第15章 S区元素教材

第15章s区元素定义——最后一个电子填充在s轨道的就是s区元素，类似的有p、d、f区元素。碱金属（IA）nS1：LiNaKRbCsFr碱土金属（IIA）nS2：BeMgCaSr

BaRa都是活泼金属FujianNormalUniversityChapter15元素周期表ⅠA011HⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Nb42Mo43Tc44Ru45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112UubⅠA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。ⅠA、ⅡA为s区元素FujianNormalUniversityChapter1515.1氢

15.1.1氢在周期表中的位置和同位素1.氢在周期表中的位置氢只有一个电子，是最轻的元素，也是含量最丰富的元素。性质非常独特，兼有碱金属和卤素的性质，但又与它们区别，因此可以将它放入ⅠA族或ⅦA族，或者将它独立放置。2.氢的同位素核素——具有特定质子数和中子数的原子。同位素——质子数相同而中子数不同的原子，即同种元素的不同核素。FujianNormalUniversityChapter15符号含量/%

1H（氕）H99.98

2H（氘）

D0.016

3H（氚）T0.004氢有三种同位素111由于三者之间质量差异较大，导致性质差异也比别的同位素来得大，因此各自有自己的名称。FujianNormalUniversityChapter15氘和氚的能源价值——氘和氚是核聚变反应的原料，这种核聚变不仅是太阳能量的源泉，也是人类利用核能中探索的方向。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。

FujianNormalUniversityChapter15由于原料氘在海水中的大量蕴藏，核聚变被视为“永久能源”，也没有核废料的威胁（主要生成氦）。核聚变能产生上亿度的高温，虽然用磁场束缚（托卡马克法）使高温等离子体不直接接触材料，但对材料要求还是十分苛刻，如耐中子辐射、耐高温和抗氢脆等。因此，材料是聚变堆能否实用化的关键因素之一。FujianNormalUniversityChapter15同位素对原子量的影响周期表上所列的原子量实际上是各种同位素按丰度加权的平均值（自学P616）。FujianNormalUniversityChapter1515.1.2氢的制备、性质和用途1.氢的制备实验室：是利用无机酸和锌等活泼金属的反应。由于试剂不纯，常导致H2含有杂质。Zn+2H+

→

Zn2++H2↑野外：CaH2(s)+2H2O(l)=Ca(OH)2(s)+2H2(g)Si(s)+2NaOH(aq)+H2O(l)=Na2SiO3(aq)+2H2(g)FujianNormalUniversityChapter15(1)天然气或焦炭与水蒸气作用，

得到水煤气（CO和H2的混合物）CH4+H2OCO+3H2800-900℃Ni、Co催化剂C+H2OCO+H21000℃(2)水煤气与水蒸气反应，得到CO2和H2的混合气CO+H2OCO2+H2Fe、Cr催化剂(3)用高压水洗法除去CO2（溶解）可得较纯的氢气。工业上：1.水煤气法

FujianNormalUniversityChapter15电解15%~20%氢氧化钠溶液

阴极：2H2O+2e－＝H2↑+2OH－阳极：4OH--4e-

→2H2O+O2可制得高纯度的氢气，但耗电量大，成本很高。2.电解法FujianNormalUniversityChapter152.氢的性质和用途化学性质氢不太活泼，在常温常压下，不与氟以外的物质反应，但氢与氧或氯的混合物在火花或紫外线照射下会爆炸。加热加压下，氢的活泼性大大增加，可与元素直接化合成许多氢化物（如NH3）。FujianNormalUniversityChapter15物理性质氢分子间范德华力很弱，因此熔沸点很低。液氢、固氢的密度在所有液体、固体中最低。氢气在水中的溶解度很小，但可大量溶于镍、钯、铂等金属中。储氢材料FujianNormalUniversityChapter15用途冶金工业中常作为高温还原剂CuO(s)+H2(g)=Cu(s)+H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)=3Fe(s)+4H2O(g)主要用于加氢反应，如石油加氢、食用油加氢等。FujianNormalUniversityChapter15补充资料——油脂氢化油脂氢化是指液态油脂或软脂在一定条件下与氢气发生加成反应，使油脂分子中双键得以饱和的过程。经过氢化的油脂称为“氢化油”，极度氢化的油脂亦称为“硬化油”。油脂氢化降低了油脂的不饱和度，提高了油脂的熔点、固脂含量、抗氧化稳定性及热稳定性，改善油脂的色泽、气味和滋味，扩大了用途，具有很高经济价值。FujianNormalUniversityChapter15如使棉籽油、豆油等液态植物油充分代替原先的乳类脂肪、肉类脂肪，生产人造奶油基料、起酥油（主要用来酥化或软化烘培食品，品种丰富）基料、生产工业用油等。FujianNormalUniversityChapter15传统化石能源面临枯竭和污染双重困难。氢能理论上是上述问题的完美解决。氢可以从水中获得，燃烧也不会产生污染，而且燃烧值（单位质量物质燃烧产生的热量）很高。H2(g)+O2(g)→H2O

