碱金属和碱土金属元素

关于碱金属和碱土金属元素第1页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三ⅠA011HⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pd47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112UubⅠA、ⅡA为s区元素

ⅠA中的钠、钾氢氧化物是典型“碱”，故ⅠA族元素又称为碱金属

ⅢA有时称为“土金属”

ⅡA中的钙、锶、钡氧化物性质介于“碱”与“土”族元素之间，所以把ⅡA又称为碱土金属

Li、Rb、Sr、Be

是轻稀有元素Fr、Ra是放射性元素10.1s区元素概述第2页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三ⅠALiNaKRbCsFr锂钠钾铷铯钫ⅡABeMgCaSrBaRa铍镁钙锶钡镭碱金属和碱土金属的存在最重要的矿石是锂辉石（LiAlSi2O6)主要以NaCl形式存在于海洋、盐湖和岩石中主要矿物是钾石矿(KCl·MgCl2·6H2O)我国青海钾盐储量占全国96.8%10.1s区元素概述第3页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.1s区元素概述碱金属和碱土金属的存在ⅠALiNaKRbCsFr锂钠钾铷铯钫ⅡABeMgCaSrBaRa铍镁钙锶钡镭主要矿物是绿柱石（3BeO·Al2O3·6SiO2)主要以菱镁石（MgCO3)、白云石[MgCa(CO3)2]存在主要以方解石(CaCO3)、石膏CaSO4·2H2O)、天青石(SrSO4)、碳酸锶矿(SrCO3)、重晶石(BaSO4)、毒重石(BaCO3)

等碳酸盐、硫酸盐形式存在第4页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三第十章碱金属和碱土金属元素第5页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三第二节碱金属和碱土金属的性质第6页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.2碱金属和碱土金属的性质ⅠA原子序数价电子构型金属半径(pm)熔点(℃)沸点(℃)硬度(金刚石=10)Li(锂)32s1152180.513420.6Na(钠)113s118697.82882.90.4K(钾)194s122763.257600.5Rb(铷)375s124838.896860.3Cs(铯)556s126528.40669.30.2ⅡA原子序数价电子构型金属半径（pm）熔点(℃)沸点(℃)硬度(金刚石=10)Be(铍)42s2111127829704Mg(镁)123s2160648.811072.0Ca(钙)204s219783914841.5Sr(锶)385s221576913841.8Ba(钡)566s22177251640----因为原子的原子半径较大、核电荷较少其金属晶体中的金属键很不牢固故单质的熔、沸点较低，硬度较小碱金属和Ca、Sr、Ba均可用刀切割Cs是最软的金属熔点低于人的体温,放在手心里即可熔化

核电荷原子半径熔、沸点硬度∧∨∧∧核电荷原子半径熔、沸点硬度为具有银白色(铯为灰色)光泽的金属第7页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.2碱金属和碱土金属的性质密度0.530.970.861.531.88(g·cm-3)密度1.851.741.542.63.51(g·cm-3)ⅠALi(锂)Na(钠)K(钾)Rb(铷)Cs(铯)ⅡABe(铍)Mg(镁)Ca(钙)Sr(锶)Ba(钡)电负性1.00.90.80.80.7电负性1.00.90.80.80.7氧化数+1+1+1+1+1氧化数+2+2+2+2+2E(M+/M)-3.04-2.713-2.924(-2.98)(-3.026)

(V)E(M2+/M)-1.99-2.356-2.84-2.89-2.92

(V)氧化数与族号一致，常见的化合物以离子型为主由于Li+、Be2+半径小，其化合物具有一定共价性*E(Li+/Li)反常，是由于Li+的半径较小，易与水分子结合生成水合离子放出较多能量所致第8页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.2碱金属和碱土金属的性质

碱金属碱土金属可溶于液氨，形成深蓝色溶液

碱金属

M(s)+(x+y)NH3M+(NH3)x+e-(NH3)y⇌

碱土金属

M(s)+(x+2y)NH3M2+(NH3)x+2e-(NH3)y⇌碱金属和碱土金属的氨溶液：

1.具有较高的导电性

2.与金属本身相同的化学反应

3.稀碱金属氨溶液是还原剂第9页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.2碱金属和碱土金属的性质

碱金属和碱土金属化学性质活泼且化学活泼性碱金属>

碱土金属第10页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.2碱金属和碱土金属的性质碱金属和碱土金属的一些重要反应金属反应物质反应式碱金属碱土金属H22M+H2

→2MHM+H2

→MH2碱金属Ca、Sr、BaMgH2O

2M+2H2O→2MOH+H2M+2H2O→M(OH)2+H2M+H2O(g)→MO+H2碱金属碱土金属卤素2M+X2

→2MXM+X2

→MX2LiMg、Ca、Sr、BaN26Li+N2

→2Li3N3M+N2

→M3N2第11页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.2碱金属和碱土金属的性质碱金属和碱土金属的一些重要反应金属反应物质反应式碱金属Mg、Ca、Sr、BaS

