无机化学课件：第十章 碱金属和碱土金属元素

1、第十章 碱金属和碱土金属元素,一、碱金属、碱土金属的通性 价层电子构型：IA，ns1 IIA，ns2 1、 金属性和非金属性 均为金属元素（外层电子少，原子半径大，核电荷周期最少）。 金属性：IAIIA。性质：金属键不牢固，所以单质熔、沸点很低，硬度较小，其中IIAIA。 碱金属中Cs、Rb金属性质最强，失电子倾向最大，所以可作光电管，如Cs光电管制成的自动报警器可报告远处火警；制成的天文仪器可以测定与地球距离。,2、氧化数：分别为+1和+2，一般无变价。 3、化合物键型：以离子键为主，其中Li+、Be2+由于半径小，其化合物有一定的共价性，如BeCl2等。 4、特性：碱金属和碱土金属可溶于液

2、氨，形成深蓝色溶液。 IA： M(s) +（x+y）NH3 = M+(NH3)x + e-(NH3)y IIA: M(s) + (x+2y)NH3 = M2+(HN3)x + 2e-(NH3)y 所以，IA、IIA的氨溶液具有较高的导电性和与金属相同的还原性。,二、氧化物 碱 金属和碱土金属能形成多种类型的氧化物：正常氧化物（含）、过氧化物（含）、超氧化物（含），臭氧化物（含）及低氧化物。 （一） 正常氧化物 多数为白色固体，K2O（淡黄）、Rb2O（亮黄）、Cs2O(桔红)；熔点：IIAIA；硬度IIAIA，所以BeO、MgO作耐火材料和金属陶瓷，BeO还有反射放射线的能力，常用作原子反应堆

3、外壁砖块材料。,（二）过氧化物和超氧化物 除Be外IA、IIA均能形成过氧化物（离子型） 除Li、Be、Mg外，IA、IIA能形成超氧化物。 性质： （1）室温下，均能与水和稀酸反应： Na2O2+2H2O2NaOH+H2O2 Na2O2+H2SO4Na2SO4+H2O2 2KO2+2H2O2KOH+H2O2+O2 2KO2+2H2SO42K2SO4+H2O2+O2,（2）与CO2的反应： 2Na2O2+2CO22NaCO3+O2 4KO2+2CO22K2CO3+3O2 因此，过氧化物和超氧化物常用作防毒面具、高空飞行、潜水的供氧剂。Na2O2为常用的过氧化物，纯的为白色，工业品带浅黄；在碱性

4、介质中是强氧化剂，常作矿熔剂。如： 2Fe(CrO2)2+7Na2O2 2Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O 还可用于纺织、纸浆漂白。Na2O2熔融分解，但遇到棉花、Al粉等还原性物质，会爆炸，故使用Na2O2要小心。,（三）臭氧化物和低氧化物 低温下，臭氧O3和粉末状无水碱金属（除Li外）氢氧化物反应，用液氨提取可得红色的MO3固体： 3MOH(s)+2O3(g)2MO3(s)+ MOHH2O(s)+1/2 O2(g) 室温下，臭氧化物会缓慢分解： MO3MO2+ 1/2 O2 遇水会发生反应： 4MO3+2H2O4MOH+5O2 此外，Rb和Cs还可形成低氧化物，如低温下，Rb发生不完

5、全氧化得到Rb6O， 在-7.3以上分解： 2Rb6O Rb9O2+3Rb Cs形成的低氧化物有Cs7O(青铜色)、Cs4O(红色)、Cs11O3（紫色），Cs（3+x）O等。,三、氢氧化物 IA和IIA中（除BeO、MgO外）直接与水形成对应氢氧化物。这些氧氧化物均为白色固体，易潮解，在空气中吸收CO2 或碳酸盐。碱金属氢氧化物对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用，故称荷性碱。 1、碱性 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强碱 强碱 强碱 强碱 强碱 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性 中强 强 强 强 Be(OH)2+2H+Be2+2