(g)

△rHm

=-241.84kJ·mol-1，温度达到2800℃3.氢能源FujianNormalUniversityChapter15几种物质的燃烧值（kJ.g-1）FujianNormalUniversityChapter15氢能利用的关键氢的制备如何从水（分解）中经济高效地制备氢还是有待解决的问题，人们甚至在尝试藻类——如鱼腥藻生物制氢（P619图15.1）。电镜下的鱼腥藻FujianNormalUniversityChapter15氢的贮存传统——有两种方式。一种是采用压缩贮氢的方式，用高压钢瓶（氢气瓶）来贮存氢气。钢瓶贮存氢气的容积很小，即使加压到150个大气压，瓶里所装氢气的质量还不到气瓶质量的1%，而且还有爆炸的危险。另一种是采用液化贮氢的方式（如我国的“长征”火箭就以液氢为燃料），将氢气降温到-253℃变为液体进行贮存。氢气液化的费用非常昂贵，它几乎相当于三分之一液氢的成本；而且，液氢的贮存容器异常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化而避免浪费。FujianNormalUniversityChapter15新出路——在1960年，荷兰菲利浦公司研制出吸氢能力最强的贮氢材料：镧镍系列吸氢合金，但成本很高。怪事——1974年，日本松下公司的一个氢气瓶前一个晚上从10个大气压降低到不足1个大气压。经仔细检查，氢瓶并没有漏气。查来查去，原来问题出在制造气瓶的材料上。气瓶制造厂知道钛锰合金强度高，耐压保险，就用它装氢气。不料它有很强的吸氢能力，把瓶内的大部分氢气吸进瓶壁里去了。现在，全世界已研究出多种储氢合金，除钛锰合金外，还有镁镍合金、镁铜合金、铝锰合金、锆铬合金和各种含稀土的储氢合金。FujianNormalUniversityChapter1515.1.3氢化物狭义——氢与电负性比它小的元素（如金属）生成的化合物。广义——含有氢（这里的讨论基于此）。FujianNormalUniversityChapter151.分子型氢化物（甲烷、氨、水等）氢与ⅣA~ⅦA族元素的二元化合物，又称共价型氢化物。熔、沸点较低，大多数为无色气体（除水等）。大多数在固态时属分子晶体。结构简单，但化学性质差异较大。FujianNormalUniversityChapter152.离子型（类盐型）氢化物氢与ⅠA、ⅡA族元素的二元化合物，如H2(g)+2Na(s)==2NaH(s)纯的为白色晶体，不纯的为浅灰色至黑色；具有离子化合物特征，如熔、沸点较高，熔融时能导电；高温FujianNormalUniversityChapter15H－存在的重要化学证据——电解时阳极放H2：

2H-→H2+2e-是极强的还原剂，在高温下可还原金属氯化物、氧化物和含氧酸盐。TiCl4+4NaHTi+4NaCl+2H2↑如400℃O2(g)+2NaH(s)=Na2O(s)+H2OFujianNormalUniversityChapter15H－半径较大，有未共用电子对，因此是强的路易斯碱，可作配位体，形成复合氢化物（如氢化铝锂LiAlH4

）。AlCl3(s)+4LiH(s)=LiAlH4(s)+3LiCl(s)复合氢化物在合成化学中广泛用作还原剂。FujianNormalUniversityChapter15一些碱金属和碱土金属氢化物的标准摩尔生成热（kJ.mol-1）——远小于碱金属卤化物的标准摩尔生成热（420kJ.mol-1左右），说明H-的稳定性较小。FujianNormalUniversityChapter153.金属型氢化物某些金属（特别是过渡金属）加热时与氢生成金属氢化物（1体积Pd

