第十章 堿金屬和堿土金屬元素

第十章堿金屬和堿土金屬元素第一頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

一、堿金屬、堿土金屬的通性

價(jià)層電子構(gòu)型：IA，ns1IIA，ns2

1、

金屬性和非金屬性均為金屬元素（外層電子少，原子半徑大，核電荷周期最少）。金屬性：IA>IIA。性質(zhì)：金屬鍵不牢固，所以單質(zhì)熔、沸點(diǎn)很低，硬度較小，其中IIA>IA。堿金屬中Cs、Rb金屬性質(zhì)最強(qiáng)，失電子傾向最大，所以可作光電管，如Cs光電管制成的自動(dòng)報(bào)警器可報(bào)告遠(yuǎn)處火警；制成的天文儀器可以測(cè)定與地球距離。第二頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

2、氧化數(shù)：分別為+1和+2，一般無(wú)變價(jià)。

3、化合物鍵型：以離子鍵為主，其中Li+、Be2+由于半徑小，其化合物有一定的共價(jià)性，如BeCl2等。

4、特性：堿金屬和堿土金屬可溶于液氨，形成深藍(lán)色溶液。

IA：M(s)+（x+y）NH3====M+(NH3)x+e-(NH3)yIIA:M(s)+(x+2y)NH3====M2+(HN3)x+2e-(NH3)y所以，IA、IIA的氨溶液具有較高的導(dǎo)電性和與金屬相同的還原性。第三頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

二、氧化物

堿金屬和堿土金屬能形成多種類型的氧化物：正常氧化物（含）、過(guò)氧化物（含）、超氧化物（含），臭氧化物（含）及低氧化物。

（一）

正常氧化物多數(shù)為白色固體，K2O（淡黃）、Rb2O（亮黃）、Cs2O(桔紅)；熔點(diǎn)：IIA>IA；硬度IIA>IA，所以BeO、MgO作耐火材料和金屬陶瓷，BeO還有反射放射線的能力，常用作原子反應(yīng)堆外壁磚塊材料。第四頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（二）過(guò)氧化物和超氧化物除Be外IA、IIA均能形成過(guò)氧化物（離子型）除Li、Be、Mg外，IA、IIA能形成超氧化物。

性質(zhì)：（1）室溫下，均能與水和稀酸反應(yīng)：

Na2O2+2H2O→2NaOH+H2O2Na2O2+H2SO4→Na2SO4+H2O22KO2+2H2O→2KOH+H2O2+O2↑2KO2+2H2SO4→2K2SO4+H2O2+O2↑

第五頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）與CO2的反應(yīng)：

2Na2O2+2CO2→2NaCO3+O2↑

4KO2+2CO2→2K2CO3+3O2↑

因此，過(guò)氧化物和超氧化物常用作防毒面具、高空飛行、潛水的供氧劑。Na2O2為常用的過(guò)氧化物，純的為白色，工業(yè)品帶淺黃；在堿性介質(zhì)中是強(qiáng)氧化劑，常作礦熔劑。如：

2Fe(CrO2)2+7Na2O22Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O還可用于紡織、紙漿漂白。Na2O2熔融分解，但遇到棉花、Al粉等還原性物質(zhì)，會(huì)爆炸，故使用Na2O2要小心。第六頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（三）臭氧化物和低氧化物低溫下，臭氧O3和粉末狀無(wú)水堿金屬（除Li外）氫氧化物反應(yīng)，用液氨提取可得紅色的MO3固體：

3MOH(s)+2O3(g)→2MO3(s)+MOH·H2O(s)+1/2O2(g)室溫下，臭氧化物會(huì)緩慢分解：

MO3→MO2+1/2O2

遇水會(huì)發(fā)生反應(yīng)：4MO3+2H2O→4MOH+5O2↑此外，Rb和Cs還可形成低氧化物，如低溫下，Rb發(fā)生不完全氧化得到Rb6O，在-7.3℃以上分解：

2Rb6ORb9O2+3RbCs形成的低氧化物有Cs7O(青銅色)、Cs4O(紅色)、Cs11O3（紫色），Cs（3+x）O等。第七頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、氫氧化物IA和IIA中（除BeO、MgO外）直接與水形成對(duì)應(yīng)氫氧化物。這些氧氧化物均為白色固體，易潮解，在空氣中吸收CO2

或碳酸鹽。堿金屬氫氧化物對(duì)纖維、皮膚有強(qiáng)烈腐蝕作用，故稱荷性堿。

1、堿性LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2兩性中強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)Be(OH)2+2H+→Be2++2H2OBe(OH)2+2OH-→[Be(OH)4]2-

第八頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

R-OH規(guī)則解釋：氧化物的水合物通式R(OH)n，R為成酸或成堿元素，有兩種解離可能：

RO-+H+R-O-HR++OH-其可能性與陽(yáng)離子的極化作用有關(guān)，科學(xué)家卡特里奇以“離子勢(shì)”來(lái)衡量陽(yáng)離子極化作用的強(qiáng)弱。

