第9章 碱金属和碱土金属

1、2021-12-24第三篇第三篇 重要元素及化合物重要元素及化合物2021-12-249.1 化学元素的自然资源9.2 碱金属9.3 碱土金属9.4 锂、铍的特殊性和对角线规则 9.5 应用 2021-12-24 1. 了解碱金属、碱土金属单质的典型性质并能够判断其递变规律； 2. 掌握碱金属和碱土金属的重要氧化物和氢氧化物的性质及主要用途； 3. 掌握碱金属盐和碱土金属盐的热稳定性、溶解度的变化规律； 4.了解锂、铍的特殊性和对角线规则； 5.了解锂电池、锂离子电池及 硬水软化和纯水制备。2021-12-24 9.1.1 9.1.1 地壳中元素的分布和存在类型地壳中元素的分布和存在类型 迄今

2、发现的元素共有迄今发现的元素共有112112种，在自然界中存在的种，在自然界中存在的有有9494种，其余种，其余1818种由人工合成的。种由人工合成的。 元素在地壳中的含量称为元素在地壳中的含量称为丰度丰度，可用质量分数来，可用质量分数来表示。表示。元素 OSiAlFeCaNaKMgHTi / % 46.826.37.734.753.452.742.742.000.760.42地壳中分布最广的地壳中分布最广的1010种元素的丰度（质量分数）种元素的丰度（质量分数）2021-12-24 各种元素在地壳中的含量相差很大，含量最多的是氧，几乎占地壳质量的一半；其次是硅。上述10种元素占地壳总重量的9

3、9%以上，其余80多种元素共占不到 1 %。2021-12-24 元素在地壳中的存在形式比较复杂，只有元素在地壳中的存在形式比较复杂，只有O、N、S、C、Au、Pt、稀有气体等少量元素在自然界中能以单稀有气体等少量元素在自然界中能以单质存在，其余均以化合物形态存在。化合物主要有质存在，其余均以化合物形态存在。化合物主要有氧氧化物（包括含氧酸盐）化物（包括含氧酸盐）和和硫化物硫化物两大类。地质学上称两大类。地质学上称前者为前者为亲石元素亲石元素（与氧亲和力强，主要以硅酸盐或其（与氧亲和力强，主要以硅酸盐或其他含氧酸盐和氧化物集中于岩石圈中的元素），后者他含氧酸盐和氧化物集中于岩石圈中的元素），后

4、者为为亲硫元素亲硫元素。 元素在地壳中的主要存在形式见图元素在地壳中的主要存在形式见图9-19-12021-12-241. 1. 化学矿物化学矿物 金属矿物金属矿物，如用来提取金、银、铜、铁、钨、钼等，如用来提取金、银、铜、铁、钨、钼等金属的矿物；金属的矿物； 非金属矿物非金属矿物，如硫铁矿、自然硫、硼砂、石墨、岩，如硫铁矿、自然硫、硼砂、石墨、岩盐、芒硝等，化工原料多属这一类。盐、芒硝等，化工原料多属这一类。 2021-12-24富集富集用重选、浮选和磁选等物理用重选、浮选和磁选等物理方法，或溶解方法，或溶解- -沉淀、溶剂沉淀、溶剂萃取和离子交换等化学方法，萃取和离子交换等化学方法，提高矿

5、石品位提高矿石品位 还原还原通过电解还原通过电解还原或用或用C、CO、H2、活泼金属活泼金属等化学还原的等化学还原的方法方法 金属单质金属单质矿物矿物 几种常见的金属精炼方法：电解精炼，气相精炼几种常见的金属精炼方法：电解精炼，气相精炼法，羰化法，碘化物热分解法，区域熔炼法等。法，羰化法，碘化物热分解法，区域熔炼法等。2021-12-241234567铌 钽银金镉汞铟铊锡铅锑铋碲钋砹氡氙 碘铷铯锶钡钇锆铪钼钨锝铼 钌铑 钯锇 铱铂氢锂氦铍硼碳氮 氧氟氖钠 镁铝 硅磷 硫氯氩钾 钙钪钛钒铬 锰铁钴镍铜锌镓锗 砷 硒溴 氪Zr NbMo Tc RuRhPdAgCdInSnSbTeI Xe Hf T

6、aW Re OsIrPt AuHgTl PbBiPoAtRnIBIAIIAIIIA IVAVAVIA VIIAVIIIIIBIIIB IVB VBVIB VIIBHHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPClSArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbCsSrBaYLaLu-123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555672737475767778798081828384858657-711.电解法