可吸收700体积

H2

）。减压或加热可使氢化物分解，因此被用来贮氢和制备超纯氢，即贮氢材料（合金）。吸氢放氢2M(U)(s)+xH2(g)2MHx(s)这些物质在吸氢前后性能是类似的（外观、反应性、导电等）。FujianNormalUniversityChapter15由于压差和H原子在Pd中的流动性（吸氢、受热分解），氢以原子形式迅速扩散穿过Pd–Ag合金，而杂质气体则不能。超纯氢的制备FujianNormalUniversityChapter1515.2碱金属和碱土金属LiNaKRbCsBeMgCaSrBaFujianNormalUniversityChapter15ⅠA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----碱金属和碱土金属的性质FujianNormalUniversityChapter1515.2.1金属1.存在由于碱金属和碱土金属的化学活泼性很强，决定了它们不可能以单质的形式存在于自然界。碱金属——Na和K的丰度较高，主要有NaCl、KCl等。Li、Rb、Cs含量少。Fr很少而且半衰期很短，因此很少研究。碱土金属——除Be和Ra外，其余都以难溶碳酸盐和硫酸盐的形式大量存在于地壳中。如白云石CaCO3.MgCO3、菱镁矿MgCO3

、方解石CaCO3

、碳酸锶矿SrCO3

、石膏CaSO4.2H2O、天青石SrSO4和重晶石BaSO4等。FujianNormalUniversityChapter152.制备（1）熔融电解法（常用）A：石墨阳极D：网状隔膜F：铁阴极G：收集器H：阳极罩R：环形槽阳极：2Cl－

-2e

=Cl2阴极：2Na++2e=2Na总反应：2NaCl(l)==2Na(l)+Cl2(g)A+DDRHFGNaCl2熔融电解法制钠FFujianNormalUniversityChapter15（2）热还原法2MgO(s)+2CaO(s)

+Si(s)＝2Mg(g)+Ca2SiO4(s)MgO(s)+C(s)＝CO(g)+Mg(g)白云石CaCO3.MgCO3分解物FujianNormalUniversityChapter15金属钾能否采用类似制钠的方法制备呢？不能，原因是：金属K因C电极（CO）生成羰基钾；金属K易溶在熔盐中，难于分离；金属K蒸气易从电解槽逸出造成易燃爆环境；在电解槽中容易与O2生成超氧化钾，此化合物与金属钾有爆炸性反应。热(1620F)热热N2K合金

(或K)N2N2K合金

(或K)蒸气排泄阱NaCl

渣和N2NaNaCl

渣KCl(1550F)熔融不锈钢环NaCl

渣Na

蒸气N2N2Na工业上钾的提取热热KCl+NaNaCl+K熔融FujianNormalUniversityChapter15FujianNormalUniversityChapter1515.2.2单质通性碱金属的最外层是ns1，容易失去呈现+1氧化态。由于第二电离能很大，因此不表现出别的氧化态。碱土金属的氧化态一般是+2。FujianNormalUniversityChapter15物理性质因为碱金属和碱土金属的原子半径较大，价电荷较少，其金属晶体中的金属键不太牢固，所以它们的熔点、沸点、强度、硬度较低。其中Cs的熔点最低，仅为28.5℃，放在手心即可熔化。除Be、Mg外，均可用刀切削，Cs最软。它们的密度也较低（Li是最轻的金属，仅0.53g/cm3）。从Li到Cs原子半径增加，金属键强度降低，电离能减小。因此Cs容易出现光电效应（发射电子）。FujianNormalUniversityChapter15化学性质碱金属和碱土金属都是活泼金属，尤其是碱金属。同族元素内，活泼性从上而下增加。碱金属容易与空气（的氧和水蒸气）或水反应，因此应在煤油中贮存。2M(s)+2H2O(l)=2MOH(aq)+H2(g)

