1
电负性 M + 水化能 /(kJ/mol) 标准电势 φ θ / V
Байду номын сангаас
1.5 2494 -1.85
1.2 1921 -2.372
1.0 1577 -2.868
1.0 1443 -2.89
0.9 1305 -2.91
2、碱金属和碱土金属的存在 由于碱金属和碱土金属的化学活泼性很强，因此在自然界均以化合态形式存在。钠、钾 在地壳中分布很广，其丰度均为 2.5%。锂、铷、铯在自然界中的储量很小且分散，被列为 稀有金属。碱土金属的重要矿物较多，铍为稀有金属。 17-2 碱金属和碱土金属的单质 17-2-1 单质的物理化学性质 碱金属和碱土金属单质除铍为钢灰色外，其它均为银白色光泽。碱金属具有密度小、硬 度小、熔点低的特点，是典型的轻、软金属。碱金属还具有良好的导电性。碱土金属的熔点、 沸点比碱金属高，硬度较大，导电性低于碱金属，规律性不及碱金属强。 由于碱金属和碱土金属的核外电子数较少，原子半径较大，核对价电子的吸引力较小， 因此碱金属和碱土金属的化学活泼性很活泼，表现在： ① 易与水的反应，碱金属与水反应更剧烈，产生的氢气着火燃烧。 ② 易氧化，生成氧化物、过氧化物、超氧化物等。 ③ 与氢的反应，活泼的碱金属均能与氢在高温下直接化合，生成离子型氢化物，由于氢负 离子有较大的半径（2.08），容易变形，所以它仅能存在于干态的离子型氢化物晶体中，而 不能成为水溶液中的水合离子。 钠能溶于液氨中生成蓝色溶液， 该溶液具有导电性和顺磁性。 在溶液中钠离解生成钠正离子和溶剂合电子： Na (S) + (x+y)NH3(l) → Na(NH3)x+ + e (NH3)y其中的溶剂合电子是一种很强的还原剂。 17-2-2 铍的反常性质 Be 原子的价电子层结构为 2s2，它的原子半径为 89pm， Be 离子半径为 31pm ， Be 的电负性为 1.57。铍由于原子半径和离子半径特别小（不仅小于同族的其它元素，还小于碱 金属元素），电负性又相对较高（不仅高于碱金属元素，也高于同族其它各元素），所以铍 形成共价键的倾向比较显著， 不像同族其它元素主要形成离子型化合物。 因此铍常表现出不 同于同族其它元素的反常性质。 （1）铍由于表面易形成致密的保护膜而不与水作用，而同族其它金属镁、钙、锶、钡均易 与水反应。 （2）氢氧化铍是两性的，而同族其它元素的氢氧化物均是中强碱或强碱性的。 （3）铍盐强烈地水解生成四面体型的离子[Be(H2O)4]，键很强，这就削弱了 O── H 键，因 此水合铍离子有失去质子的倾向： [Be(H2O)4 ] 2+ ── [Be(OH) (H2O)3 ] + + H + 因此铍盐在纯水中是酸性的。而同族其它元素（镁除外）的盐均没有水解作用。 17-2-3 单质的制备 1 、熔盐电解法 由于碱金属和碱土金属的化学活泼性很强，所以一般用电解它们熔融化 合物的方法制取。 2 、热分解法 碱金属的某些化合物加热分解能生成碱金属。 3 、热还原法 钾、铷、铯的沸点低易挥发，在高温下用焦炭、碳化物及活泼金属做还原 剂还原它们的化合物，利用它们的挥发性分离。 17-3 碱金属和碱土金属的化合物 17-3-1 氧化物 1、普通氧化物
碱土金属元素的一些基本性质 性 质 符 号 原子序数 原子量 价电子构型 常见氧化态 原子半径 /pm 离子半径 /pm 第一电离能 /(kJ/mol) 第二电离能 /(kJ/mol) 第三电离能 /(kJ/mol) 铍 Be 4 9.012 2s 2 +2 89 31 900 1757 14849 镁 Mg 12 24.31 3s 2 +2 136 65 738 1451 7733 钙 Ca 20 40.08 4s 2 +2 174 99 590 1145 4912 锶 Sr 38 87.62 5s 2 +2 191 113 550 1064 4320 钡 Ba 56 137.3 6s 2 +2 198 135 503 965 —