7、2.电解法或活泼金属还原3.热还原法4.热分解法2021-12-24 1. 1. 以游离状态存在的稀有气体、以游离状态存在的稀有气体、N2、O2、S等用物等用物理方法分离；理方法分离； 2. 硼、硅、磷等硼、硅、磷等以正氧化态化合物形态存在的以正氧化态化合物形态存在的，可，可用活泼金属用活泼金属（如（如Al、Mg、Fe）、）、C或或H2等还原其等还原其氧化物或含氧酸盐；氧化物或含氧酸盐； 3. 卤素等卤素等以负离子形态存在的以负离子形态存在的，可以，可以通过电解氧化通过电解氧化或用活泼非金属的取代反应来制取。或用活泼非金属的取代反应来制取。 2021-12-24 2.2.天然含盐水天然含盐水

8、天然含盐水包括海水、盐湖水、地下卤水和气井水等。天然含盐水包括海水、盐湖水、地下卤水和气井水等。 采用有效的富集和特殊的提取方法以采用有效的富集和特殊的提取方法以获得无机盐获得无机盐。. .大气大气地球表面的大气层是游离地球表面的大气层是游离N2、O2和稀有气体的大本营，和稀有气体的大本营，可通过液态空气分馏制取它们的单质。可通过液态空气分馏制取它们的单质。2021-12-244.4.农副产品农副产品 某些农副产品也可以用来提取无机物，虽然产某些农副产品也可以用来提取无机物，虽然产量不多，但可以因地制宜，综合利用。量不多，但可以因地制宜，综合利用。 例如：从向日葵壳、棉子壳、桐子壳、甜菜制例如

9、：从向日葵壳、棉子壳、桐子壳、甜菜制酒后的酒糟、洗羊毛的废水中提取钾盐；从海酒后的酒糟、洗羊毛的废水中提取钾盐；从海带中提取碘；从兽骨中提取磷酸氢钙等。带中提取碘；从兽骨中提取磷酸氢钙等。2021-12-245.5.工业废料工业废料 工业生产中排出的废水、废气和废渣工业生产中排出的废水、废气和废渣( (称称“三三废废”) )，是污染环境的根源，但含有大量的可用之，是污染环境的根源，但含有大量的可用之物。如果与三废治理相结合，可以化害为利，变物。如果与三废治理相结合，可以化害为利，变废为宝。废为宝。 例如：用硫酸厂的含例如：用硫酸厂的含SO2废气制废气制NH4HSO，用电，用电镀厂的含镀厂的含C

10、r()废水制废水制Cr()盐，用水泥厂的窑灰盐，用水泥厂的窑灰制钾盐等。制钾盐等。2021-12-249.2.1 9.2.1 碱金属元素概述碱金属元素概述 元素周期表的元素周期表的AA族金属元素称为碱金属，包括锂、钠、族金属元素称为碱金属，包括锂、钠、钾、铷、铯和钫钾、铷、铯和钫6 6种元素。碱金属属于种元素。碱金属属于s s区元素，其原子价区元素，其原子价电子层构型为电子层构型为nsns1 1，次外层为稀有气体的稳定，次外层为稀有气体的稳定8 8电子结构。电子结构。锂、铷和铯是稀有金属，钫是放射性元素。锂、铷和铯是稀有金属，钫是放射性元素。碱金属是银白色的柔软、易熔轻金属，密度较小，可以用碱

11、金属是银白色的柔软、易熔轻金属，密度较小，可以用刀切割。与同一周期其它元素相比，碱金属的原子半径最刀切割。与同一周期其它元素相比，碱金属的原子半径最大，固体中的金属键较弱，原子间的作用力较小，故密度、大，固体中的金属键较弱，原子间的作用力较小，故密度、硬度小，熔点低。硬度小，熔点低。 2021-12-24 元素元素性质性质锂锂 Li钠钠 Na钾钾 K铷铷 Rb铯铯 Cs原子序数原子序数311193755原子半径原子半径/ /pm152153.7227.2247.5265.4离子半径离子半径/ /pm6897133147167第一电离能第一电离能I I1 1 kJmol-152149942140

12、5371第二电离能第二电离能I I2 272954591308826752436电负性电负性0.980.930.820.820.79标准电极电势标准电极电势( (酸酸) )-3.045-2.711-2.923-2.925-2.923密度密度/ /g cm-30.530.970.861.531.90硬度硬度( (金刚石金刚石=10)=10)0.60.40.50.30.2M+(g)水合热水合热/ /kJmol-15194063222932642021-12-24 在同周期元素中，原子半径最大，核电荷最少，在同周期元素中，原子半径最大，核电荷最少，最外层的最外层的ns s1 1电子离核较远，很易失去

13、，第一电离能电子离核较远，很易失去，第一电离能最低，表现出强的金属性。它们与氧、硫、卤素以最低，表现出强的金属性。它们与氧、硫、卤素以及其它非金属都能剧烈反应，并能从许多金属化合及其它非金属都能剧烈反应，并能从许多金属化合物中置换出金属。碱金属自上而下原子半径和离子物中置换出金属。碱金属自上而下原子半径和离子半径依次增大，其活泼性有规律地增强。例如，钠半径依次增大，其活泼性有规律地增强。例如，钠和水剧烈反应，钾更为剧烈，而铷、铯遇水则有爆和水剧烈反应，钾更为剧烈，而铷、铯遇水则有爆炸危险。锂的活泼性比其他碱金属大为逊色，与水炸危险。锂的活泼性比其他碱金属大为逊色，与水的反应较缓慢。的反应较缓慢