Li与水的反应较平稳，Na剧烈，K燃烧，Rb和Cs爆炸。LiNaKFujianNormalUniversityChapter15锂的标准电极电势比钠或钾的标准电极电势小，为什么Li与水反应没有其它金属与水的反应激烈？电极电势属于热力学范畴，而反应剧烈程度属于动力学范畴，两者之间并不等同。Li与水反应没有其它碱金属与水反应激烈，主要原因有:(1）锂的熔点较高，与水反应产生的热量不足以使其熔化;(2)与水反应的产物溶解度较小，一旦生成，就覆盖在金属锂的上面，阻碍反应继续进行。性质LiNaKRbCs熔点/K453.69370.96336.8312.04301.55MOH水中溶解度/(mol·L-1)5.326.419.117.925.8FujianNormalUniversityChapter15碱土金属中Be和Mg遇水（或氧）会生成氧化膜，阻碍了进一步反应，Ca、Sr、Ba则与水剧烈作用（生成碱），但程度不如碱金属。碱金属和碱土金属还能和许多非金属元素，如卤素、硫、氧、氮、氢等直接作用生成相应的化合物。CaFujianNormalUniversityChapter15碱金属和碱土金属可溶于液氨，生成溶剂合阳离子、溶剂合电子，形成深蓝色溶液，具有较高导电性，与金属本身具有相同的化学反应。导电性超过任何电解质溶液，类似金属。

碱金属M(s)+(x+y)NH3=M+(NH3)x+e-(NH3)y碱土金属M(s)+(x+2y)NH3=M2+(NH3)x+2e-(NH3)y与液氨的作用FujianNormalUniversityChapter15对角线规则指周期表中位于对角的典型元素性质相似，如Li和Mg、Be和Al、B和Si等。周期表横排自左而右，元素金属性减弱；纵行自上而下，元素金属性增强。这两个效应在处于对角线位置的两元素中得到一定程度的抵消，造成两元素性质相接近，甚至相似性超过本族的其他元素。FujianNormalUniversityChapter15RaFr7ⅠABaSrCaMgBeⅡACsRbKNaLiH0Rn

At

PoBiPb

Tl

6Xe

ITeSb

Sn

In5KrBrSeAsGe

Ga

4Ar

Cl

SPSi

Al3Ne

FONCB2HeⅦAⅥAⅤAⅣAⅢA1

对角线规则原因：Z/r比较相似FujianNormalUniversityChapter15单质的用途Na溶于汞形成的汞齐是化学中有效的还原剂。Na的最大用途是用于制备四乙基铅Pb(C2H5)4，为汽油抗震剂（如果汽油在到达适当部位前即行被点燃，就会使机械发生强烈震动）。无铅汽油的问世使其用量减小，用Fe(CO)5等替代。Be对X射线的吸收很小，常作为X射线管的窗材料。Be熔点相对较高，而中子俘获截面小，因此可在核工业中发挥作用（如中子减速）。Mg在合金中应用广泛，由于比重（1.74）比Fe（7.8）低得多，所以特别适于制备轻质结构合金。FujianNormalUniversityChapter1515.2.3卤化物碱金属卤化物都是离子型化合物，它们的标准摩尔生成焓的绝对值都较大。碱金属和碱土金属卤化物大都易溶，但LiF微溶，碱土金属氟化物也不易溶于水。FujianNormalUniversityChapter15无水氯化钙有强烈的吸水性，是一种廉价的干燥剂。氯化钙还可以作致冷剂，将CaCl2.6H2O和冰水以不同比例混合，可以导致不同的低温，最低可达-54.9℃。氯化钡是最重要的可溶性钡盐（可溶钡盐都有毒）。氯化钡可用盐酸和碳酸钡制得。工业上则是在高温下用煤粉还原重晶石BaSO4：BaSO4(s)+4C(s)=BaS(s)+4CO(g)BaS(s)+2HCl(aq)=BaCl2(aq)+H2S(g)FujianNormalUniversityChapter1515.2.4氧化物和氢氧化物

1.氧化物碱金属（和碱土金属）的氧化物有四种类型；普通氧化物M2O、过氧化物M2O2

、超氧化物MO2和臭氧化物MO3

。普通氧化物：碱土金属在室温和加热条件下与氧气直接化合生成普通氧化物MO；碱金属只有Li直接和氧化合生成单一的Li2O，其余采用间接方法制取。例如：FujianNormalUniversityChapter15

Na2O2+2Na==2Na2O2KNO3+10K==6K2O+N2MCO3==MO+CO2这两族氧化物热稳定性、熔点总的趋势从上到下逐渐降低。如Li2O熔点高达1973K，Na2O在1548K时升华，而其余碱金属氧化物在末达到熔点前即开始分解。FujianNormalUniversityChapter15碱（碱土）金属氧化物能与水反应，常常生成相应的强碱并放热，例如：Na2O+H2O==2NaOHCaO+H2O==Ca(OH)2

