堿土金屬通性

堿土金屬主講教師：巴新紅?無機化學堿土金屬堿土金屬單質的物理化學性質部分堿土金屬的制備與應用堿土金屬的化合物堿金屬幾種重要的鹽堿土金屬指的是元素周期表上第2族（ⅡA族）的六個金屬元素。堿土金屬(除鈹外)都是銀白色的，比較軟的金屬，密度比較小。堿土金屬原子的氧化數(shù)為+2，堿金屬原子失去電子變?yōu)殡x子時，最外層一般是8個電子，但鈹離子最外層只有2個電子。堿土金屬具有很好的延展性，可以制成許多合金。BeMgCaSrBaRa

由于鈣、鍶、鋇的氧化物既難溶于水又難熔融，類似于粘土的主要成分Al2O3的性質，且又呈堿性，所以稱為堿土金屬。堿土金屬的單質為銀白色(鈹為灰色)固體，容易同空氣中的氧氣和水蒸氣作用，在表面形成氧化物和碳酸鹽，失去光澤而變暗。它們的原子有兩個價電子，形成的金屬鍵較強，熔、沸點較相應的堿金屬要高。單質的還原性隨著核電荷數(shù)的遞增而增強。

鈹：單質為灰色，是最輕的堿土金屬元素，鈹在地殼中含量為0.001%，主要礦物有綠柱石、硅鈹石和金綠寶石。鎂：銀白色的金屬，鎂存在于菱鎂礦MgCO3、白云石CaMg(CO3)2、光鹵石KCl·MgCl2·H2O中，海水中也含鎂鹽，可以由電解熔融的氯化鎂或光鹵石制得。鈣：銀白色金屬，質軟，鈣在地殼中的含量僅次于氧、鋁、硅、鐵，居第五位，主要礦物有石灰石、大理石、石膏、磷灰石等。鍶：銀白色軟金屬，鍶是堿土金屬中豐度最小的元素。主要的礦物有天青石和碳酸鍶礦?？捎呻娊馊廴诘穆然J而制得。

鋇：銀白色，燃燒時發(fā)黃綠色火焰，是堿土金屬中最活潑的元素，鋇在地殼中的含量為0.05%，主要礦物有重晶石和毒重石。堿土金屬單質的物理化學性質性質鈹鎂鈣鍶鋇原子序數(shù)412203856相對原子質量9.0124.3140.0887.62137.33價層電子構型2S23S24S25S26S2原子半徑/pm111.3160197.3215.1217.3離子半徑/pm356699112134第一電離能/(KJ·mol-1)905742593552564第二電離能/(KJ·mol-1)1768146011521070971第三電離能/(KJ·mol-1)149397658494243513575電負性1.571.3110.950.89密度/(g/cm-3)1.851.741.552.543.5熔點/K155192211121042993沸點/K32431363175716571913硬度

21.51.8

堿土金屬的性質

鈹:

由于鈹?shù)谋砻嫘纬杀Ｗo性氧化層，故在空氣中即使紅熱時也很穩(wěn)定。不溶于冷水，微溶于熱水，可溶于稀鹽酸，稀硫酸和氫氧化鉀溶液而放出氫，表現(xiàn)出兩性。

Be+2HCl=BeCl2+H2↑Be+2KOH=K2BeO2+H2↑

Be原子的價電子層結構為2S2，鈹由于原子半徑和離子半徑特別小，電負性又相對較高，所以鈹形成共價鍵的傾向比較顯著，不像同族其它元素主要形成離子型化合物。因此鈹常表現(xiàn)出不同于同族其它元素的反常性質：（1）氫氧化鈹是兩性的，而同族其它元素的氫氧化物均是中強堿或強堿性的。（2）鈹由于表面易形成致密的保護膜而不與水作用，而同族其它金屬鎂、鈣、鍶、鋇均易與水反應。（3）鈹鹽強烈地水解生成四面體型的離子，Be-O鍵很強，這就削弱了O-H鍵，因此水合鈹離子有失去質子的傾向，因此鈹鹽在純水中是酸性的。而同族其它元素（鎂除外）的鹽均沒有水解作用（4）鈹?shù)难趸锖望u化物都具有明顯的共價性；鎂：

