第 八 章
主族金属元素
第一节 碱金属和碱土金属
碱 金 属 碱 土 金 属
Li 锂
Lithium
Na 钠
Sodium
K 钾
Potassium
Rb 铷
Rubidium
Cs 铯
Cesium
Fr 钫
Francium
Be 铍
Mg 镁
Ca 钙
Calcium
Sr 锶
Strontium
Ba 钡
Barium
Ra 镭
2、Na2O2:
(1)工业上制Na2O2
4Na(l)+ O2
453-473K
2Na2O
2Na2O +O2 573-673K 2Na2O2
(2) 性质 a. Na2O2淡黄色粉末，易吸潮 ； b.与水或稀酸作用，生成H2O2： Na2O2+2H2O = H2O2+2NaOH Na2O2+H2SO4= H2O2+ Na2SO4 c. 吸收CO2并放出O2: 2Na2O2+ 2CO2 = Na2CO3+ O2 因此可用作高空飞行或潜水时的供氧剂。
Na反应猛烈；K、Rb、Cs燃烧，量大发生爆炸； Li、Ca、Sr、Ba反应比较慢；Be、Mg与水蒸气反应。
元素 性质 φAo /V 锂 钠 钾 铷 铯 铍 镁 -2.36 钙 锶 钡
-3.045 -2.714 -2.925 -2.925 -2.923 -1.85
-2.87 -2.89 -2.91
Li
7298 4562 11815 6912 0.98 0.93
1757 1451 14849 7733 1.57 1.31
1064 965 4210 — 0.95 0.89
-3.045 -2.714 -2.925 -2.925 -2.923 -1.85 -2.36
-2.87 -2.89 -2.91
一. 价电子层结构：ns1 和 ns2 二.同族从上到下金属活泼性增强；同周期从左到右金属 活泼性下降。
由于Li半径小，电荷密度大，极化力强，形成共价键
的倾向大，所以性质表现特殊，与Mg比较相似。 四.碱土金属 与同周期的碱金属相比，由于增加了一个核电荷， 故原子半径较小，电离能、电负性和电极电势较大，
活泼性较差，但仍属活泼金属，氧化数仅为＋ 2 ，主
要形成离子键化合物。Be的性质亦较特殊，与本族差 距较大。
(2) 碱金属MOH、盐大多易溶于水；
(3)碱土金属M(OH)2、盐溶解度<碱金属相应的化合物
3. 形成水合离子M+ (aq)和M2+(aq)。
二、氢化物 盐型氢化物(ⅠA、ⅡA-Ca、Sr、Ba)-离子型 氢化物 金属型氢化物(过渡金属)-间充型 共价型氢化物(非金属)-分子型
2M + H2 = 2MH ( M= 碱金属) M + H2 = MH2 ( M= 碱土金属 ) BeH2、MgH2为共价型
Radium
Beryllium Magnesium
第一节
元素 性质 元素符号 原子序数 相对原子质量 价层电子构型 原子半径/pm 离子半径pm 电离能I1/kJ.mol-1 电离能I2/kJ.mol-1 电离能I3/kJ.mol-1 电负性(Pauling) φAo /V
碱金属和碱土金属
钾
K 19
d. 强碱性氧化剂 2Fe(CrO2)2+7Na2O2=4Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O
不能使用瓷制容器、石英容器、铂制容器； 宜用 - 铁、镍等制成的容器。遇棉花、炭粉或铝 粉会发生爆炸，使用时要特别小心。
3、过氧化钡 Ba(NO3)2+3H2O2+2NH3· H2O=BaO2· 2H2O2
2M(NO3)2
2. 性质
物质
性质 颜色 熔点/K △fHo/kJ.mol-1 物质 性质 颜色 熔点/K △fHo/kJ.mol-1 Li2O 白 >1973 -595.8 Na2O 白 K 2O 淡黄 Rb2O 亮黄 Cs2O 橙红
1548(升华) 623(分解) 673 (分解) 673 (分解)
四、制备 碱金属、碱土金属具有较强的还原性，而相应的 离子几乎没有氧化性，还原剂很难将其还原。常用的 方法有：融盐电解法、热还原法、金属置换法等。 1. 融盐电解法 Na：电解40%NaCl + 60%CaCl2
2NaCl = 2Na + Cl2
CaCl2的作用：
a.降低电解质的熔点，防止钠的挥发；
b.减小金属Na的分散性(混盐密度>金属钠，钠浮在上 层 )。
2. 热还原法：一般采用焦炭或碳化物为还原剂
MgO(s) + C(s) = CO(g) + Mg(g)