BeO和MgO熔点高（BeO：2803K，

MgO：3073K），用作耐火材料；CaO用作建筑材料。FujianNormalUniversityChapter15过氧化物和超氧化物：碱金属在空气中燃烧时，除Li以外均生成过氧化物M2O2，如淡黄色Na2O2

、白色K2O2

等。在高温及过量氧条件下，有的可生成超氧化物MO2

，如橙黄色KO2。它们皆不稳定，当加热、遇水、遇CO2时都会分解或发生反应，放出O2，如Na2O2+2H2O==H2O2+2NaOH→H2O+1/2O2+2NaOH2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2(g)2KO2+2H2O==O2+H2O2+2KOH4KO2+2CO2==2K2CO3+3O2(g)FujianNormalUniversityChapter15过氧化物中Na2O2最重要，它是一种强氧化剂。在分析化学中常用Na2O2分解某些矿物（钠熔法），将矿物中的硫、锰、铬、钒等氧化成可溶性含氧酸盐，从试样中分离出来，例如：MnO2+Na2O2==Na2MnO4过氧化物和超氧化物经常在深井作业、潜水作业、宇宙航行和战地医院里用作供氧剂、漂白剂（氧化可使色素分子转变，颜色因而消去，且变成可溶物被水洗去）和CO2吸收剂。FujianNormalUniversityChapter15臭氧化物：在冷冻条件，O3可和氢氧化K（Rb、Cs）生成臭氧化物，其性质和过氧化物、超氧化物性质类似。3KOH(s)+2O3(g)=2KO3(s)+KOH·H2O(s)+1/2O2(g)4MO3(s)+2H2O=4MOH(l)+5O2KO3=KO2+1/2O2FujianNormalUniversityChapter15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2.氢氧化物FujianNormalUniversityChapter15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。碱土金属的氢氧化物＜碱金属氢氧化物因为离子半径M(Ⅱ)<M(Ⅰ)

离子电荷M(Ⅱ)>M(Ⅰ)使阳阴离子之间吸引力M(Ⅱ)>M(Ⅰ)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，晶格能下降，易溶。（深入理解参考“相差溶解”的讨论）。Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2

Sr(OH)2

Ba(OH)2溶解度增大FujianNormalUniversityChapter15碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。在空气中易吸水潮解，所以NaOH是常用的干燥剂。在空气中吸收CO2生成碳酸盐。碱金属氢氧化物对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用，因此称为苛性碱。熔融的苛性碱会侵蚀玻璃和瓷器，也可破坏Pt器皿，因此实验室用银坩埚。NaOH是强碱，不仅和酸性氧化物反应，还可与两性氧化物反应。Al2O3+2NaOH=熔融==2NaAlO2+H2OZnO(s)+2NaOH(aq)=Na2ZnO2(aq)+H2O(l)FujianNormalUniversityChapter15还可以溶解金属Al、Zn和非金属B、Si：2Al

(s)+2NaOH(aq)+6H2O(l)=2Na[Al(OH)4](aq)+3H2(g)2B

(s)+2NaOH(aq)+2H2O(l)=2NaBO2(aq)+3H2(g)Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2

（g）Ca(OH)2价格便宜，是制造漂白粉、氨和氢氧化钠的原料。FujianNormalUniversityChapter151.写出下列反应式：CaH2+H2O;LiH(熔融电解);Si+NaOH+H2O;U+H2;Na+H2O;Na2O+H2O;Na2O2+H2O;Na2O2+Na;Al2O3+NaOH;Al+NaOH+H2O2.碱金属和碱土金属常用什么方法制备？写出代表性反应式。而制备K的一般方法是什么？3.对角线规则是什么？写出三对典型代表元素。FujianNormalUniversityChapter1515.2.5含氧酸盐

常见的含氧酸盐有碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐等。晶型——碱金属和碱土金属的含氧酸盐绝大多数是离子晶体，但铍、锂、镁盐有不同程度的共价性。颜色——除与有色阴离子（如紫红MnO4-、橙红Cr2O72-、黄CrO42-）形成的盐外，其余均无色。FujianNormalUniversityChapter15盐溶解规律“相差溶解”规律——指一般阴、阳离子半径相差较大的离子型盐类在水中溶解度较大，相近的溶解度较小（电荷大，半径小对水合焓和晶格能都有利，但半径差大，对应水化焓更有利）。经验规律——阴离子的半径比较大时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而减小，相反，阴离子的半径比较小时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而增大。1.溶解度FujianNormalUniversityChapter15离子半径影响晶格能离子电荷