1）在空氣中，鎂的表面會生成一層很薄的氧化物薄膜，使空氣很難與它反應。

2）鎂能和醇、水反應生成氫氣

;3）鎂能和二氧化碳發(fā)生燃燒反應，因此鎂燃燒不能用二氧化碳滅火器滅火;4）鎂由于能和N2和O2反應，所以鎂在空氣中燃燒時，會同時生成Mg3N2和MgO;5）鎂也可以和鹵素發(fā)生強烈反應；

6）鎂也能直接與硫化合。

1.與非金屬單質的反應：

2Mg+O2====2MgO

3Mg+N2====Mg3N2

Mg+Cl2====MgCl2

2.與水的反應：

Mg+2H2O====Mg(OH)2+H2↑點燃點燃點燃3.與酸的反應：

Mg+2HCl=MgCl2+H2↑Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑

4.與氧化物的反應：

2Mg+CO2==2MgO+C

*注：該反應在氧氣充足時一般不發(fā)生或發(fā)生后又有C+O2=CO2（點燃），所以在反應后不見有黑色固體生成。

△1）溶于酸，常溫下與水發(fā)生劇烈反應，生成氫氧化鈣（石灰）、氫氣，氫氧化鈣微溶于水。

Ca+2H2O====Ca(OH)2+H2↑2）在空氣在其表面會形成一層氧化物和氮化物薄膜，以防止繼續(xù)受到腐蝕。

N2+3Ca=Ca3N2Ca+O2=2CaO3）跟氟、氯、溴、碘等化合生成相應鹵化物，跟氫氣在400℃催化劑作用下生成氫化鈣

Ca+X2=CaX2Ca+H2===CaH2鈣：400℃催化劑鍶：鍶的化學性質活潑，加熱到熔點（769℃）時即燃燒，呈紅色火焰，生成氧化鍶（SrO）；在加壓條件下跟氧氣化合生成過氧化鍶（SrO2），跟鹵素、硫、硒等容易化合；加熱時跟氮化合生成氮化鍶（Sr3N2）；加熱時跟氫化合生成氫化鍶（SrH2）；跟鹽酸、稀硫酸劇烈反應放出氫氣。常溫下跟水反應生成氫氧化鍶和氫氣。鍶在空氣中會轉黃色。

2Sr+O2=2SrO繼續(xù)氧化：SrO+O2=SrO2

Sr+H2O=Sr(OH)2+H2↑鋇：鋇與氧氣發(fā)生反應，生成氧化鋇（BaO），它在600℃繼續(xù)與氧氣作用，可生成過氧化鋇（BaO2）。在高于800℃時，過氧化鋇又分解為氧化鋇，并放出氧氣。在室溫下，鋇與水劇烈反應，生成強堿氫氧化鋇，放出氫氣Ba+2H2O=Ba(OH)2+H2↑2Ba+O2=2BaOBaO+O2=BaO2

BaO2=BaO+O2(>800℃)Ba+2HCl=BaCl2+H2↑

鋇與鹵素在室溫下即可發(fā)生反應，生成鹵化物。在高溫下，鋇與氫作用，生成氫化鋇；與氮作用，生成氮化鋇；與碳作用，生成碳化鋇。金屬鋇的還原性很強，可以還原大多數(shù)金屬的氧化物、鹵化物和硫化物，得到相應的金屬。Ba+H2=BaH2

4Ba+3N2=2Ba2N3Ba+X2=BaX2堿土金屬的制取及應用鈹?shù)闹迫。?）電解無水熔融的鈹鹽，如氯化鈹

BeCl2

＝=

Be＋Cl2

（2）用金屬鎂還原氟化鈹Mg＋BeF2＝Be＋MgF2鈹?shù)挠猛荆?/p>

在所有的金屬中，鈹透過X射線的能力最強，有金屬玻璃之稱；鈹比常用的鋁和鈦都輕，強度是鋼的四倍，鈹?shù)奈鼰崮芰?，機械性能穩(wěn)定，是優(yōu)秀的宇航材料。

