Chapter 12 Alkali Metals and Alkaline-Earth Metals （碱金属与碱土金属）
Content 12.1 概述 12.2 Properties of Alkali Metals and Alkaline-Earth Metals
(碱金属与碱土金属的性质) 12.3 Oxides（氧化物） 12.4 Hydroxides（氢氧化物） 12.5 Salts （盐类） 12.6 Coordination（配合物）
CaO 建筑材料，冶金助熔剂除杂，生产电石，化学试剂，污 水处理，造纸等。
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第12章S区元素
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2.过氧化物和超氧化物
过氧化物 H2O2的衍生物，含有过氧链－O－O－，除Be外。 制法 2Na(液)+O2(干燥空气)＝Na2O2 （浅黄色） 2NaOH+H2O2(42％)＝Na2O2+H2O 应用 2Fe(CrO2)2+7Na2O2 碱性介质 4Na2CrO4+3Na2O 用于纺织纸浆的漂白，较稳定，熔融不分解，但遇棉花、 木炭等还原性物质时会爆炸，故使用时应特别小心。
熔点℃ 硬度 LM-O(pm)
BeO 2530
9 165
MgO 2852 5.6 210
CaO 2614 4.5 240
SrO 2430 3.5 257
BaO 1918 3.3 277
重质氧化镁水泥：MgO+H2O→Mg(OH)2→MgO+H2O 轻质氧化镁水泥：
5MgCl2+5Na2CO3+H2O=4MgCO3·Mg(OH)2+10NaCl+CO2 |Δ 5MgO+4CO2+H2O
NaOH常含有Na2CO3杂质，要得不含Na2CO3的NaOH溶液，可 配制NaOH的饱和溶液，Na2CO3因不溶于饱和的NaOH溶液而 沉淀析出
第一电离势kJ/mol 521 499 421 405 371
第二电离势kJ/mol 7295 4591 3088 2675 2436
电负性
0.98 0.93 0.82 0.82 0.79
标准电极电势(酸) -3.045 -2.711 -2.923 -2.925 -2.923
M+(g)水合热kJ·mol-1 519 406 322 293 264
超氧化物 NaO2 KO2，除Li、Be、Mg外，都可形成超氧化物。 Na+O2(过量) 燃烧 NaO2 K+O2 (过量) 燃烧 KO2 Rb+O2 (过量) 燃烧 RbO2 Cs+O2 (过量) 燃烧 CsO2
性质：过氧化物、超氧化物遇水和稀酸生成过氧化氢。
过氧化物、超氧化物与CO2作用放出氧气。 应用：2Na2O2＋CO2＝2Na2CO3+O2 作供氧剂
(1)锂的熔点较高，反应时产生的热 量不能使它熔化，而钠与水反应时放 出的热可以使钠熔化,因而固体锂与 水接触的表面不如液态钠大;
(2)反应产物LiOH的溶解度较小，它 覆盖在锂的表面，阻碍反应的进行。
钾与水反应
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单质的化学性质
（2）碱金属与非金属反应
碱金属在室温下能生成一层氧化物(如Na2O)，在锂的表面上， 除生成氧化物外还有氮化物(Li2O、Li3N)。钠、钾在空气中稍 微加热就燃烧(钠生成Na2O2、钾生成KO2等)，铷和铯在室温 下遇空气立即燃烧生成更复杂的氧化物。锂燃烧生成Li2O。氧 化物在空气中易吸收二氧化碳形成碳酸盐。(如Na2CO3)
1768 1460 1152
第三电离势kJ/mol 14939 7658 4942
电负性
1.57 1.31 1.00
标准电极电势(酸)
-1.85 -2.375 -2.76
标准电极电势(碱)
-2.28 -2.69 -3.02
M2+(g)水合热kJ·mol-1 2494 1921 1577
Sr 215.1 112 552 1070 4351 0.95 -2.89 -2.99 1443
碱土金属活泼性略差，室温下这些金属表面缓慢生成氧化膜。 它们在空气中加热发生反应，生成氧化物和少量氮化物(如： Ca3N2、Mg3N2)。
在高温时碱金属和碱土金属还能夺取某些氧化物中的氧如镁可 使CO2的碳还原成单质。金属应存放在煤油中。锂因比煤油的 密度小，所以将其浸在液体石蜡或封存在固体石腊中。
在空气中直接形成 正常氧化物 Li、Be、Mg、Ca、Sr、Ba 过氧化物 Na 超氧化物 Na、K、Rb、Cs
间接形成 所有碱金属和碱土金属 除Be外的所有元素 除Be、Mg、Li外的所有元素
1.正常氧化物
M(Ⅱ)(Li)+O2(空气) 燃烧 MO(Li2O) Na2O2+2Na=2Na2O 2KNO3+10K=6K2O+N2 CaCO3 Δ CaO+CO2
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12.1 概述
