛氢氧化钠溶液的，应用橡皮塞，而不能用玻璃塞，否则存放时间较长，NaOH 就和瓶口玻璃中的主要成分 SiO2 反响而生成粘性的 Na2SiO3 而把玻璃塞和瓶口粘结在一起。氢氧化钠是一种重要的化工根本原料，在工业和科学争论上有很多重要用途， 它在工业上是用电解食盐水溶液的方法制备的。如需用少量的氢氧化钠、也可用苛化法制备。即用消石灰或石灰乳与碳酸钠的浓溶液反响：Na2CO3+Ca(OH)2= CaCO3+2NaOH下面着重争论一下碱金属和碱土金属氢氧化物溶解性和碱性的变化规律： 一、溶解度的变化

30、碱金属氢氧化物在水中的溶解度很大(LiOH 例外)，并全部电离。碱土金属氢氧化物的溶解度比碱金属氢氧化物的溶解度小得多。从表 205 可以看出，同族元素的氢氧化物的溶解度从上到下是渐渐增大的。由于大多数状况下，离子化合物的溶解度与离子势Z/r成反比。碱金属氢氧化物从 LiOH 到 CsOH 随着阳离子半径的增大，阳离子和阴离子之间的吸引力渐渐减小，ROH 晶格愈来愈简洁被水分子把它们拆开。同周期中，碱土金属离子比碱金属离子小，而且带两个正电荷，因此水分子就不简洁将它们拆开，溶解度就小得多。二、碱性的变化碱金属和碱土金属氢氧化物碱性呈现有规律性的变化。一般氢氧化物和含氧f酸的酸碱性强弱可用值的大

31、小来推断。当金属离子(R)的电子构型一样时，则f值愈小，碱性愈强；从表 205 可知，Be(OH)2 是两性氢氧化物，其余碱土金属氢氧化物均为碱性氢氧化物，而且碱性依 Be 到 Ba 的挨次而增加。由表 205 可知，同族元素的氢氧化物。由于 R 的电子层构型和电荷数均一样，其碱性强弱的变化，主要取决于离子半径的大小。所以碱金属、碱土金属氢氧化物的碱性，均随 R 离子半径的增大而增加，假设把这两族同周期的相邻两个元素的氢氧化物加以比较，碱性的变化规律可以概括如下：从上到下碱性增加；从左到右碱性减弱。由上述可知：这两族元素氢氧化物碱性强弱的变化规律和在水中溶解度的变化规律是全都的。为什么碱金属氢

32、氧化物的碱性特别强？这一方面由于它们在水溶液中有较大的溶解度，可以得到浓度较大的溶液；另一方面，它们在水溶液中几乎全部电离，因此可以得到高浓度的 OH-离子，OH-离子浓度愈大，碱性就愈强。因此碱金属的氢氧化物是最强的碱。碱土金属的氢氧化物溶解度比碱金属小得多， 碱式电离程度比较差，所以其碱性比碱金属氢氧化物来说要弱一些。3-3 氢化物化学活性很高的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，生成离子型氢化物：2M+H2= 2M+H-(M碱全属)M + H2= M2+H2-(M=Ca、Sr、Ba)氢化锂约在 998K 时形成，氢化钠和氢化钾在 573673K 时生成，

33、其余氢化物在 723K 时生成，但在常压下反响进展缓慢。这些氢化物均为白色晶体，但常因混有痕量金属而发灰。由于碱金属和Ca、Sr、Ba 与氢的电负性相差较大，氢从金属原子的外层电子中夺得 1 个电子形成阴离子 H，这些氢化物都是离子晶体， 故称为离子型氢化物，又称为盐型氢化物。电解熔融的盐型氢化物，在阳极上放出氢气，证明在这类氢化物中的氢是带负电的组分。碱金属氢化物个的 H离子的半径介于碱金属氟比物中的 F离子和氯化物中的 C1离子之间，因此，碱金属氢化物的某些性质类似于相应的碱金属卤化物。碱金属氢化物中以 LiH 最稳定。加热到熔点(961K)也不分解。其它碱金属氢化物稳定性较差，加热还不到

34、熔点，就分解成金属和氢。全部碱金属氢化物都是强复原剂。固态 NaH 在 673K 时能将 TiCl4 复原为金属钛：TiCl4+4NaH = Ti+4NaCl+2H2LiH 和 CaH2 等在有机合成中常作为复原剂。在水溶液 H2H-电对的 =2.25V，可见 H是最强的复原剂之一，它们遇到含有 H+的物质，如水，就快速反响而放出氢：LiH+H2O = LiOH + H2CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2由氢化钙与水反响而能放出大量的氢气，所以常用它作为野外发生氢气的材料。3-4 盐类碱金属和碱土金属的常见盐类有卤化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐和硫化物等，下面争论它们的共性和