6、H2O Be(OH)2+2OH-Be(OH)42-,R-OH规则解释： 氧化物的水合物通式R(OH)n，R为成酸或成碱元素，有两种解离可能： RO- +H+ R-O-H R+OH- 其可能性与阳离子的极化作用有关，科学家卡特里奇以“离子势”来衡量阳离子极化作用的强弱。 在R-OH中，若R的值大，其极化作用强，氧原子电子云偏向R，使O-H键极性增强，则呈现酸式解离；若R的值小，R-O键极性强，则成碱式解离。,当1/210时R(OH)n显酸性 当101/27时R(OH)n显两性 当1/27时R(OH)n显碱性,据此，有人提出用 值作为判断R-O-H酸碱性的标度： 值： 10 R-O-H酸碱性： 碱

7、性 两性 酸性 注意：这种判断是一个经验规则，有些物质不适用， 如 Zn(OH)2，Zn的 =5.2， 但它是两性氢氧化物。,2、溶解性 IA均溶于水，仅LiOH溶解度较小。 IIA溶解度比IA的小得多，且从上到下溶解度增大，因M2+半径增大，M2+与OH-吸引力减弱的原因造成。 IIAIA的原因也是静电引力前者大，后者小的缘故。,四、盐类 （一）盐类的性质： 盐类很多（卤化物，硫酸盐，硝酸盐，碳酸盐，磷酸盐等等），着重通性及Li盐、Be盐的特殊性。 1、晶型 绝大多数为离子晶体，有较高熔、沸点，常温下为固体，熔化时能导电。 但Be2+的半径小，电荷较多，极化力较强，光与易变形的Cl-、Br-

8、、I-结合则形成共价化合物。如BeCl2，熔点低，易升华，能溶于有机溶剂，这些性质说明其共价化合物特性。 2、颜色 M+、M2+均无色，它们形成的盐类只要阴离子无色，其化合物必为无色；若阴离子有色，则化合物有色。,3、热稳定性 IA一般有较高稳定性：卤化物高温挥发而不分解；硫酸盐高温不挥发，难分解；碳酸盐除Li2CO3在1000以上部分分解为Li2O和CO2外，其余皆不分解；仅硝酸盐差，加热到一定温度分解： 4LiCO3 2Li2O+4NO2+O2 2NaNO3 2NaNO2+O2 2KNO3 2KNO2+O2 IIA碳酸盐常温下（除BeCO3不到100分解）稳定，强热下分解。,4、溶解度 I

9、A一般易溶于水，仅两类型微溶于水: （1）若干Li盐：LiF 、Li2CO3、Li3PO4等 （2）K+、Pb+、Cs+(及NH )的大阴离子盐。 IIA中，Be盐多数易溶，Mg盐部分易溶，Ca、Sr、Ba盐则多为难溶，其中氟化物溶解度：CaF2SrF2BaF2（增强）； CaSO4SrSO4BaSO4（减弱）； 注意，Be盐和可溶性钡盐有毒。 5、K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Ba2+的鉴定。,（二）某些盐类的生产和应用 1、碳酸钠（纯碱，苏打，碱面） 索维尔法：饱和食盐水吸收NH3和CO2气体，制得溶解度较小的NaHCO3，再焙烧： NaCl+NH3+CO2+H2O NaHCO3+NH

10、4Cl 2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2 析出NaHCO3后，母液中NH4Cl用消石灰来回收，以循环使用： 2NH4Cl+Ca(OH)2 NH3+CaCl2+2H2O 所需CO2和石灰由石灰石煅烧得来。 此法，技术成熟，原料丰富价廉，但食盐利用率低，NH3损失大，CaCl2废渣造成环境污染。,侯德榜法：将制碱和合成氨联为一体，称侯氏联合制碱法，或氨碱法。 该法，先用水煤气转化的H2和N2合成氨，同时有CO2放出；由此合成氨系统提供的NH3和CO2来制碱，副产品NH4Cl可作化肥。 此法，NaCl利用率达96%以上，成本降低，可连续化生产，对制碱上作出较大贡献。,2、碳酸氢钠（小苏打，重碳酸氢钠或焙碱） 制纯度高的可用Na2CO3溶液中通CO2： Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3（溶解度小，析出） 3、NaCl 4、CaSO4：CaSO42H2O称石膏（生石膏），白粉，微溶于水。CaSO4 1/2H2O为熟石膏，白粉，吸潮（熟石膏粉+水）可膨胀、硬化，用于制模、塑像、石膏绷带等。 CaCl2+(NH4)2SO4+2H2OCaSO42H2O+2NH4Cl CaSO42H2O经煅烧脱水，得CaSO41/2H2O,