2M+S→M2SM+S→MSLiNaK、Rb、Cs碱土金属Ca、Sr、BaO24Li+O2

→2Li2O2Na+O2

→Na2O2M+O2

→MO22M+O2

→2MOM+O2

→MO2第12页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三碱金属的制备一般采用电解熔融盐的方法450℃下电解55%LiCl和

45%KCl的熔融混合物锂580℃下电解40%NaCl和60%CaCl2的混合物钠850℃下，用金属钠还原氯化钾钾800℃左右、减压下，用钙还原氯化物铷、铯第13页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三碱土金属的制备一般采用电解熔融盐的方法铍1.350-400℃下电解NaCl和

BeCl2的熔融盐2.用镁还原氯化铍1.先脱去水合氯化镁所含的水，再电解2.硅热还原

2(MgO·CaO)+FeSi→

2Mg+Ca2SiO4+Fe

镁第14页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三一般采用电解熔融盐的方法700-800℃下，电解CaCl2

和KCl的混合物2.铝热法：钙6CaO+2Al3Ca+3CaO·Al2O3

铝热法或硅还原法锶、钡碱土金属的制备第15页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三E(Li+/Li)可用焓变粗略估计

M(s)+H+(aq)→M+(aq)+H2(g)12△rGm=-z’F=-z’F{E

(H+/H2)-E(Li+/Li)}

=z’FE

(Li+/Li)E对碱金属若不考虑△rSm

的影响可用△rHm代替△rGm

第16页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三12△rHm={△subHm

+I1(M)+△hHm

(M+)}+{-△hHm

(H+)-D(H-H)-I1(H)}△rHm

的计算M(s)+H+(aq)H2(g)+M+(aq)△rHm-△hHm(H+)H+(g)+e-H(g)-I1(H)-D(H-H)M(g)M+(g)+e-I1(M)12△subHm△hHm

(M+)由上式可计算碱金属在水溶液中转变为水合离子过程的△rHm12第17页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三碱金属转变为水合离子过程的有关数据由上可看出，虽然△subHm(Li)和I1(Li)较大，但△hHm(Li+)较小，即Li+水合过程放出的能量特别大，而导致△rHm(Li)最小，△rGm

最小，故E(Li+/Li)最小。

-246-241-250-241-275△rHm

/(kJ·mol-1)-264-293-322-409-519△hHm

(M+)/(kJ·mol-1)376403419496520

I1(M)/(kJ·mol-1)78.885.890108.7161△subHm(M)/(kJ·mol-1)CsRbKNaLi第18页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三

第三节氢化物第19页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.3氢化物2M+H2→2MH(M代表碱金属)

M+H2→MH2(M代表Ca、Sr、Ba)

制备注意1.离子型氢化物2.纯离子型氢化物都是白色晶体;不纯的通常为浅灰色至黑色,其性质类似盐,又称为类盐型氢化物。

3.熔点、沸点较高，熔融时能够导电，其密度都比相应的金属的密度大得多。

第20页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.3氢化物性质易与水反应而产生氢气

LiH+H2OLiOH+H2

CaH2+2H2OCa(OH)2+2H2强还原性

TiCl4+4NaHTi+4NaCl+2H2受热时可以分解为氢气和游离金属2MH2M+H2

MH2M+H2第21页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.3氢化物性质可形成复合氢化物4LiH+AlCl3Li[A1H4]+4H2OLiOH+Al(OH)3+4H2Li[AlH4]+3LiCl第22页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三

第四节氧化物第23页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.4氧化物

类型类型氧化数氧存在形式举例过氧化物-1O2Na2O2、CaO2超氧化物-1/2O2

KO2

臭氧化物-1/3O3KO3低氧化物Cs7O正常氧化物-2ONa2O、CaO2---2-第24页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.4氧化物

类型在空气中直接形成间接形成正常氧化物Li、Be、Mg、Ca、Sr、BaⅠA、ⅡA族所有元素

过氧化物Na除Be外的所有元素超氧化物

Na、K、Rb、Cs除Be、Mg、Li外所有元素形成第25页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.4.1正常氧化物

Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜色白色白色淡黄色亮黄色橙红色熔点/℃>分解)400(分解)400(分解)BeOMgOCaOSrOBaO熔点/℃25302852261424301918硬度(金刚石=10)95.64.53.53.3M-O核间距/pm165210240257277由于阴、阳离子带两个单位电荷，M-O核间距较小，MO具有较大晶格能，所以硬度大，熔点高。是重要建筑材料；可做熔矿剂；制取电石的原料常用来制造耐火材料和金属陶瓷具有反射放射性射线的能力，常用作原子反应堆外壁砖块材料。碱土金属的氧化物均为白色在水中溶解度一般较小第26页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.4.2过氧化物和超氧化物

