高中化学竞赛-碱金属和碱土金属

9高中化学奥林匹克竞赛辅导碱金属和碱土金属一、s区元素简介碱金属包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr，具有放射性)六种元素，位于元素周期表第ⅠA族。由于钠、钾的氢氧化物是常见的碱，所以本族元素称为碱金属，碱金属元素ns1。位于元素周期表第A族的铍(Be)(Mg)(Ca)(Sr)(Ba)(Ra，具有放射性)称为碱土金属，是由于这些元素的性质介于碱金属和稀土元素之间。碱土金属的价电子构型为ns2。第ⅠA族和第ⅠA的元素同属于元素周期表中的s区。在化学性质方面，碱金属、碱土金属的单质能与大多数非金属物质反响，如均极易在空气中燃烧。除了Be、Mg外，都较易与水反响。s区元素能形成稳定的氢氧化物，这些氢氧化物大多是强碱。sLiBe的离子半径小，极化作用较强，形F是离子型化合物，少数g的化合物也是共价型的。在物理性质方面，s(0.53g/cm3)，是最轻的金属，即使密度最大的镭，其密度也小于5g/cm3。碱金属、碱土金属的硬度除Be和Mg外也很小，其中碱金属和钙、锶、钡可以用刀切。二、碱金属元素碱金属简介碱金属晶体金属键较弱，熔沸点较低，硬度较小，用小刀即可切割。由于碱金属阳离子半径较大〔+除外，电荷低，碱金属阳离子的极化作用一般都比较小，形成的化合物主要是离子化合物。Li+为2电子构型，半径远小于同族的其他阳离子，因此极化作用较大，锂的化合物具有肯定程度的共价特征。碱金属的性质锂(Li)钠(Na)钾(K)铷(Rb)铯(Cs)原子序数311193755原子半径/pm155190255248267沸点/Ⅰ1317892774688690熔点/Ⅰ18097.8643928.5电负性电负性氧化数1.00，+10.90，+10.80，+10.80，+10.70，+1离子特征颜色离子特征颜色Li+Na+K+Rb+Cs+红色黄色紫色红紫色蓝色碱金属是同周期中除稀有气体元素外原子半径最大的元素，最外层仅一个价电子，有很强的NaK为代表介绍碱金属的性质。钠及其化合物只能以化合态存在。自然界中的含钠化合物有食盐(NaCl)、智利硝石(NaNO3)、纯碱(Na2CO3)、冰晶石(Na3AlF6)1807Na2CO3〔1807年更早些时，通过电解苛性钾觉察钾，钾的觉察早于钠。2Na能与H2O猛烈反响：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，所以NaNa之后的金属从盐溶液中复原出来，但可以将一些熔融状态的金属卤化物中的金属复原成单质。由于与H2O反响放出H，Na失火不能用水或者泡沫灭火器扑救，可用枯燥的沙土来灭火。2Na与绝大多数非金属在肯定条件下均能反响。NaNa2ONa2O4Na+O2=2Na2O，2Na2O+O22Na24Na+O2=2Na2O，2Na2O+O22Na2O22 在低温下，金属钠能溶于液氨，由于反响生成氨合电子，故Na的液氨溶液呈蓝色。Na(s)+(x+y)NH3(l)=[Na(NH3)x++[e·(NH3)y]-(蓝色)该溶液有顺磁性、导电性和强复原性。Na2O2在工业上可用作纤维、纸浆、木材的漂白剂。与水反响释放出O2，2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，该反响可视为分两步进展：Na2O2+2H2O=2NaOH+HO，2H2O2=2H2O+O2↑2 2Na2O2作为强氧化剂，能将FeO，CrO，MnO等氧化为可熔的含氧酸盐，因此在冶金业中3Na2O3Na2O2+Fe2O32Na2FeO4+Na2O