14、。2021-12-24 碱金属在火焰中加热，各具特征的焰色，可用碱金属在火焰中加热，各具特征的焰色，可用作定性鉴定：作定性鉴定： 锂锂 钠钠 钾钾 铷铷 铯铯 红色 黄色 紫色 红紫色 蓝色2021-12-24 有机锂化合物，是有机合成中的重要试剂；有机锂化合物，是有机合成中的重要试剂；锂与镁、铝的合金，被称为超轻金属，具质轻、锂与镁、铝的合金，被称为超轻金属，具质轻、强度大、塑性好等优点，广泛用于航空、航天器强度大、塑性好等优点，广泛用于航空、航天器的制造中；锂可制成锂电池和锂离子电池的制造中；锂可制成锂电池和锂离子电池高高能电池；钾和钠主要用来作还原剂，钾和钠是动能电池；钾和钠主要用来作还

15、原剂，钾和钠是动物生存的必需元素；铯被广泛用在光电管、铯原物生存的必需元素；铯被广泛用在光电管、铯原子钟等。子钟等。 2021-12-24 钾和钠的性质十分相似，质软似蜡，可以钾和钠的性质十分相似，质软似蜡，可以用小刀进行切割。新切面呈银白色光泽，但暴用小刀进行切割。新切面呈银白色光泽，但暴露在空气中会因氧化而迅速变暗。钠遇到水会露在空气中会因氧化而迅速变暗。钠遇到水会发生剧烈反应，生成发生剧烈反应，生成NaOH和和H2，因此需密闭，因此需密闭储存在煤油或石蜡中。钾比钠更活泼，因此制储存在煤油或石蜡中。钾比钠更活泼，因此制备、储运和使用时应更加小心。备、储运和使用时应更加小心。金属钠金属钠20

16、21-12-24钠钾的用途：钠钾的用途： 钠钾的高活泼性钠钾的高活泼性冶金工业重要的还原剂；冶金工业重要的还原剂； 强传热性强传热性原子能工业中作核反应堆的导热剂；原子能工业中作核反应堆的导热剂； 钠、钾钠、钾制备过氧化物、氢化物及有机合成的原料。制备过氧化物、氢化物及有机合成的原料。 钠钾的制备钠钾的制备：工业上制取钠：电解廉价的熔融工业上制取钠：电解廉价的熔融NaCl ； 工业上制取钾：在熔融状态下，用金属钠从工业上制取钾：在熔融状态下，用金属钠从KCl中置换出中置换出钾，经分级蒸馏钾，经分级蒸馏(800(800880)880)得到金属钾。得到金属钾。 金属钾因价格昂贵金属钾因价格昂贵(

17、(约为钠的约为钠的1010倍倍) )，而限制了它的，而限制了它的应用，其生产规模也小得多应用，其生产规模也小得多。2021-12-24 碱金属与氢气在高温下化合，生成白色离子型氢化物，碱金属与氢气在高温下化合，生成白色离子型氢化物，其中氢以其中氢以H-形式存在。形式存在。 碱金属氢化物极不稳定，受热易分解出碱金属氢化物极不稳定，受热易分解出H2而游离出碱金而游离出碱金属，其中只有属，其中只有LiH比较稳定，分解温度为比较稳定，分解温度为850，高于其熔点，高于其熔点（650）。碱金属氢化物遇水剧烈反应，放出）。碱金属氢化物遇水剧烈反应，放出H2，在潮湿，在潮湿空气中能够自燃，空气中能够自燃，H

18、-和由和由H2O电离出的电离出的H+结合成结合成H2： NaHH2O = NaOHH2 (H2/H-) = - 2.23V，可见，可见H-比比H2的还原性强很多，碱金属的还原性强很多，碱金属氢化物是强还原剂。氢化物是强还原剂。 如 TiCl44NaH = Ti4NaCl2H22021-12-24 碱金属的氧化物：碱金属的氧化物：碱金属在充足的空气中燃烧时，所得产物碱金属在充足的空气中燃烧时，所得产物并不相同。并不相同。锂锂氧化锂氧化锂 Li2O钠钠过氧化钠过氧化钠 Na2O2钾、铷、铯钾、铷、铯超氧化物超氧化物 KO2、RbO2、CsO2（1 1） 正常氧化物正常氧化物 碱金属中除锂外，其它碱