K2CO3 + 2C = 2K + 3CO
2KF + CaC2 = CaF2 + 2K + 2C 3. 金属置换法: 高温低压下还原氯化物。 KCl + Na = NaCl + K RbCl + Ca = CaCl2 + Rb 2CsCl + Mg = MgCl2 + 2Cs
-415.9
-493.7
-330.1
-317.6
BeO
白 2803 -610.9
MgO
白 3125 -601.7
CaO
白 2887 -635.5
SrO
白 2693 -590.4
BaO
白 2191 -558
硬度（莫氏）
9
6.5
4.5
3.8
3.3
与水作用： (1)碱金属氧化物：M2O+H2O→2MOH 反应的剧烈程度由Li到Cs依次增加 (2)碱土金属氧化物： 反应的剧烈程度从BeO到BaO依次增加 MO+H2O→ M(OH)2 (3)BeO为两性，其余为碱性
三、氧化物
1. 普通氧化物(O2-)
2. 过氧化物(O22-)
3. 超氧化物(O2-)
4. 臭氧化物(O3-)
3.1、普通氧化物
1.制备
(1)碱金属： 4Li+O2
燃烧
2Li2O(白)
Na2O2+2Na→2Na2O(白) 2KNO3+10K→6K2O+N2 (2)碱土金属： MCO3
△ 高温
MO+CO2 2MO+4NO2 +O2
3.2、过氧化物
Na2O2
MgO2
K2O2
CaO2
Rb2O2
SrO2
Cs2O2
BaO2
2Na(l) + O2(无CO2) = Na2O2(淡黄)
2BaO + O2 = 2BaO2
1、过氧离子(O2 2- )结构：
KK(σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2(π2py*)2(π2pz*)2
6-1 碱金属和碱土金属的单质
一、存在
Na、 K分布较广、丰度较高，主要以氯化物形式存在 钠长石—Na[AlSi3O8]，钾长石—K[AlSi3O8] ，光卤石— KCl· MgCl2· 6H2O，明矾等 Li: 锂辉石—Li2O· Al2O3· 4SiO2 Be: 绿柱石-3BeO· Al2O3· 6SiO2、硅铍石-3BeO· SiO2、铝铍石 Mg: 菱镁矿-MgCO3、光卤石等 Ca: 分布广，以碳酸盐和硫酸盐形成存在。如方解石、石灰 石-CaCO3、石膏-CaSO4· 2H2O Sr: 天青石-SrSO4、碳酸锶矿SrCO3 Ba: 重晶石-BaSO4、毒重石BaCO3
1.结构： KK(σ2s)2(σ2s*)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2(π2py*)2(π2pz*)1 2.性质：
(1)有单电子：顺磁性、有颜色
KO2 RbO2 CsO2
橙黄
深棕
深黄
(2)与水剧烈反应：
2MO2+2H2O = O2 +H2O2+2MOH (3)与CO2反应：4MO2+2CO2 = 2M2CO3+3O2 因 此 ， 它 们 用 来 除 去 CO2 和 再 生 O2 ， 较 易 制 备 的 KO2常用于急救箱中。
4. 碱土金属的物理性质变化不如碱金属那么有规律，是由于其
晶格类型不完全相同。
三、化学性质 1、与空气作用： 碱金属: Li2O、Li3N； M2O2 (M = Na、K、Rb、Cs) MO2 (M = K、Rb、Cs) 碱土金属： M3N2 ， MO (M = Mg、Ca、Sr、Ba)
BaO2
2、与水作用：
氢化物性质
1、热稳定性： 碱金属氢化物稳定性依LiH→CsH次序降低 2、强还原性： MH+H2O=MOH+H2 ↑ TiCl4+4NaH=Ti+4NaCl+2H2
3. 用途 a. 有机合成中用作还原剂； b. LiH、CaH2为野外氢气发生剂； c. 制备NaBH4 LiAlH4： 4NaH+BF3=NaBH4+3NaF 4LiH +AlBr3= LiAlH4 +3LiBr
锂
Li 3
钠
Na 11
铷
Rb 37
铯
Cs 55
铍
Be 4
镁
Mg 12
钙
Ca 20
锶
Sr 38
钡
Ba 56
6.941 22.99 39.098 85.47 132.9 2s1 123 60 520 3s1 154 95 496 4s1 203 133 419 3051 4411 0.82 5s1 6s1
4. 热分解法
2MN3 = 2M + 3N2 (M = Na, K, Rb, Cs)