鈹還可以用于核反應堆做中子減速劑和反射劑

(通電)(熔融)工業(yè)制法工業(yè)上利用電解熔融氯化鎂或在電爐中用硅鐵等使其還原而制得金屬鎂，前者叫做熔鹽電解法，。熔融電解MgCl2（l）=Mg(s)+Cl2(g)↑海水中提取氯化鎂可以從海水中提取

MgCl2·6H2O(s)=MgCl2(s)+6H2O(l)

MgCl2（l）====Mg(s)+Cl2(g)↑

應用：

鎂是航空工業(yè)的重要材料，鎂合金用于制造飛機機身、發(fā)動機零件等；鎂犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一，可廣泛用在地下鐵制管道、石油管道、儲罐、海上設施；鎂的制取和應用熔融電解鈣的制取:

先由石灰石與鹽酸反應得到氯化鈣

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

電解氯化鈣得到鈣與副產(chǎn)品氯氣

CaCl2==Ca+Cl2↑

鈣在人體中的作用：

鈣與鉀、鈉等離子保持一定比例，使神經(jīng)、肌肉保持正常的反應；鈣可以調(diào)節(jié)心臟搏動，保持心臟連續(xù)交替地收縮和舒張；鈣能維持肌肉的收縮和神經(jīng)沖動的傳遞；鈣能刺激血小板，促使傷口上的血液凝結；在機體中，有許多種酶需要鈣的激活，才能顯示其活性。（通電）鍶的制?。汗I(yè)用電解熔融的氯化鍶制取鍶：

SrCl2===Sr+Cl2↑元素用途用于制造合金、光電管，以及分析化學、煙火等。鍶由于其很強的吸收X射線輻射功能和獨特的物理化學性能，還廣泛應用于電子、化工、冶金、軍工、輕工、醫(yī)藥和光學等各個領域。電解熔融鋇

鋇的制備：（1）用電解熔融鋇鹽的方法（2）在1000～1200℃，用金屬鋁還原氧化鋇，可制得金屬鋇，再用真空蒸餾法提純。

用途：

金屬鋇用作消氣劑，除去真空管和顯像管中的痕量氣體，還是軸承合金的組分。堿土金屬的化合物（一）氫化物堿土金屬中的鎂、鈣、鍶、鋇在氫氣流中加熱，就可以生成相對應的離子型氫化物，例如：

Ca+H2====CaH2堿土金屬的離子型氫化物熱穩(wěn)定性有較大的差異，BaH2具有較高的熔點（1200℃），但是它們都與水發(fā)生劇烈的水解反應而放出氫氣：

MH2+H2O==M(OH)2+H2423K～573K(二)氧化物堿土金屬的氧化物都是難溶于水的白色粉末，由于堿土金屬帶電荷多離子半徑小，所以堿土金屬的氧化物有較大的晶格能，熔點高，硬度大。BeO幾乎不與水反應，MgO與水緩慢反應生成相應的堿，CaO,SrO,BaO與水都能發(fā)生劇烈的反應生成相應的堿，并放出大量的熱。陰離子直接形成間接形成正常氧化物O2-Be,Mg,Ca,Sr,BaBe,Mg,Ca,Sr,Ba過氧化物O22-BaMg,Ca,Sr,Ba超氧化物O2-Ca,Sr,BaBeO，MgO由于熔點高可做耐高溫材料。常溫下CaO可以與水發(fā)生反應：

CaO+H2O=Ca(OH)2利用該反應不僅可以生產(chǎn)建筑中常用的熟石灰，還用來除去乙醇中少量的水；此外，CaO在高溫條件下可與酸性氧化物反應，例如：CaO+SiO2=CaSiO3所以CaO又可用于工業(yè)煉鋼中除去脈石、磷化物等雜質過氧化物