19、金属的正常氧化物碱金属中除锂外，其它碱金属的正常氧化物是用金属与它们的过氧化物或硝酸盐作用制得的。是用金属与它们的过氧化物或硝酸盐作用制得的。 Na2O22Na = 2Na2O 2KNO310K = 6K2ON2 碱金属氧化物与水反应生成相应的氢氧化物。2021-12-24（2） 过氧化物过氧化物 所有碱金属都可形成过氧化物，其中只有钠的过所有碱金属都可形成过氧化物，其中只有钠的过氧化物是由金属在空气中燃烧直接得到的氧化物是由金属在空气中燃烧直接得到的： 2 Na+O2 = Na2O2最重要的是过氧化钠最重要的是过氧化钠Na2O2。 纯的纯的Na2O2是白色粉末，工业品含有一定量杂质。在碱性介

20、质中是白色粉末，工业品含有一定量杂质。在碱性介质中Na2O2 是强氧化剂，常用作分解矿石的溶剂，使不溶于水和酸的是强氧化剂，常用作分解矿石的溶剂，使不溶于水和酸的矿石，被氧化分解为可溶于水的化合物，例如：矿石，被氧化分解为可溶于水的化合物，例如： Cr2O33 Na2O2 = 2Na2CrO4Na2O MnO2 Na2O2 = Na2MnO4共熔共熔燃烧2021-12-24 Na2O2与水或稀酸作用可以产生过氧化氢： Na2O2 2H2O = 2NaOH+H2O2 Na2O2 H2SO4 = Na2SO4+H2O2 2H2O2 = 2H2O +O2 Na2O2 与CO2产生下列反应： 2Na2

21、O2 2CO2 = 2Na2CO3+O2 基于这个反应， Na2O2 应用于高空飞行或水下工作时的 CO2吸收剂和供氧剂，以此来吸收人体呼出的CO2和补充人体所需的O2 。2021-12-24超氧化钾超氧化钾 金属钾在充足的空气中燃烧时，生成超氧化钾金属钾在充足的空气中燃烧时，生成超氧化钾KO2 。 KO2具有强氧化性，与水、具有强氧化性，与水、CO2 反应生成氧气：反应生成氧气： 2KO2 + 2H2O = O2+ 2K+ + 2OH- + H2O2 4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2 KO2和和Na 2O 2一样，多用于宇航、水下、矿井、高一样，多用于宇航、水下、矿井、高

22、山作业时需用的山作业时需用的CO2吸收剂和供氧剂。吸收剂和供氧剂。2021-12-24 碱金属的氢氧化物都是白色固体碱金属的氢氧化物都是白色固体，容易潮解和吸收空，容易潮解和吸收空气中的气中的CO2（须密封保存），易溶于水，溶解时放出（须密封保存），易溶于水，溶解时放出大量的热，仅大量的热，仅LiOH的溶解度较小。除的溶解度较小。除LiOH是中强碱是中强碱外，其余都是强碱，对于纤维、皮肤有强烈的腐蚀作外，其余都是强碱，对于纤维、皮肤有强烈的腐蚀作用，因此叫苛性碱。碱性按以下顺序变化：用，因此叫苛性碱。碱性按以下顺序变化： LiOHNaOHKOHRbOHCsOH NaOH和KOH在性质、用途和制

23、备方面都相似，但KOH价贵，因此用途不如NaOH广泛。2021-12-242021-12-24 氢氧化钠氢氧化钠NaOH，又称火碱、烧碱、苛性钠，是重要化工原料 ，广泛用于造纸、制革、制皂、纺织、玻璃、搪瓷、无机和有机合成等工业中。 工业制法：电解饱和的食盐水制备烧碱隔膜法2021-12-24 此法具有耗能低、产品质量好，对环境无汞污染和石棉污染等特点，现正推广使用。 说明：1.在电解过程中，阳极室的NaCl浓度逐渐下降，应不断补充浓盐水，维持NaCl的浓度；2.阳膜既允许Na+离子通过，粗盐中的Ca2+，Mg2+，Fe3+等杂质也能进入阴极室，而生成氢氧化物沉淀，不仅会影响NaOH的质量，也

24、妨碍电解作用的顺利进行，所以事先必须对食盐进行精制。2021-12-24 实验室实验室盛盛NaOH溶液的玻璃瓶需用橡胶塞溶液的玻璃瓶需用橡胶塞，不能用不能用玻璃塞。否则存放时间过长，玻璃塞。否则存放时间过长，NaOH与瓶口玻璃中与瓶口玻璃中的的SiO2生成粘性的生成粘性的Na2SiO3，把玻璃塞和瓶口粘结，把玻璃塞和瓶口粘结在一在一起而不易打开。起而不易打开。 固体NaOH具有很强的吸水性，是常用的干燥剂。2021-12-24（1 1）晶体类型晶体类型：绝大多数属于离子晶体。：绝大多数属于离子晶体。 LiLi+ +半径很小，极化半径很小，极化力较强，它的某些盐如卤化物表现出不同程度的共价性。碱