2 3 2 3 23Na2O2+Cr2O32Na2CrO4+Na2ONa2O2+MnO2Na2MnO4Na2CO33Na2O2+Cr2O32Na2CrO4+Na2ONa2O2+MnO2Na2MnO4Na2CO3(l)+2C(s)Na(g)+3CO(g)NaNaCl的方法，在电解时可CaCl2700Ⅰ以下。3.钾及其化合物钾是银白色金属，原子半径比钠大，金属键强度小于钠，故熔沸点均低于钠。实际上碱金属元素的熔沸点随电子层数的增加〔即半径的增大〕而降低。钾的第一电离能小于钠，有比钠更活泼的化学性质。它与水反响更加猛烈。在空气中极易被氧化，因此金属钾应当保存在煤油中。K在空气中燃烧生成超氧化钾(KO2)。戴维在觉察K时使用的是电解法，但实际生产中并不用电解法，由于KKCl熔体中，不简洁漂移在液体上方，不利于收集。现在生产K在液体上方，不利于收集。现在生产K承受如下方法：KCl(l)+Na(l)NaCl(l)+K(g)。CaCl22KCl+CaCaCl2↓+2K。碱金属盐溶解性绝大多数碱金属盐易溶于水

iOOKO)

](六硝基合钴酸钠钾)等较大阴离子的盐。

3 3 4 4 2 26碱金属氟化物、碘化物溶解度溶解度/mol·L-1LiF0.1NaF1.1KF15.9RbF12.5CsF24.2溶解度/mol·L-1LiI12.2NaI11.8KI8.6RbI7.2CsI2.8盐类的溶解度可用巴索洛阅历规章粗略推断：当阴、阳离子电荷确实定值一样而它们的半径相近时，生成的盐类一般难溶于水。即当大阳离子配大阴离子、小阳离子配小阴离子时，该盐难溶于水；当大阳离子配小阴离子，或小阳离子配大阴离子，它们之间半径大小严峻不匹配〔构造不稳定F和，前者是小与小配，后者是大与大配，说明它们匹配LiI、CsF的阴、阳离子半径相差很远，大小严峻不匹配，能溶于水。碱金属氧化物名称名称过氧化物超氧化物化学式LiO、NaO、KO、RbO、CsO22222NaO、KO2 2 2 2KO、RbO、CsO2 2 2这些金属在空气充分的条件下燃烧时，锂生成氧化物Li2O(纯白色)，钠生成Na2O2(淡黄色)，MO2(M=K、Rb、Cs)。Na2O2+2Na2Na2Na2O2+2Na2Na2O，2KNO3+10K6K2O+N2↑Na2O2+2Na2Na2ONa2O2+2Na2Na2O，2NaNO2+6Na4Na2O+N2↑超氧化物MO2中O2-为顺磁性的离子，只有大的阳离子如K+、Rb+、Cs+、Sr2+、Ba2+才能稳定它。室温下，碱金属的过氧化物、超氧化物与CO2反响释放氧气，可以作高空飞行、潜水等设备的供氧剂。2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O24KO2+2CO2=2K2CO3+3O2MO3(M=K、RbCs)O3MOH得到红色的晶体。4MOH+4O3=4MO3+O2+2H2O+1价，如Rb6O，Rb9O2，Cs7O等。碱金属氢化物2MH(M=Li、Na、K)。MH易与H2O反响生成H：2MH+H2O=MOH+H2↑，MHH-为复原剂，H2O中H+作氧化剂，发生归中反响。MH由于含H-LiH、NaH、KH等。400Ⅰ时，NaHTiCl4生成金属钛：TiCl4+4NaH Ti+4NaCl+2H2↑。433LiHAlCl3LiAlH，NaHB(OCH)433