1.在碱性介质中是强氧化剂,常用作熔矿剂例2Fe(CrO2)2+7Na2O2

→4Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O2.室温下，与水或稀酸反应生成H2O2例Na2O2+2H2O→2NaOH+H2O2

Na2O2+H2SO4

→Na2SO4+H2O2

2KO2+2H2O→2KOH+H2O2+O2↑

2KO2+H2SO4

→K2SO4+H2O2+O2↑2H2O2

→2H2O+O2↑第27页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.4.2过氧化物和超氧化物

3.与CO2反应放出O2例

2Na2O2+2CO2

→2Na2CO3+O2↑4KO2+2CO2

→2K2CO3+3O2↑第28页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.4.2过氧化物和超氧化物

Na2O2在熔融时不分解，遇到棉花、木炭或铝粉等还原剂时，会发生爆炸，使用时应特别小心。过氧化物和超氧化物常用做防毒面具、高空飞行、潜水作业的供氧剂。第29页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.4.3臭氧化物

与水反应生成MOH和O24MO3+2H2O→4MOH+5O2↑室温下，缓慢分解为MO2和O2MO3

→MO2+O2↑12第30页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三

第五节氢氧化物第31页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.5氢氧化物

易潮解在空气中吸收CO2生成碳酸盐均为白色固体碱金属氢氧化物又称为苛性碱因它对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用第32页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.5.1碱金属和碱土金属(氢氧化物的碱性)*

LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中强碱强碱强碱强碱强碱Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2两性中强碱强碱强碱强碱与酸反应Be(OH)2+2H+

→Be2++2H2O与碱反应Be(OH)2+2OH-

→[Be(OH)4]2-第33页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三

氢氧化物酸碱性递变规律：R-O-H规则氧化物水合物通式R(OH)nRO-+H+R–O–HR++OH-酸式解离碱式解离R–O–H在水中解离方式R–O–H解离方式取决于Rn+的极化作用阳离子电荷阳离子半径离子势()=

R的大，使O—H键极性增强，则为酸式解离R的小，使R—O键极性增强，则为碱式解离第34页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三氢氧化物酸碱性递变规律——R-O-H规则

值

<0.22

0.22~0.32

>0.32R-O-H酸碱性

碱性

两性

酸性例第三周期元素氧化物水合物的酸碱性最强酸0.5127HClO4Cl强酸0.4529H2SO4S中强酸0.3638H3PO4P弱酸0.3240H2SiO3Si两性0.24535Al(OH)3Al中强碱0.1772Mg(OH)2Mg强碱0.1102NaOHNa酸碱性Rn+半径/(pm)氧化物水合物元素值第35页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三氢氧化物酸碱性递变规律——R-O-H规则

值

<0.22

0.22~0.32

>0.32R-O-H酸碱性

碱性

两性

酸性强碱0.12136Ba强碱0.13118Sr强碱0.14100Ca中强碱0.1772Mg两性0.2727Be(OH)2Be酸碱性值R2+半径氢氧化物元素例碱土金属元素氢氧化物的酸碱性Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2第36页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.5.2碱金属和碱土金属-氢氧化物的溶解性

碱金属的氢氧化物易溶于水，但LiOH溶解度较小。

溶解度

碱土金属的氢氧化物

<

碱金属氢氧化物Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2

溶解度增大随着阳离子半径的增大,阳离子与阴离子之间的吸引力减小,易被水分子拆开的缘故。因为离子半径M(Ⅱ)<M(Ⅰ)

离子电荷M(Ⅱ)>M(Ⅰ)使阳离子与阴离子之间吸引力M(Ⅱ)>M(Ⅰ)第37页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三

第六节盐类第38页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.6盐类的性质

绝大多数碱金属、碱土金属盐类的晶体属于离子晶体，熔、沸点较高。常温下是固体，熔化时能导电。碱金属、碱土金属与无色阴离子形成的化合物是无色或白色；碱金属、碱土金属与有色阴离子形成的化合物常呈阴离子的颜色。如卤化物、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐等为无色

BaCrO4为黄色、KMnO4为紫色铍与易变形的阴离子的化合物为共价化合物因为Be2+半径小，电荷较多，极化力较强。如BeCl2是共价化合物：熔点低、易升华、能溶于有机溶剂中。第39页，讲稿共46页，2023年5月2日，星期三10.6盐类的性质

一般来说，碱金属和碱土金属盐具有

较高的热稳定性一般来说，碱金属盐易溶于水；

碱土金