第 17 章 碱金属和碱土金属 [ 教学要求 ] 1. 了解碱金属和碱土金属的通性。 2. 掌握碱金属和碱土金属的氢化物及氧化物的性质和用途。 3. 掌握碱金属和碱土金属的氢氧化物及其盐类的性质和用途。 [ 教学重点 ] 碱金属和碱土金属的单质及其重要化合物的性质变化规律 [ 教学难点 ] 碱金属和碱土金属的单质及其重要化合物的性质变化规律 [ 教学时数 ] 4 学时 [ 教学内容 ] 1. 碱金属和碱土金属的通性 2. 碱金属和碱土金属的单质 3. 碱金属和碱土金属的化合物 17-1 碱金属和碱土金属的通性 1、碱金属和碱土金属的基本性质 碱金属元素的一些基本性质 性 质 符 号 原子序数 原子量 价电子构型 常见氧化态 原子半径 /pm 离子半径 /pm 第一电离能 /(kJ/mol) 第二电离能 /(kJ/mol) 电负性 M + 水化能 /(kJ/mol) 标准电势 φ θ / V 锂 Li 3 6.941 2s 1 +1 123 60 520 7298 1.0 519 -3.045 钠 Na 11 22.99 3s 1 +1 154 95 496 4562 0.9 406 -2.710 钾 K 19 39.10 4s 1 +1 203 133 419 3051 0.8 322 -2.931 铷 Rb 37 85.47 5s 1 +1 216 148 403 2633 0.8 293 -2.925 铯 Cs 55 132.9 6s 1 +1 235 169 376 2230 0.7 264 -2.923
2
碱金属在空气中燃烧时，只有锂生成普通氧化物 Li2O，钠生成过氧化物 Na2O2 ，钾、 铷、铯生成超氧化物 MO2（M=K、Rb、Cs）。要制备除锂以外的其它碱金属的普通氧化物， 必须用其它方法。 碱土金属在室温或加热时与氧化合，一般只生成普通氧化物 MO。但实 际生产中常从它们的碳酸盐或硝酸盐加热分解制备。 2、过氧化物 过氧化物是含有过氧基（-O-O-）的化合物，除铍外，碱金属、碱土金属在一定条件下 都能形成过氧化物。常见的是过氧化钠。 过氧化钠 Na2O2 呈强碱性，含有过氧离子，在碱性介质中过氧化钠是一种强氧化剂，常 用作氧化分解矿石的熔剂。例如： Cr2O3 ＋ 3Na2O2 ＝ 2Na2CrO4 ＋ Na2O MnO2 ＋ Na2O2 ＝ Na2MnO4 Na2O2 与水作用产生 H2O2，H2O2 立即分解放出氧气。 所以过氧化钠常用作纺织品、 麦杆、羽毛等的漂白剂和氧气发生剂。 在潮湿的空气中，过氧化钠能吸收二氧化碳气并放出氧气： 2Na2O2 ＋ 2CO2 ＝ 2Na2CO3 ＋ O2 ↑ 因此过氧化钠广泛用于防毒面具、 高空飞行和潜水艇里， 吸收人们放出的二氧化碳气并 供给氧气。 在酸性介质中，当遇到像高锰酸钾这样的强氧化剂时，过氧化钠就显还原性了，过氧离 子被氧化成氧气单质： 5O22- + 2MnO4- + 16H+ → 2Mn2+ + 5O2 ↑ + 8H2O 3、超氧化物 超氧化钾 KO2、超氧化铷 RbO2 和超氧化铯 CsO2 中都含有超氧离子，因为超氧离子中 有一个未成对的电子，所以超氧化物有顺磁性并呈现出颜色。超氧化钾是橙黄色，超氧化铷 是深棕色，超氧化铯是深黄色。 超氧化物都是强氧化剂，与水剧烈地反应放出氧气和过氧化氢： 2MO2 ＋ 2H2O == O2 ↑＋ H2O2 ＋ 2MOH (M ＝ K、Rb、Cs) 超氧化物还能除去二氧化碳气并再生出氧气，可以用于急救器、潜水和登山等方面。 4MO2 ＋ 2CO2 == 2M2CO3 ＋ 3O2 (M ＝K、Rb、Cs) 4、臭氧化物 钾、铷、铯的氢氧化物与臭氧反应，可得臭氧化物 3KOH (S) + 2O3(g) → 2KO3(S) + KOH + H2O (S) + 1/3O 2 17-3-2 氢氧化物 碱金属溶于水生成相应的氢氧化物， 它们最突出的化学性质是强碱性， 对纤维和皮肤有 强烈的腐蚀作用， 所以称它们为苛性碱。 它们都是白色晶状固体， 具有较低的熔点。 除 LiOH 在水中的溶解度（ 13g/100g 水）较小外，其余碱金属的氢氧化物都易溶于水，并放出大量 的热。在空气中易吸湿潮解，所以固体 NaOH 是常用的干燥剂。它们还容易与空气中的二 氧化碳作用生成碳酸盐，所以要密封保存。 碱土金属 （除 BeO 和 MgO 外） 溶于水生成相应的氢氧化物， Be(OH)2 为两性， Mg(OH)2 为中强碱，其它为强碱。 碱金属氢氧化物的某些性质 物质 性质 水中溶解度 (mol/dm 3 ) (293K) 酸碱性 5.3 中强碱 26.4 强碱 19.1 强碱 17.9 强碱 25.8 强碱