25、金力较强，它的某些盐如卤化物表现出不同程度的共价性。碱金属盐具有较高的熔、沸点，常温下是固体，熔化时能导电，在属盐具有较高的熔、沸点，常温下是固体，熔化时能导电，在水中完全离解。水中完全离解。（2）颜色颜色 碱金属离子都是无色的，若阴离子有色，则其化合物碱金属离子都是无色的，若阴离子有色，则其化合物一般常显阴离子的颜色。如一般常显阴离子的颜色。如CrO42-是黄色的，是黄色的，K2CrO4也为黄也为黄色；色；MnO4-是紫红色的，是紫红色的，KMnO4也为紫红色。也为紫红色。 （3 3）热稳定性热稳定性 碱金属盐一般具有较高的热稳定性。唯有其硝碱金属盐一般具有较高的热稳定性。唯有其硝酸盐的热稳

26、定性差，加热易分解。酸盐的热稳定性差，加热易分解。 （4 4）溶解度溶解度 碱金属的盐类一般都易溶于水，仅有少数难溶。碱金属的盐类一般都易溶于水，仅有少数难溶。 2021-12-24氯化钠氯化钠NaCl 食盐是人类赖以生存的物质，也是化学工业的基本原料。食盐是人类赖以生存的物质，也是化学工业的基本原料。 NaCl广泛存在于海洋、盐湖和岩盐中。工业广泛存在于海洋、盐湖和岩盐中。工业NaCl的精制通常采用重的精制通常采用重结晶法。粗盐中常含有结晶法。粗盐中常含有SO42-、Ca2+、Mg2+、Fe3+、K+等杂质，依等杂质，依次加入适量的次加入适量的BaCl2、Na2CO3和和NaOH使其沉淀析出

27、，得到精盐。使其沉淀析出，得到精盐。 碳酸钠碳酸钠Na2CO3 Na2CO3有无水物和一水、七水、十水结晶水合物，常见工业品有无水物和一水、七水、十水结晶水合物，常见工业品不含结晶水，为白色粉末，又称纯碱、碱面或苏打。不含结晶水，为白色粉末，又称纯碱、碱面或苏打。 Na2CO3在在饱和状态饱和状态(质量分数约为质量分数约为20%)能强烈水解，使能强烈水解，使pH达到达到12 。 工业上常用氨碱法或联合制碱法制取工业上常用氨碱法或联合制碱法制取NaNa2 2COCO3 3。2021-12-24 氨碱法（又称苏尔维法），生产时先向饱和食盐水中通入氨碱法（又称苏尔维法），生产时先向饱和食盐水中通入氨

28、气至饱和，再通入氨气至饱和，再通入CO2，生成的，生成的NH4HCO3立即与立即与NaCl发生发生复反解反应，析出溶解度较小的复反解反应，析出溶解度较小的NaHCO3： NH3+CO2 + H2O NH4HCO3 NH4HCO3 + NaCl NaHCO3+ NH4Cl 滤出滤出NaHCO3，经焙烧分解即得，经焙烧分解即得Na2CO3： 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2+ H2O 母液中含有大量母液中含有大量NH4Cl，加入石灰水按下式置换出，加入石灰水按下式置换出NH3，再返，再返回循环使用：回循环使用： 2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3+ 2H2O2021

29、-12-24 氨碱法的优点氨碱法的优点是原料经济，能连续生产，副产是原料经济，能连续生产，副产物物NH3和和CO2可循环使用。缺点是大量的可循环使用。缺点是大量的CaCl2用途不大，致使用途不大，致使NaCl随之损耗，食盐利用率不随之损耗，食盐利用率不高（仅高（仅70%左右）。左右）。2021-12-24 联合制碱法联合制碱法（又称侯氏制碱法侯氏制碱法） 它是由我国著名化工专家侯它是由我国著名化工专家侯德榜在苏尔维法的基础上做了重大改进，于德榜在苏尔维法的基础上做了重大改进，于20世纪世纪40年代研究年代研究成功的。此法将合成氨和制碱联合在一起，所以称为联合制碱成功的。此法将合成氨和制碱联合在

30、一起，所以称为联合制碱法。他利用法。他利用NH4Cl在低温时的溶解度比在低温时的溶解度比NaCl小的特性，于小的特性，于5 10下往母液中加入下往母液中加入NaCl粉末，产生同离子效应，使粉末，产生同离子效应，使NH4Cl结晶析出，剩余的结晶析出，剩余的NaCl溶液返回使用。这样做不仅提高了溶液返回使用。这样做不仅提高了NaCl的使用率（达的使用率（达91%），得到的），得到的NH4Cl可做氮肥，同时可利可做氮肥，同时可利用合成氨厂的废气用合成氨厂的废气CO2，且不生成无用的，且不生成无用的CaCl2废液，收到综废液，收到综合利用的效果。合利用的效果。2021-12-24碳酸氢钠碳酸氢钠(Na