35、一些特性，并简洁介绍几种重要的盐。一、碱金属和碱土金属盐类溶解性的特点碱金属盐类的最大特征是易溶于水，并且在水中完全电离，全部碱金属离子都是无色的。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。难溶钠盐有白色粒状的六羟基锑酸钠 NaSb(OH)6，醋酸双氧铀酰锌钠NaAcZn(Ac)23UO2(Ac)2，9H2O 为黄绿色结晶。难溶的钾盐稍多，有：高氯酸钾 KClO4(白色)四苯硼酸钾 KB(C6H5)4(白色) 洒石酸氢钾 KHC4H4O6(白色) 六氯铂酸钾 K2PtCl4(淡黄色)钴亚硝酸钠钾 K2NaCo(NO2)6(亮黄色)钠

36、、钾的一些难溶盐常用在鉴定钠、钾离子。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 Ca、Sr、Ba 的挨次降低。革酸钙的溶解度是全部钙盐中最小的， 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异也常用来分别 Na+、K+和 Ca2+、Ba2+。二、钠盐和钾盐性质的差异钠盐和钾盐性质很相像，但也有差异，重要的有三点：1. 溶解度 钠、钾盐的溶解度都比较大，相对说来，钠盐更大些。仅 NaHCO3的溶解度不大，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别

37、的。2、吸湿性 钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此，化学分析工作中常用的标准试剂很多是钾盐，如用邻苯二甲酸氢钾标定碱液的浓度，用重铬酸钾标定复原剂溶液的浓度。在配制炸药时用 KNO3 或 KClO3，而不用相应的钠盐。3 结晶水含结晶水的钠盐比钾盐多。如Na2SO4 10H2O、K2SO4 、Na2HPO410H2O 等。三、焰色反响碱金属和钙、锶、钡的挥发性盐在无色火焰中灼烧时，能使火焰呈现出肯定颜色。这叫“焰色反响”。碱金属和钙、锶、钡的盐，在灼烧时为什么能产生不同的颜色呢？由于当金属或其盐在火焰上灼烧时，原子被激发，电子承受了能量从较低的能级跳到较高能级，但处在较高能级的电子是很不稳定，很

38、快跳回到低能级，这时就将多余的能量以光的形式放出。原子的构造不同，就发出不同波长的光，所以光的颜色也不同。碱金属和碱土金属等能产生可见光谱，而且每一种金属原子的光谱线比较简洁，所以简洁观看识别。利用焰色反响，可以依据火焰的颜色定性的鉴别这些元素的存在与否，但一次只能鉴别一种离子。同时利用碱金属和钙、锶、钡盐在灼烧时产生不同焰色的原理，可以制造各色焰火，例如红色焰火的简洁配方：质量百分比绿色焰火配方：KClO334%Sr(NO3)2 炭粉 10%镁粉 4%松香 7%质量百分比Ba(ClO3)2 38%Ba(NO3)2 40%S 22%四、晶型绝大多数碱金属和碱土金属的盐是离子型晶体，晶体大多数属

39、 NaCl 型，铯的卤化物是 CsCl 型构造。它们的熔点均较高。由于 Li+、Be2+离子最小，极化作用较强，才使得它们的某些盐(如卤化物)具有较明显的共价性。Mg2+盐也有一些是共价性的。五、形成结晶水合物的倾向一般来说，离子愈小，它所带的电荷愈多，则作用于水分子的电场愈强，它的水合热愈大。碱金属离子是最大的正离子，离子电荷最少，它的水合热常小于其它离子。碱金属离子的水合力量从 LiCs 是降低的这也反映在盐类形成结晶水合物的倾向上。几乎全部的锂盐是水合的，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。在常见的碱金属盐中，卤化物大多是无水的，硝酸盐中只有锂形

40、成水合物， LiNO3H2O 和 LiNO33H2O，硫酸盐只有4Li2SO4H2O 和 Na2SO 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：Na2CO3K2CO3Rb2CO3Cs2CO31、7、101、51、53、5六、形成复盐的力量除锂以外，碱金属还能形成一系列复盐。复盐有以下几种类型：光卤石类，通式为 MC1MgCl2H2O，其中 MK+、Rb+、Cs+，如光卤石 KClMgCl26H2O；2442通式为 M SO MgSO 6H O 的矾类，其中 MK+、Rb+、Cs+，如软钾镁矾 K2SO4MgSO46H2O；通式为 MM(SO4)

41、2 12H2O 的矾类，其中M=Na+、K+、Rb+、Cs+，MA13+、Cr3+、Fe3+、Co3+、Ga3+、V3+等离子，如明矾KAl(SO4)212H2O。七、热稳定性一般碱金属盐具有较高的热稳定性。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。唯有硝酸盐热稳定性较低，加热到肯定温度就可分解，例如：4LiNO3976K 2LiO+4NO2+ O222NaNO3 1003K 2NaNO2+ O22KNO3 943K2KNO2 + O2碱土金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐对热也较稳定，但它