水合焓盐溶解的热力学解释f1，f2，f3是常数

一般来说，溶解过程熵变的数值比较小。因此溶解过程所涉及的热焓变化，常常成为盐类溶解度大小的主要依赖因素。FujianNormalUniversityChapter15左图显示，溶解焓较负（即溶解性较大）的化合物都是阴、阳离子水合焓差异较大（或正或负）的化合物，也是阴、阳离子半径相差较大（的盐类）化合物。FujianNormalUniversityChapter15碱金属含氧酸盐在水中的溶解度（g/100g水，按无水盐计）温度/oC锂钠钾铷铯碳酸盐201.3321.5113223262酸式碳酸盐20—9.633.3116211硝酸盐20708831.653.323.0硫酸盐2034.819.411.148.2179明矾25—43.17.231.810.50高氯酸盐25502112.071.281.97FujianNormalUniversityChapter15碱金属盐——一般易溶于水，但某些半径较大的阴离子（高氯酸根、高锰酸根）和较重的碱金属形成的盐常常溶解度有限。少数Na、K的难溶盐醋酸铀酰锌钠NaZn(UO2)3(Ac)9·9H2O、焦锑酸氢钠Na2H2Sb2O7、酒石酸氢钾KHC4H4O6可用于化学分析。FujianNormalUniversityChapter15碱土金属含氧酸盐在水中的溶解度（g/100g水，按无水盐计，20oC附近）铍镁钙锶钡碳酸盐—0.00110.000620.000590.00086硝酸盐10770.212970.89.1硫酸盐40.835.80.2030.0130.00024铬酸盐—72.32.320.100.00035草酸盐33.10.0300.00080.00420.0112高氯酸盐14799.8189310198FujianNormalUniversityChapter15

碱土金属盐——AB2型盐多数易溶于水，如硝酸盐、氯化物、醋酸盐，但氟化物除外。而AB型盐类多数不溶于水，如草酸盐、碳酸盐、硫酸盐等。在钙盐中草酸钙CaC2O4（白色）

，钡盐中BaSO4（白色）、BaCrO4（黄色）的溶解度最小，常用于离子鉴定。钙、锶、钡的碳酸盐溶于过量的CO2溶液中。MCO3+CO2+H2O＝M(HCO3)2（M＝Ca、Sr、Ba）FujianNormalUniversityChapter15来源于水中的镁盐和钙盐。暂时硬度——镁和钙的酸式碳酸盐，可以加热去除：M(HCO3)2(aq)＝MCO3(s)

+CO2(g)

+H2O(l)

永久硬度——其他镁盐和钙盐，通常是硫酸盐，不能加热去除，但可以用Na2CO3去除。水的硬度FujianNormalUniversityChapter15补充资料：自然界中的饮用水中，雨水属软水，江、河、湖、塘等普通地面水的硬度大都不高，而地下水的硬度往往偏高。我国南方多软水，北方多硬水。水的软硬与口感有关系，硬水爽口，多数矿泉水硬度较高，使人感到清爽可口，软水显得淡而无味。但用硬水泡茶，冲咖啡等饮料时口感将受到影响。有些食品加工用水比较讲究，硬水将影响食品加工，易造成蛋白质沉淀、无机盐沉淀或较难煮熟。锅炉用水一般应使硬水软化，否则会因水垢太多而发生意外事故。硬水还会使肥皂大大降低去污能力。FujianNormalUniversityChapter15那么，喝硬水好还是软水好呢？钙镁离子是人体每天必需的营养素，如果水有一定硬度（矿泉水），通过饮水可以补充一定量的钙镁离子（防止心血管疾病）。如果是长期服用软水的人，还需通过其它途径补充。但在水硬度较高地区，肾结石发病率却随水的硬度升高而升高。因此饮用水的硬度太高和太低都不好。我国饮用水标准中最适宜的饮用水属于轻度或中度硬水。FujianNormalUniversityChapter15整体规律——碱金属和碱土金属的含氧酸正盐的热稳定性整体较高，碱金属盐比碱土金属盐更高。对同一族元素来说，由上而下分解温度逐渐升高。以碳酸盐为例：2.热稳定性FujianNormalUniversityChapter15阳离子极化（离子势Z/r）与碱土碳酸盐分解温度（P660）性质阳离子极化力/pm-1·10-2分解温度/KBeCO321.3298MgCO313.1813CaCO39.71183SrCO38.11563BaCO37.21663FujianNormalUniversityChapter15金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_1.当无外电场时，CO32-中三个O2-被C4+极化而变形。2.金属离子相当于外电场，对临近的一个O2-产生反极化作用（作用相反），削弱了碳氧键。3.金属离子的极化力越强，其反极化作用越强，碳酸盐越不稳定，易导致碳酸盐热分解。4.H+极化力特强，反极化作用大，因此含氧酸稳定性总是比对应的盐小，而碳酸氢盐也比碳酸盐易分解。M2+FujianNormalUniversityChapter15碳酸盐:碱金属——Li2CO3(s)=Li2O(s)+CO2(g)其他碱金属碳酸盐很难分解。碱土金属——热分解很典型MCO3(s)=MO(s)+CO2(g)FujianNormalUniversityChapter15碱土金属碳酸盐的分解温度（℃）MCO3(s)=MO(s)+CO2(g)FujianNormalUniversityChapter15硝酸盐：分解温度较低。碱金属——一般分解为亚硝酸盐。碱土金属——Be、Mg硝酸盐分解为氧化物，Ca、Sr、Ba硝酸盐分解为亚硝酸盐（更高温也可分解为氧化物）。2M(NO3)2(s)=2MO(s)+4NO2