31、HCO3) 又称小苏打、重碳酸钠或焙碱，加热至65便分解失去CO2，是食品工业的膨化剂 。 NaHCO3溶液中存在着水解和离解的双重平衡，溶液显弱碱性，0.1molL-1 NaHCO3溶液，pH为8.3。2021-12-24钠盐和钾盐的比较：钠盐和钾盐的比较： 钾盐的溶解度比钠盐小； 钠盐和钾盐有吸潮性，钠盐吸潮尤为显著； 钾盐比较昂贵。 例如：配制火药用KNO3，而不宜用吸潮性强的NaNO3；分析化学用的基准试剂K2Cr2O7，也不能用Na2Cr2O7代替。2021-12-249.3. 1 碱土金属元素概述碱土金属元素概述 碱土金属是周期表的碱土金属是周期表的A族、族、s区元素，其原子区元素

32、，其原子的价电子构型为的价电子构型为ns2。碱土金属包括铍、镁、钙、。碱土金属包括铍、镁、钙、锶、钡和镭锶、钡和镭6种元素，由于钙、锶、钡的氧化种元素，由于钙、锶、钡的氧化物在性质上介于物在性质上介于“碱性的碱性的”碱金属氧化物和碱金属氧化物和“土性的土性的”难溶的难溶的Al2O3之间，因此称为碱土之间，因此称为碱土金属。金属。 2021-12-24 元素元素 性质性质铍铍 Be镁镁 Mg钙钙 Ca锶锶 Sr钡钡 Ba原子序数原子序数412203856金属半径金属半径/pm111.3160197.3215.1217.3离子半径离子半径/pm318099113135第一电离能第一电离能I1kJm

33、ol-1900738590549502第二电离能第二电离能I21768146011521070971第三电离能第三电离能I3149397658494243513575电负性电负性1.51.21.01.00.9 (M2+/M) / V-1.85-2.37-2.87-2.89-2.90 (M2+/M) / V-2.28-2.69-3.02-2.99-2.97M2+(g)水合热水合热/kJmol-124941921157714431305AB2021-12-24 1. 碱土金属的价电子层构型为ns2，和同周期的碱金属元素相比，价电子多一个，原子半径较小，金属键较强，单质的密度、硬度、熔点、沸点也相对

34、较高。 2. 同周期碱土金属的活泼性低于碱金属。因为碱土金属的原子半径小于同周期碱金属的原子半径，核对电子的吸引力较强，金属的活泼性较低。在A族中，随着原子半径的增大，活泼性也依次递增。2021-12-24 3. 碱土金属和碱金属一样，也能形成离子型氢化物，且热稳定性要高一些。碱土金属氢化物中CaH2最稳定，分解温度约为1000，是工业上重要的还原剂。 4. 碱土金属的盐类大多是难溶的，且热稳定性相对较低，受热易分解。 5. 金属钙、锶、钡及它们挥发性的盐在灼热时能发出特征的颜色。钙能发出砖红色光芒、锶为艳红色、钡为绿色。2021-12-24 铍的主要矿物为绿柱石3BeOAl2O36SiO2。

35、镁在自然界的丰度居第八位，海水中含镁量达0 . 1 3 % ， 陆 地 上 含 镁 矿 石 主 要 有 白 云 石MgCO3CaCO3、菱镁矿MgCO3和光卤石2KClMgCl26H2O。钙、锶、钡多以难溶的碳酸盐或硫酸盐存在，如方解石CaCO3、天青石SrSO4、重晶石BaSO4等。2021-12-24 镁镁是碱土金属中用途最大的，主要用于制轻合金是碱土金属中用途最大的，主要用于制轻合金( (与铝或钛与铝或钛) )，作，作飞机和航天器的结构材料。飞机和航天器的结构材料。 钙钙在冶金工业中用作还原剂，钙与铅的合金可做轴承材料，钙还在冶金工业中用作还原剂，钙与铅的合金可做轴承材料，钙还可作有机溶

36、剂的脱水剂。可作有机溶剂的脱水剂。 钡钡在真空管的生产中用作脱气剂。在真空管的生产中用作脱气剂。BaTiO3用来用来制作各种传感器制作各种传感器的敏感元件。的敏感元件。 铍铍是优良的宇航材料；铍铜合金的弹性、硬度和抗腐性特别好，是优良的宇航材料；铍铜合金的弹性、硬度和抗腐性特别好，被用作手表游丝、高速轴承和海底电缆。铍透过被用作手表游丝、高速轴承和海底电缆。铍透过X X射线的能力居射线的能力居金属之首，常用来做金属之首，常用来做X X射线管的窗口材料；铍能提供大量中子，射线管的窗口材料；铍能提供大量中子，是不可多得的中子源，又是反应堆的减速剂，因此被称为原子能是不可多得的中子源，又是反应堆的减