NaBH：44LiH+AlCl3=LiAlH4+3LiCl，4NaH+B(OCH3)3=NaBH4+3CH3ONa44 LiAlH、NaBH4 三、碱土金属元素碱土金属简介碱土金属的价电子构型为n2但碱土金属通常形成+2价的化合物，由于形成+2氧化态的离子化合物晶格能远大于+1氧化态的化合物，足以补偿其次电离能。碱土金属的性质铍(Be)镁(Mg)钙(Ca)锶(Sr)钡(Ba)原子序数412203856原子半径/pm112160197215222沸点/Ⅰ29701107148713341140熔点/Ⅰ1280651845769725电负性1.51.21.01.00.9氧化数0，+20，+20，+20，+20，+2碱土金属盐溶解性碱土金属的氯化物、硝酸盐均易溶于水，碳酸盐、草酸盐、氟化物难溶于水。硫酸盐的溶解MgSO4(易溶)→CaSO4(微溶)→SrSO4(难溶)→BaSO4(难溶)的挨次递减。碱土金属单质碱土金属的单质有较高的化学活泼性，自上而下，碱土金属元素活泼性增加，能与电负性较大的非金属元素直接反响生成相应的化合物。3Mg+N2Mg3N2Be+2NaOH+2H2O=Na2[Be(OH)4]+H2↑(3Mg+N2Mg3N2Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑碱土金属卤化物

Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2↑(常温，猛烈)2l2具有链式的构造，气相中生成通过氯原子桥连的二聚体，进一步升温可以离解成直线型的单体分子。另外，Be2+易与F-形成配位离子[BeF4]2-，其他碱土金属离子不易与F-形成配位离子。碱土金属氧化物与氢氧化物碱土金属的碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物等热分解也能得到氧化物MO(M=Be、Mg、Ca、Sr、Ba)，如：MCO3 MO+CO2↑。a(MO与HO2O2H2·8H。2工业上把BaO在空气中加热到600Ⅰ以上使它转化为过氧化钡(BaO2)：2BaO+O2 2BaO。22碱土金属氧化物具有较大的晶格能，熔点都很高，硬度也较大〔如金刚石硬度为10，BeO的硬度等于。除O外，由O到O和O是重要的建筑材料，可由它制得价格廉价的碱Ca(OH)。2Be的氢氧化物和氧化物与铝类似，具有两性。Be(OH)2+2HCl=BeCl2+2H2O，Be(OH)2+2NaOH=Na2[Be(OH)4]Mg(OH)2为中强碱，钙、锶、钡的氢氧化物均为强碱。6.对角线规章在短周期中处于对角线上的元素：LiMg，BeAl，BSi的性质具有相像性，称为对角线规章。Li Be B CLiMg的相像性