(g)+O2(g)（Be，Mg）M(NO3)2(s)=2M(NO2)2(s)+O2(g)

（Ca，Sr，Ba）2M(NO2)2(s)=2MO+4NO(g)+O2(g)（更高温）FujianNormalUniversityChapter15碱土金属硝酸盐的分解温度（℃）较低FujianNormalUniversityChapter15碱土金属硫酸盐的分解温度（℃）（很高）MSO4(s)=MO(s)+SO3(g)硫酸盐：碱金属硫酸盐很难分解FujianNormalUniversityChapter1515.4阳离子定性分析（P806）

15.4.1阳离子分析步骤将所有的阳离子分成若干组——将一种（阴离子）组试剂（下文即定义）加入混合溶液，就会和某些阳离子发生沉淀反应，因此这些阳离子得以分离，这些阳离子称为第一组。再加入新的组试剂后，又可沉淀出第二组阳离子来，等等。FujianNormalUniversityChapter15每一组的阳离子相互分离——利用每一组中阳离子化学性质上的差异，通过一系列经仔细选择的化学反应，而将每一个可能存在的阳离子从该组中一个一个地分离出来。鉴定每一个阳离子——通过该阳离子的一种或多种特殊反应来证实该阳离子的存在。（19）FujianNormalUniversityChapter15硫化氢系统在阳离子分析中，利用不同的组试剂，可以有多种不同的分离方案。这里介绍比较早的，也是比较有意义的硫化氢系统分组方案。由于H2S是二元弱酸，在不同的酸度时，S2－的浓度变化幅度很大（酸性越大，S2－的浓度越小）。同时各种金属硫化物的溶度积差异较大，所以可以在不同酸度的条件下分别沉淀各种硫化物使之分离，这是H2S系统分析的理论依据。FujianNormalUniversityChapter1515.4.2阳离子分析分组

根据阳离子与Cl-、S2-、OH-、CO32-的反应，可以分成5组。第一组——以氯化物从冷的稀HCl溶液中沉淀：Ag+、Hg22+、Pb2+。第二组——以硫化物从稀HCl（热）溶液中沉淀：Hg2+、Pb2+、

Cu2+、SbO+、Sn4+、Sn2+。第三组——以氢氧化物（Al3+、Cr3+

）或硫化物从含有NH3和NH4+的缓冲溶液（热）中沉淀：Fe3+、Fe2+

、Mn2+、Ni2+、Co2+、Zn2+。FujianNormalUniversityChapter15第四组——以碳酸盐从含有NH4+的碱性溶液（温热）中沉淀：Ba2+、Ca2+。第五组——以上条件都不能沉淀：Mg2+、K+、Na+、NH4+。FujianNormalUniversityChapter15FujianNormalUniversityChapter151.什么是相差溶解原理，为什么碱土金属氢氧化物的溶解度变化规律不同于其硫酸盐变化规律？2.碱金属和碱土金属含氧酸盐（碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐）的热稳定性规律如何？写出代表性反应式。P689：15（以前的反应式）FujianNormalUniversityChapter1515.5Ca2+、Ba2+、Mg2+、Na+、K+、

NH4+离子混合液的分