37、速剂，因此被称为原子能工业之宝。工业之宝。 注意注意：铍及其化合物都有毒性，使用时必须有严密的安全措施。：铍及其化合物都有毒性，使用时必须有严密的安全措施。2021-12-24 碱土金属和碱金属不同，在空气中燃烧时，一般得到碱土金属和碱金属不同，在空气中燃烧时，一般得到正常氧化物，只有正常氧化物，只有Ba在高压氧中燃烧能够得到在高压氧中燃烧能够得到BaO2。 BaO2和和MgO2颇具实用价值，常用作氧化剂和漂白颇具实用价值，常用作氧化剂和漂白剂。剂。 碱土金属氧化物都是难溶的白色粉末，受热难于分解。碱土金属氧化物都是难溶的白色粉末，受热难于分解。由于由于 MgO 、 BeO 的熔点很高（的熔点

38、很高（MgO 2825，BeO 2508），常用于制作耐火砖、坩埚等耐火器材。），常用于制作耐火砖、坩埚等耐火器材。2021-12-242021-12-24 氧化钙氧化钙CaO又名石灰、生石灰，由自然界的大理石、方解石、石又名石灰、生石灰，由自然界的大理石、方解石、石灰石等矿石高温煅烧而得：灰石等矿石高温煅烧而得： CaCO3 = CaOCO2 石灰广泛用于建筑、筑路和生产水泥，在冶金工业上，石灰用作石灰广泛用于建筑、筑路和生产水泥，在冶金工业上，石灰用作溶剂，去除钢中多余的溶剂，去除钢中多余的P、S和和Si。此外，石灰还广泛用于造纸、。此外，石灰还广泛用于造纸、食品工业和水处理等方面。食品工

39、业和水处理等方面。 CaO遇水剧烈反应，生成遇水剧烈反应，生成Ca(OH)2并放出大量的热，这一过程称并放出大量的热，这一过程称为石灰的熟化或消化，所得为石灰的熟化或消化，所得Ca(OH)2俗称熟石灰或消石灰。俗称熟石灰或消石灰。 2CaO + H2O 2Ca(OH)2煅烧2021-12-24 碱土金属的氢氧化物同碱金属一样，都是白色碱土金属的氢氧化物同碱金属一样，都是白色固体，容易潮解，在空气中易与固体，容易潮解，在空气中易与CO2反应生成反应生成碳酸盐。碱土金属氢氧化物的溶解度比碱金属碳酸盐。碱土金属氢氧化物的溶解度比碱金属氢氧化物小得多。其中氢氧化物小得多。其中Be(OH)2、Mg(OH

40、)2是是难溶的氢氧化物。由难溶的氢氧化物。由Be(OH)2到到Ba(OH)2溶解溶解度依次增大。度依次增大。2021-12-24 Ca(OH) 2俗称熟石灰或消石灰，它是一种强碱，溶俗称熟石灰或消石灰，它是一种强碱，溶解度很小且随温度升高而下降，通常配成石灰乳使解度很小且随温度升高而下降，通常配成石灰乳使用。用。Ca(OH) 2除作建筑材料外，还用于制造漂白粉，除作建筑材料外，还用于制造漂白粉，在硬水软化、制药、橡胶和石油工业中亦有广泛应在硬水软化、制药、橡胶和石油工业中亦有广泛应用。用。 2021-12-24 ROH 的酸碱性取决于两种离解方式：的酸碱性取决于两种离解方式： R O H R+

41、OH- 碱式离解碱式离解 R O H RO-H+ 酸式离解酸式离解 ROH的酸碱性取决于它的离解方式，而这又的酸碱性取决于它的离解方式，而这又与与R的电荷数的电荷数 z 和半径和半径 r 的比值的比值= z / r (称为称为“离子势离子势”)有关。有关。 2021-12-24 判断判断R(OH)n酸碱性的经验公式如下（适用于酸碱性的经验公式如下（适用于Rn+为为8电子构型的阳离子，离子半径电子构型的阳离子，离子半径 r 以以pm为为单位）：单位）： 0.22 R(OH)n显碱性显碱性 0.22 0.32 R(OH)n显两性显两性 0.32 R(OH)n显酸性显酸性2021-12-24同一周期

42、同一周期，自左至右，自左至右，R离子的电荷依次增多，离子的电荷依次增多，r 依次依次减小，故值趋于增大，氢氧化物碱性逐渐减弱，酸性减小，故值趋于增大，氢氧化物碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强。碱土金属与同周期碱金属相比，离子的电逐渐增强。碱土金属与同周期碱金属相比，离子的电荷多，半径小，值相对较大，它们的氢氧化物的碱性荷多，半径小，值相对较大，它们的氢氧化物的碱性比相邻的碱金属弱。比相邻的碱金属弱。同一主族同一主族，自上而下，自上而下，R 离子的电荷不变，离子的电荷不变，r 依次增大，依次增大，故值趋于减小。氢氧化物碱性逐渐增大，酸性逐渐减故值趋于减小。氢氧化物碱性逐渐增大，酸性逐渐减弱。碱土金属中

