碱金属和碱土金属

nullnull 第 八 章 元 素 化 学null§1. 碱金属和碱土金属 1. 通性： 碱金属： IA 族 最外层电子为 ns1 I2  I1 M + 离子 null 碱土金属: IIA族 最外层电子为 ns2 I3  I1 、I2 M2+ 离子 都是活泼金属 通常都是离子型化合物 个别情况下出现一定的共价性 例外： Li Be null主 要 的 矿 物： 钠长石 Na[AlSi3O8] 钾长石 K[AlSi3O8] 光卤石 KClMgCl2 6H2O 白云石 CaCO3 MgCO3 菱镁矿 MgCO3 方解石 CaCO3 碳酸锶矿 SrCO3 石膏 CaSO4 2 H2O 天青石 SrSO4 重晶石 BaSO4null 2. 金 属 熔盐电解法制备金属 Li: 55 % LiCl + 45% KCl （熔融混合物） Na: 40 % NaCl + 60% CaCl2 （熔融混合物） 阳极： 2Cl-  Cl2 + 2e- 阴极： 2Na+ + 2e-  2Na 总反应： 2NaCl  2Na + Cl2 null氧化镁的热还原法（工业方法） MgO(s) + C(s)  CO(g) + Mg(g) H0 = 641.5 kJ  mol-1 S0 = 313.8 J  mol-1K-1 G0298 = 547.7 kJ  mol-1 T = H0 / S0 = 2100 K 反应须在高温的电弧炉内进行null金 属 还 原 法 KCl(s) + Na(s) = NaCl(s) + K(s) G = 25.01 kJ·mol-1 2RbCl(s) + Ca(s) = CaCl2(s) + 2Rb(s) G = 67.54 kJ·mol-1 2CsCl(s) + Ca(s) = CaCl2(s) + 2Cs(s) G = 81.00 kJ·mol-1 null 3. 金 属 的 化 学 性 质 （1） 和电负性高的非金属元素直接反应 生成相应的化合物具有离子键的性质 例外： Li、 Be、Mg 的化合物有较明显的共价性 IA IIA M + X2  MX MX2 ( X =卤素） M + S  M2S MS null IA IIA M + H2  MH MH2 M + N2  Li3N M3N2 ( M = Mg、Ca、 Sr、 Ba) M + C  M2C2 MC2 MC2 + H2O = M(OH)2 + C2H2 特殊： Be2C + H2O = Be(OH)2 + CH4 Mg2C3 + H2O = Mg(OH)2 + CH3CCH null(2) 和 H2O 发生反应 2Na(s) + 2H2O(l) = 2NaOH(aq) + H2(g) Ca(s) + 2H2O(l) = Ca(OH)2(s) + H2(g) Li、Ca、 Sr、Ba 的反应比较缓慢 例外：Be、Mg 表面有致密保护层而无反应 null(3) 和 O2反应 不同碱金属在空气中燃烧得到不同产物： Li + O2 = Li2O K + O2 = KO2 2Na + O2 = Na2O2 null同种金属在不同温度下燃烧，得到不同产物： Na + O2  Na2O (453-473 K) 2Na2O + O2  2Na2O2(s) (573-673 K) 2Na2O2(s) + 2O2(g)  4NaO2(s) (450C, 1.5 X 104 kPa) null 碱土金属和氧气反应生成一般氧化物： 2M + O2 = 2MO 碱金属氧化物的颜色从 Li2O 到 Cs2O依次加深 碱土金属的氧化物都是白色 碱土金属的过氧化物和超氧化物需用其它方法制得 例如： BaO (SrO) + O2 = BaO2 (高温、加压 ） null Ba(NO3)2 + 2H2O2 + NH3(aq) = 2NH4NO3 + 2H2O + BaO2·2H2O2 CaO2用类似方法得到 碱金属的正常氧化物也需要用其它方法制得: 2KNO3 + 10K = 6K2O + N2 Na2O2 + 2Na = Na2O 3NaN3 + NaNO2 = 2Na2O + 5 N2null 过氧化物的性质 （以 Na2O2 为代表 ） Na2O2 为离子型化合物， 加热至 773 K时仍稳定 Na2O2 + 2H2O = 2NaOH + H2O2 Na2O2 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O2 (反应中产生的过氧化氢立即分解为水和氧气) null在潮湿空气中吸收二氧化碳并放出氧气： 2Na2O2(s) + 2CO2(g) = 2Na2CO3(s) + O2 (g) 氧气发生剂 漂白剂 强氧化剂  分解难溶矿样的碱性熔剂： 例如： 磁铁矿 Fe3O4中 V、Cr 的含量 V、Cr 被 Na2O2氧化为可溶于水的钒酸钠、铬酸钠， 易与不溶于水的铁、钛的氢氧化物分离。 