42、们的碳酸盐热稳定性较碱金属碳酸盐要低。BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3373K813K1173K1563K1633K碱土金属碳酸盐热稳定性的规律也可用离子极化的观点来说明。八、几种重要的盐卤化铍是共价型聚合物(BeX2)n,不导电、能升华，蒸气中有 BeCl2 和(BeCl2)2 分子。卤化物中用途最广的是氯化钠，有海盐、岩盐和井盐等。氯化钠除供食用外， 它是制取金属钠、氢氧化钠、碳酸钠、氯气和盐酸等多种化工产品的根本原料。冰盐混合物可作为致冷剂。无水氯化镁是制取金属镁的原料，光卤石和海水是取得氯化镁的主要资源。氯化镁常况下以 MgCl26H2O 形式存在，用加热水合物的方法

43、不能得到无水盐，由于它会水解：MgCl26H2O 408KMg(OH)Cl + HCl +5H2O Mg(OH)Cl770KMgO +HCl要得到无水的氯化镁，必需将六水氯化镁在枯燥的氯化氢气流中加热脱水。工业上常用在高温下通氯气于焦炭和氧化镁的混合物制取。氯化镁有吸潮性，一般食盐的潮解就是含有氯化镁之故。六水氯化钙加热至 473K 失去水而成二水氯化钙，温度高于 533K 完全脱水形成白色多孔的氯化钙，此过程有少许水解反响发生，故无水氯化钙中常含有微量氧化钙。无水氯化钙有很强的吸水性，是一种重要的枯燥剂。由于它能与气态氨和乙醇形成加成物，所以不能用于枯燥氨气和乙醇。氯化钙和冰1.44：1的混

44、合物是试验室常用的致冷剂，可获得 218K 的低温。氯化钡为无色单斜晶体，一般为水合物二水氯化钡。加热至 400K 变为无水盐。氯化钡用于医药、灭鼠剂和鉴定硫酸根离子的试剂。氯化钡可溶于水。可溶性钡盐对人、畜都有害，对人致死量为 0.8g，切忌入口。氟化钙萤石是制取 HF 和 F2 的重要原料。在冶金工业中用作助熔剂也用于制作光学玻璃和陶瓷等。常用的荧光灯中涂有荧光材料 3Ca3(PO4)2Ca(F,Cl)2 和少量 Sb3+、Mn2+的化合物，卤磷酸钙称为母体，Sb3+、Mn2+离子为激活剂，用紫外光激发后，发出荧光。碱金属碳酸盐有两类：正盐和酸式盐。碳酸钠俗称苏打或纯碱，其水溶液因水解而呈

45、碱性。它是一种重要的化工原料。碳酸氢钠俗称小苏打，其水溶液呈弱碱性，主要用于医药和食品工业，煅烧碳酸氢钠可得到碳酸钠。六水碳酸钙为无色单斜晶体，难溶于水，易溶于酸和氯化铵溶液，用于制二氧化碳酵粉和涂料等。碳酸钙为无色斜方晶体，热至 1000K 转变为方解石。硝酸钾在空气中不吸潮，在加热时有强氧化性，用来制黑火药。硝酸钾还是含氮、钾的优质化肥。Na2SO410H2O 俗称芒硝，由于它有很大的熔化热，是一种较好的相变贮热材料的主要组分，可用于低温贮存太阳能。白天它吸取太阳能而熔融，夜间冷却结晶就释放出热能。无水硫酸钠俗称元明粉，大量用于玻璃、造纸、水玻璃、陶瓷等工业中，也用于制硫化钠和硫代硫酸钠等

46、。CaSO4 2H2O俗称生石膏，加热至393K左右它局部脱水而成熟石膏CaSO41/2H2O，这个反响是可逆的：2CaSO42H2O 393K 2CaSO41/2H2O+3H2O熟石膏与水混合成糊状后放臵一段时间会变成二水合盐，这时渐渐硬化并膨胀， 故用以制模型、塑像、粉笔和石膏绷带等。石膏还是生产水泥的原料之一和轻质建筑材料。把石膏加热到 773K 以上，得到无水石膏，它不能与水化合。重晶石硫酸钡是制备其它钡类化合物的原料。将重晶石粉与煤粉混合，在高温下1173K-1473K煅烧复原成可溶性硫化钡。盐酸与硫酸钡反响，制得氯化钡。往硫化钡溶液中通入二氧化碳，则得碳酸钡。重晶石可作白色涂料钡白，在橡胶、造纸工业中作白色填料。硫酸钡是唯一无毒钡盐，用于肠胃系统 X 射线造影剂。七水硫酸镁为无色斜方晶体。热至 350K 失去六分子水，在 520K 变为无水盐。硫酸镁微溶于醇，不溶于乙酸和丙酮，用作媒染剂、泻盐，也用于造纸、纺织、肥皂、陶瓷、油漆工业。3-5 配位化合物金属离子中，钠，钾，铷，铯离子因电荷少，半径大和没有晶体场稳定化效应，形成一般协作物的倾向最小。它们能与配位力量较强的螯合剂作用，生成螯合物。全部碱金属都可以和水杨醛作用，生成配位数为