Na Mg

Al SiLiMg的单质在氧气中燃烧均生成氧化物Li2OMgO至超氧化物。LiMg的氟化物(LiF、MgF2)、碳酸盐(Li2CO3、MgCO3)均难或微溶于水，而相应的其他碱金属元素氟化物和碳酸盐易溶。Li和Mg的氢氧化物为中强碱，溶解度不大，氯化物水合物受热发生水解，而其他碱金属元素为易溶于水的强碱。BeAl的相像性a.BeAl的氧化物和氢氧化物均为两性，而其他碱土金属的氢氧化物为碱性。b.Be和Al离子化合物。c.BeAlHNO3发生钝化，而其他的碱土金属与冷的浓HNO3直接反响。〔3〕BSi的相像性a.BSi的单质均为原子晶体。b.BSi的氢化物常温下均为高反响活性的气体，而铝的氢化物为多聚的固体。c.BSiAlCl3仅局部水解。d.BSiAl(OH)3为两性。+带12径较大，所以Li+和Mg2+离子极化力接近，在性质上具有相像性。可见，离子极化力相近是造成对角线上的元素性质相像的重要缘由。四、氢氧化物碱性的推断氢氧化物碱性氢氧化物碱性LiOH中强碱NaOH强碱KOH强碱RbOH强碱CsOH强碱→→→→→→→→→→→→→→碱性依次增加碱土金属的氢氧化物碱性关系为：氢氧化物 氢氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2碱性 两性 中强碱 强碱Sr(OH)2强碱Ba(OH)2强碱→→→→→→→→→→→→→→碱性依次增加M-OHM++OH-M-OHM++OH-(碱式电离)MO-HMO-+H+(酸式电离)MOH发生酸式电离还是碱式电离，取决于在离解时是断裂M-OH还是断裂MO-H，这是由金属离子Mn+Mn+-OHO-H键，O-H键易断裂，易发生酸式电离；假设MnMO-HMO-+H+(酸式电离)对于碱金属和碱土金属元素而言，离子半径从上到下渐渐增大，离子势渐渐减小。依据以上规章，我们可知碱金属和碱土金属的氢氧化物自上而下碱性渐渐增加。同周期的碱金属比碱土金碱性渐渐减弱，酸性渐渐增加，如碱性挨次：NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3。变式训练：以下物质与水反响，不产生H2O2的是〔〕2A.K2O2 B.Li2O C.BaO； D.Na2O22解：选B。A、C、D均为过氧化物，与水反响先生成相应氢氧化物和H2O2，H2O2可进一步分解H2O和O2，Li2OLiOH。在以下卤化物中，共价性最强的是〔D 〕氟化锂 B.氯化铷 C.碘化锂 D.碘化铍以下各组离子中，都能与F-形成稳定配离子的一组是〔B〕A.Na+，K+，Rb+ B.Al3+，Be2+，Fe3+ C.Ca2+，Sr2+，Ba2+ D.Li+，Be2+，Na+4.以下碳酸盐中最易分解为氧化物的是〔〕CaCO3 B.BaCO3 C.MgCO3 D.SrCO3解：选C。在四种碳酸盐的二价金属阳离子中，Mg2+的半径最小，离子势最大，极化力也最大，最简洁使碳酸根发生变形而分解。5.〔2023北大自招〕不同于水溶液，在液氨的环境中，不活泼金属可以将活泼金属置换出来，Mg+2NaI=MgI2+2Na，试解释发生这样反响的缘由。解：在液氨体系中，MgI2Mg+2NaI=MgI2+2Na平衡向右移动。LiCl+H2OLiOH+HClLiOH固体，LiOHLi2O，电Li2OLiO：2LiLiCl+H2OLiOH+HClLiOH固体，LiOHLi2O，电Li2OLiO：2LiO224Li+OCl生成。222完成以下反响：7-1KO3+H2O=？7-2BeF2+NaF=？解：7-14KO3+2H2O=4KOH+5O27-2BeF2+2NaF=Na2BeF4写出金属钠在空气中燃烧，生成物溶于水，再滴入KMnO4溶液的反响方程式及反响现象。解：空气中燃烧：2Na+O2=Na2O2Na2O2KMnO4MnO2沉淀并有氧气放出：2KMnO4+3Na2O2+4H2O=2MnO2↓+3O2↑+6NaOH+2KOH也可能消灭绿色的锰酸盐：2KMnO4+Na2O2=K2MnO4+Na2MnO4+O2↑。9.〔2023全国初赛〕近年来，某些轻元素的含氢化合物及其复合体系作为氢源受到广泛关注。化A(XYH2)B(XH)A受热分解生成固体化合物C并放出D，DpH试纸变蓝。AB混合可优化放氢性能。争论觉察，该混合体系的放氢反响分三步进展：2A=C+D(1)D+B=A+H2(2)C+B=E+H2(3)将A和B1:2的摩尔(物质的量)比混合，在催化剂作用下，所含的氢全部以氢气放出，失10.4%。A、C、EFD。GXYCO2的等电子体，G分解生成E和一种无色无味的气体I。物质化学式ABCDEFGI写出A、B、C、D、E物质化学式ABCDEFGIB的化学式，知X应为一种碱金属，而金属中最轻的金属莫过于锂了，D为氨气，则可知YN，AB1:2摩尔比反响的方程式为：XNH2+2XH=X3N+2H2，再结合失重率10.4%可以计算出X6.91，故XLiF为LiOH，GLiNCO2N3-，3故GLiN，叠氮化物易分解产生氮气，这