43、，弱。碱土金属中，Be(OH)2呈两性，呈两性，Mg(OH)2是中强是中强碱，碱，Ca(OH)2、Sr(OH)2、Ba(OH)2都属于强碱，变化都属于强碱，变化非常明显。非常明显。2021-12-24碱土金属盐类的通性晶体类型 多数为离子晶体，具较高的熔点。只有Be2+半径小，电荷较多，极化力较强，当它与易变形的阴离子如Cl-、Br-、I-结合时，其化合物已过渡为共价化合物。热稳定性 与碱金属相比，碱土金属含氧酸盐的热稳定性较差。碱土金属的碳酸盐在常温下是稳定的（BeCO3除外），在较高的温度下，分解为相应的MO和CO2。 溶解度 与碱金属不同，碱土金属的盐大多难溶于水。除氯化物和硝酸盐外，钙

44、、锶、钡的碳酸盐、硫酸盐、草酸盐皆难溶。在试剂生产中，常利用BaSO4的难溶性，除去物质中的杂质SO42-。 2021-12-24 镁盐和钙盐 利用它们碳酸盐受热分解为氧化物，然后与酸反应；或者使矿石直接与酸反应，皆可得到相应的盐。2021-12-24氯化钙氯化钙CaCl2 实验室用石灰石与盐酸反应制备，所含的Fe 3+、 Mg 2+等杂质，可加入石灰乳以沉淀除去： CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O 2Fe 3+ + 3Ca(OH)2 = 2Fe(OH)3 + 3Ca 2+ Mg 2+ + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + Ca 2+CaCl2有无水物和二

45、水合物。2021-12-24无水无水CaCl2有强吸水性，用于O2，N2，CO2，HCl，H2S等气体以及醛、酮、醚等有机试剂的干燥。但是它 能 与 氨 、 乙 醇 形 成 加 合 物 C a C l2 8 N H3, CaCl24C2H5OH因此不能干燥这些物质。CaCl22H2O可用作制冷剂，用它和冰混合，可获得-55低温，如果用来融化公路上的积雪，效果比NaCl更好（食盐-冰只能达到-21 ）。2021-12-24 商品名性质用途二水合硫酸钙二水合硫酸钙CaSO42H2O石膏石膏生石膏生石膏白色粉末白色粉末微溶于水微溶于水制水泥，纸张和油漆制水泥，纸张和油漆的填料，豆腐凝固剂的填料，豆腐

46、凝固剂 - -型半水型半水硫酸钙硫酸钙 - -CaSO41/2H2O建筑石膏建筑石膏白色粉末，有吸潮性，白色粉末，有吸潮性，与水的混合浆体可固与水的混合浆体可固结，强度大结，强度大高强度石膏构件，石高强度石膏构件，石膏板，铸造模型膏板，铸造模型- -型半水型半水硫酸硫酸- -CaSO41/2H2O熟石膏熟石膏烧石膏烧石膏同上同上石膏塑像，雕塑模型，石膏塑像，雕塑模型，医用外科绷带，制粉医用外科绷带，制粉笔笔2021-12-24工业制取：CaCl2 + (NH4)2SO4 + 2H2O = CaSO42H2O +2NH4Cl锶盐 天青石(含SrSO65%85%)是生产锶盐的主要原料。因为SrSO

47、4既不溶于水，也不为一般的酸所分解，所以工业上首先将它转化为可溶于强酸的SrCO，然后再制备其他锶盐。 例如：硝酸锶的制备 SrSO4(s) + Na2CO3SrCO3(s) + Na2SO4 SrCO3 + 2HNO3Sr (NO3)2 + CO2+ H2O 硝酸锶是制造红色烟火及信号弹的主要原料。2021-12-24 BaCl2是最重要的可溶性钡盐。工业上通常将重晶石与炭一起焙烧，使之还原为BaS，再与盐酸反应生成BaCl2： BaSO42C = BaS2CO2 BaS2HCl = BaCl2H2S BaCl2和其它可溶性的钡盐都有毒。BaSO4是唯一无毒的钡盐，在胃肠道内无吸收，能阻止X射线通过，医疗上用作“钡餐”造影，生产这种BaSO4时，一定要将可溶的BaCl2彻底洗掉。2021-12-24 9.4.1 9.4.1 锂、铍的特殊性锂、铍的特殊性 锂和铍同属元素周期表第二周期元素，它们分锂和铍同属元素周期表第二周期元素，它们分别是别是AA和和AA主族元素的第一个元素（不考虑主族元素的第一个元素（不考虑H H）。）。这两种元素的性质比较特殊，单质及化合物的性质这两种元素的性质比较特殊，单质及化合物的性质与同族其它元素的明显不同，却与周期表中各自右与同族其它元素的明显不同，却与周期表中各自右下方元素的性质非常相似。锂及其化合物与其它碱下方元素的性质非常相似。锂及其