碱金属和碱土金属是周期表IA族和IIA族元素。
IA族包括锂、钠、钾、铷、铯、钫六种金属元素。它们的氧化 物溶于水呈强碱性，所以称为碱金属。
IIA族包括铍、镁、钙、锶、钡、镭六种金属元素。由于钙、 锶、钡的氧化物在性质上介于“碱性”和“土性”(以前把粘 土的主要成分Al2O3称为“土”)之间，所以称为碱土金属，现 习惯上把铍和镁也包括在内。钫和镭是放射性元素。钠、钾、 钙、镁和钡在地壳内蕴藏较丰富，它们的单质和化合物用途较 广泛。
熔融的氢氧化钠腐蚀性很强，工业上熔化氢氧化钠一般用铸
铁容器，在实验室可用银或镍的器皿。
所有碱金属氢氧化物均易溶于水（除LiOH外）。碱土金属氢
氧化物的溶解性要小些，Ca(OH)2微溶，半径大溶解度小。
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氢氧化物的酸碱性
LiOH 中强碱
Be(OH)2 两性
NaOH 强碱
阴极
阳极
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单质的制备－K
2.热还原法 热还原法一般采用焦炭或碳化物为还原剂
K2CO3+C 1473K 2K+CO 2KF+CaC2 1273-1423K CaF2+2K+2C 3.金属置换法
钾、铷和铯常用强还原性的金属如：Na、Ca、Mg、Ba等在 高温和低压下还原它们氯化物的方法制取，例如：
Li+的特殊性 标准电极电势最低，原因是半径特小，水合热较 大。可从热力学上作详细分析（见这289页）
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碱土金属基本性质
性质
Be
Mg
Ca
原子半径/pm
111.3 160 197.3
离子半径/pm
35
66
99
第一电离势kJ/mol
905 742 593
第二电离势kJ/mol
碱金属和碱土金属均可溶于液氨形成深兰色溶液 碱金属 M(s)+(x+y)NH3=M+(NH3)x+e-(NH3)y 碱土金属 M(s)+(x+2y)NH3=M2+(NH3)x+2e-(NH3)y
不稳定，在过渡金属化合物的催化下可分解 Na+(NH3)+e-(NH3)y 铁的氧化物 NaNH2(NH3)+½ H2
离子势φ＝Z+/r+ (φ)½
<7
ROH 碱性
7-10 两性
>10 酸性
r+/nm (φ)½ 酸碱性
NaOH Mg(OH)2 Al(OH)3
0.102 0.072 0.053
3.13 5.27
7.49
强碱 中强碱 两性
H2SiO3 0.040
10 弱酸
H3PO4 0.038 11.5 中强酸
H2SO4 HClO4 0.029 0.027 14.4 16.1 强酸 最强酸
KCl+Na＝NaCl+K↑ 2RbCl+Ca＝CaCl2+2Rb↑ 2CsAlO2+Mg＝MgAl2O4+2Cs↑ 4、热分解法
KCN＝4K+4C+N2 MN3＝2M+3N2（M=Na,K,Rb,Cs）
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第12章S区元素
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12.3 氧化物 主要有三种类型的氧化物：正常氧化物、过氧化物、超氧化物
Ba 217.3 134 564 971 3575 0.89 -2.90 -2.97 1305
Be2+的特殊性 有一定程度的共价性，原因是半径特小，水热较 大。如BeCl2分子。
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第12章S区元素
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1.单质的物理性质
碱金属密度、硬度小、熔点低、导电性强。碱土金属的密度、 熔点和沸点则较碱金属为高。高能电池 生命元素 铯原子钟
金属钠
金属钙
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2.单质的化学性质
（1）与水反应
锂在与水反应中不熔化，钠、钾与水的反应剧烈，钾产生的氢气 能燃烧，铷、铯与水剧烈反应并发生爆炸铍能与水蒸气反应，镁 能将热水分解，而钙、锶、钡与冷水能比较剧烈地反应。
根据标准电极电势，锂的活泼性应比铯更大，但实际上与水反应 不如钠剧烈。这是因为：
石盐KCl
天然芒硝Na2SO4·10H2O
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第12章S区元素
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碱土金属的存在形式 碱土金属除镭外在自然界中分布也很广泛。水中含有大量镁 的氯化物和硫酸盐，世界镁产量有一半以上来自海水。
绿柱石3BeO·Al2O3·6SiO2