過氧化物是含有過氧根[-O-O-]2-的化合物，除鈹外，堿土金屬在一定條件下都能形成過氧化物。

鈣、鍶、鋇的氧化物與過氧化氫作用，可得到相應的過氧化物：

MO+H2O2+7H2O=MO2·8H2O鈣、鍶、鋇燃燒可生成過氧化物

M+O2==MO2

在堿土金屬的過氧化物中BaO2較為重要，BaO2與稀酸反應可生成H2O2，實驗室常用此反應制備H2O2：

H2SO4+BaO2=BaSO4+H2O2點燃氫氧化物Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2溶解度/(mol/L)8*10-62.1*10-42.3*10-26.6*10-20.12（三）氫氧化物堿金屬和堿土金屬的氫氧化物都是白色固體，它們在空氣中容易吸水而潮解。堿土金屬的氫氧化物溶解度較小，其中Be(OH)2和Mg(OH)2是難溶的氫氧化物。堿土金屬的氫氧化物的溶解度之所以呈現(xiàn)這樣的規(guī)律，這是由于隨著金屬半徑的增大，陰陽離子間的作用里逐漸減小，容易為水分子解離。Be(OH)2兩性氫氧化物Mg(OH)2中強堿Ca(OH)2強堿Sr(OH)2強堿Ba(OH)2強堿

堿土金屬的氫氧化物的堿性取決于金屬陽離子的離子勢，R----O----H的解離方式可以用來解釋堿土金屬的氫氧化物的堿性強弱。

堿土金屬的鹽BeCl2MgCl2CaCl2SrCl2BaCl2熔點/℃415714775874962堿土金屬離子帶2個正電荷，其離子半徑比相應的堿金屬離子半徑小，所以它們極化能力較強。但同族元素隨著離子半徑增大，鍵的離子性增強所以堿土金屬的氯化物的熔點由Be到Ba依次增高：其中BeCl2的熔點明顯的低，這是由于Be2+半徑小，電荷多，極化能力強，所以它與鹵素離子（除F-）形成的化合物均為共價化合物。堿土金屬的鹽比相應的堿金屬鹽溶解度小。堿土金屬的硫酸鹽、鉻酸鹽的溶解度差別較大，例如離子半徑小的Be2+與大陰離子硫酸根、鉻酸根形成的鹽易溶，而離子半徑較大的Ba2+相應的鹽則難溶。離子化合物的溶解度

離子化合物的溶解度由離子化合物的晶格能和離子的水合能兩方面決定;離子化合物的晶格能越小水合能越大則越容易溶解。離子半徑的減小都有利于晶格能和水合能的增大，當r-≈r+時，有利于晶格能增大。當陰離子半徑較陽離子半徑大時，隨著陽離子半徑的減小水和能改變較大，而晶格能改變較小，則鹽的溶解度增大。例如I-半徑較大，溶解度順序有：LiI>NaI>KI>RbI>CsI

當陰離子半徑與陽離子半徑相近時，當陽離子半徑減小時，晶格能增大，則鹽的溶解度減小。例如，F(xiàn)-、OH-半徑較小，室溫下有如下溶解順序：LiF<NaF<KF<RbF<CsF硝酸鹽碳酸鹽硫酸鹽Be約100﹤100550～600Mg約1295401124Ca﹥561900﹥1450Sr﹥75012901580Ba﹥5921360﹥1580堿土金屬鹽的熱穩(wěn)定性堿土金屬鹽的熱穩(wěn)定性比堿金屬的差，但常溫下也都是穩(wěn)定的。堿土金屬的碳酸鹽硫酸鹽等的穩(wěn)定性都是隨著金屬離子半徑增大而增強，表現(xiàn)為它們的分解溫度依次升高。Be鹽的穩(wěn)定性特別差常見堿土金屬鹽類的分解溫度/℃堿土金屬的碳酸鹽的熱穩(wěn)定性規(guī)律可通過離子極化解釋堿土金屬幾種重要的鹽CaCl2·6H2O在加熱脫水的過程中會發(fā)生微量的水解，所以無水氯化鈣中常含有少量的氧化鈣。無水氯化鈣具有