null 遇碳粉、棉花、有机物会发生爆炸 能把一氧化碳氧化为碳酸盐： Na2O2(s) + CO(g) = Na2CO3(s)  酸性溶液中遇 KMnO4时成还原剂： Na2O2 + H2SO4 = Na2SO4 + H2O2 H2O2 + KMnO4 + H2SO4 = MnSO4 + O2 + K2SO4+ H2Onull （4） 在液氨溶液中 钠和钾能在液氨中溶解形成蓝色的、具有电子导电性 的溶液，溶解在液氨中的碱金属 M(am)在溶液中存在 着如下的平衡： (1) Na(am) = Na+ (am) + e (am) (2) Na (am) + e (am) = Na (am) (3) 2Na(am) = Na2(am) 氨合电子e (am)在可见光的 666.7 nm 处有最大吸收 Ca、 Sr、 Ba 也能溶于液氨生成导电溶液null（5）金属的还原性 KCl(s) + Na(s) = NaCl(s) + K(s) G = 25.01 kJ·mol-1 2RbCl(s) + Ca(s) = CaCl2(s) + 2Rb(s) G = 67.54 kJ·mol-1 2CsCl(s) + Ca(s) = CaCl2(s) + 2Cs(s) G = 81.00 kJ·mol-1 金属钠、镁等被用作制取钽、钛等金属的还原剂 K2TaF7 + 5Na = Ta + 5NaF + 2KF TiCl4 + 4Na = Ti + 4NaCl （Mg) null3. 碱金属和碱土金属的氢氧化物 所有的氢氧化物都是白色固体 易吸潮 （其中 NaOH 和 CaOH2常作为干燥剂） MOH易溶于水和醇 溶解度 Li  Cs 依次增加 M(OH)2的溶解度较小 Be  Ba 依次增加 Be(OH)2 和 Mg(OH)2难溶于水 Be(OH)2 具有两性 碱性溶液中： [Be(OH)4] 2-null 4. 重要的盐类 （1）碱金属的盐类  除 Li 外绝大多数是离子晶体 特点之一 ： 易溶于水 极少数化合物不溶于水 钾、钠离子的特征反应 例如： NaZn(UO2)3(CH3COO)96H2O (浅黄色晶体） KNa2[Co(NO2)6] (黄色沉淀） K2PbCu(NO2)6 (黑色立方型晶体）null例外： Li 的半径特别小， 有些盐类具有共价性，不 溶于水。 特点之二： 碱金属离子有形成结晶水合物的倾向 除卤素离子不含结晶水外，其他离子都有一定的倾 向离子半径越小，倾向越大。（特别是 Li和 Na) 常见的有： Na2SO410H20null 特点之三： 热稳定性好 高温下不挥发、不分解 如： 结晶卤化物、硫酸盐、碳酸盐等 硝酸盐发生分解，生成 O2: 4LiNO3  Li2O + N2O4 + O2 (773K) NaNO3  NaNO2 + O2 (653K) KNO3  KNO2 + O2 (673K)null 特点 之四： 容易形成各种复盐 光卤石类： MCl  MgCl2  6H2O M = K、 Rb 矾类： M M’(III) (SO4)2 10H2O M = 碱金属 M’= Fe、 Al、 Cr 等 近似矾类： M2M’(II)(SO4)2  6H2O M = 碱金属 M’= Fe、Co、Ni、Cu null（2）碱土金属的盐类 都是白色的离子晶体 ，溶解度和碱金属有明显差异 可溶： NO3-、ClO3-、ClO4-、 Ac- 和 X- (除F-以外) 难溶的： SO42-、CrO42-、C2O42- 、CO32- 不同种碱土金属离子之间的差异较大 例如： CrO42- 可用来进行离子的分离 Mg2+ 的 SO42-、 CrO42- 盐都是水溶性的null 硫酸盐（SO42-）:  碱土金属硫酸盐中 BaSO4的溶解度最小 Ca、Sr、Ba的硫酸盐在浓硫酸中发生下列反应而显 著溶解： BaSO4 + H2SO4 = M(HSO4)2 碱土金属的 C2O42-、 CrO42-、 CO32- 、PO43- 盐等在 稀的强酸中都有一定的溶解度null 可溶性盐： 氯化物 工业方法制取氯化钡： BaSO4 + 4C = BaS + 4CO BaS + CaCl2 = BaCl2 + CaS BaSO4 + C + CaCl2 = BaCl2 + CaS + CO 用热水把熔块中的氯化钡浸出（CaS溶解度很小） 过滤除去不溶杂质，滤液蒸发浓缩后得到 BaCl2·2H2O 晶体。null重要的碱土金属化合物： Mg3N2(s) + 6H2O(l) = 2NH3(aq) + Mg(OH)2(s) CaO(s) + 3C(s) = CaC2(s) + CO(g) CaC2(s) + H2O(l) = Ca(OH)2(s) + C2H2(g) Mg2C3(s) + 4H2O(l) = 2Mg(OH)2(s) + CH3CCH(g) Mg + RX = R-Mg-X（烷基卤化镁）null CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) = Ca(HCO3)2(aq) M(HCO3)2(aq) = M2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l) ( M = Mg 和 Ca) Ca5(PO4)3OH(s) + 4H3O+(aq) = 5Ca2+(aq) + 3HPO42(aq) + 5H2O(l) null [K(18-冠-6)]+ [Na(穴222)]+ 钠和钾的配位络合物null 对植物的光合作用起着重大作用的镁的大环配体络合物 叶绿素分子