在R-OH中，若R的φ值大，其極化作用強(qiáng)，氧原子電子云偏向R，使O-H鍵極性增強(qiáng)，則呈現(xiàn)酸式解離；若R的φ值小，R-O鍵極性強(qiáng)，則成堿式解離。

當(dāng)1/2>10時(shí)R(OH)n顯酸性當(dāng)10>1/2>7時(shí)R(OH)n顯兩性當(dāng)1/2<7時(shí)R(OH)n顯堿性第九頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五據(jù)此，有人提出用值作為判斷R-O-H酸堿性的標(biāo)度：值：

<77~10>10R-O-H酸堿性：

堿性

兩性

酸性注意：這種判斷是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，有些物質(zhì)不適用，如Zn(OH)2，Zn的=5.2，但它是兩性氫氧化物。第十頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、溶解性IA均溶于水，僅LiOH溶解度較小。IIA溶解度比IA的小得多，且從上到下溶解度增大，因M2+半徑增大，M2+與OH-吸引力減弱的原因造成。IIA<IA的原因也是靜電引力前者大，后者小的緣故。第十一頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、鹽類（一）鹽類的性質(zhì)：鹽類很多（鹵化物，硫酸鹽，硝酸鹽，碳酸鹽，磷酸鹽等等），著重通性及Li鹽、Be鹽的特殊性。

1、晶型絕大多數(shù)為離子晶體，有較高熔、沸點(diǎn)，常溫下為固體，熔化時(shí)能導(dǎo)電。但Be2+的半徑小，電荷較多，極化力較強(qiáng)，光與易變形的Cl-、Br-、I-結(jié)合則形成共價(jià)化合物。如BeCl2，熔點(diǎn)低，易升華，能溶于有機(jī)溶劑，這些性質(zhì)說(shuō)明其共價(jià)化合物特性。

2、顏色M+、M2+均無(wú)色，它們形成的鹽類只要陰離子無(wú)色，其化合物必為無(wú)色；若陰離子有色，則化合物有色。第十二頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

3、熱穩(wěn)定性IA一般有較高穩(wěn)定性：鹵化物高溫?fù)]發(fā)而不分解；硫酸鹽高溫不揮發(fā)，難分解；碳酸鹽除Li2CO3在1000℃以上部分分解為L(zhǎng)i2O和CO2外，其余皆不分解；僅硝酸鹽差，加熱到一定溫度分解：

4LiCO32Li2O+4NO2↑+O2↑

2NaNO32NaNO2+O2↑

2KNO32KNO2+O2↑IIA碳酸鹽常溫下（除BeCO3不到100℃分解）穩(wěn)定，強(qiáng)熱下分解。第十三頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、溶解度IA一般易溶于水，僅兩類型微溶于水:（1）若干Li鹽：LiF、Li2CO3、Li3PO4等（2）K+、Pb+、Cs+(及NH)的大陰離子鹽。IIA中，Be鹽多數(shù)易溶，Mg鹽部分易溶，Ca、Sr、Ba鹽則多為難溶，其中氟化物溶解度：CaF2→SrF2→BaF2（增強(qiáng)）；CaSO4→SrSO4→BaSO4（減弱）；注意，Be鹽和可溶性鋇鹽有毒。5、K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Ba2+的鑒定。第十四頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五（二）某些鹽類的生產(chǎn)和應(yīng)用1、碳酸鈉（純堿，蘇打，堿面）索維爾法：飽和食鹽水吸收NH3和CO2氣體，制得溶解度較小的NaHCO3，再焙燒：

NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑析出NaHCO3后，母液中NH4Cl用消石灰來(lái)回收，以循環(huán)使用：

2NH4Cl+Ca(OH)2NH3↑+CaCl2+2H2O所需CO2和石灰由石灰石煅燒得來(lái)。此法，技術(shù)成熟，原料豐富價(jià)廉，但食鹽利用率低，NH3損失大，CaCl2廢渣造成環(huán)境污染。第十五頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

侯德榜法：將制堿和合成氨聯(lián)為一體，稱侯氏聯(lián)合制堿法，或氨堿法。該法，先用水煤氣轉(zhuǎn)化的H2和N2合成氨，同時(shí)有CO2放出；由此合成氨系統(tǒng)提供的NH3和CO2來(lái)制堿，副產(chǎn)品NH4Cl可作化肥。此法，NaCl利用率達(dá)96%以上，成本降低，可連續(xù)化生產(chǎn)，對(duì)制堿上作出較大貢獻(xiàn)。第十六頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期五

2、碳酸氫鈉（小蘇打，重碳酸氫鈉或焙堿）制純度高的可用Na2CO3溶液中通CO2：

Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3（溶解度小，析出）3、NaCl4、CaSO4：CaSO4·2H2O稱石膏（生石膏），白粉，微溶于水。CaSO4·1/2H2O為熟石膏，白粉，吸潮（熟石膏粉+水）可膨脹、硬化，用于制模、塑像、石膏繃帶等。CaCl2+(NH4)2SO4+2H2O→CaSO4·2H2O+2NH4ClCaSO4·2H2O經(jīng)煅燒脫水，得CaSO4·1/2H2O第十七頁(yè)