第12章-碱金属和碱土金属..知识讲解

碱土金属的普通氧化物均为白色。
普通氧化物热稳定性总的趋势是，同族从 上到下依次降低，熔点也依次降低。
碱土金属离子半径小、正电荷高，其普通 氧化物的晶格能大，因而其熔点比碱金属氧化 物的熔点高很多。
金属钠的生产是采用以石墨为阳极，以 铸钢为阴极，电解 NaCl 熔盐的方式进行。
阳极 阴极
2 Cl－ —— Cl2 + 2 e－ 2 Na+ + 2 e－ —— 2 Na
Nபைடு நூலகம் 的沸点与 NaCl 的熔点相近，易挥 发损失掉 Na。
为此要加助熔剂，如 CaCl2，以降低熔 盐的温度。
这样，在比 Na 的沸点低的温度下 NaCl 即可熔化。
锂－深红色，钠－黄色，钾－紫色，铷 －紫红色，铯－蓝色，钙－橙红色，锶－洋 红色，钡－绿色。
12－1－3 金属单质的制备
碱金属和碱土金属等活泼金属经常采用熔 盐电解方法和热还原法生产。
碱金属中的 Li 和 Na 常用电解熔融氯化物 的方法大量生产，而 K，Ru，Cs 则采用金属 热还原法制备。
1 熔盐电解法
Ca + H2 —— CaH2 产物 CaH2 为灰色离子晶体，其中 H 显－1 价， Ca 显 + 2 价。
活泼金属的氢化物是强还原剂。
除 Be，Mg 之外，均可溶于液氨中形成蓝 色的导电溶液
Na + 2NH3 —— Na+（NH3） + e －（NH3）
长期放置或有催化剂存在时
2 Na + 2 NH3 —— 2 NaNH2 + H2
Be，Mg 的金属表面可以形成致密的氧化 物保护膜，常温下对水是稳定的。
Mg 可以和热水缓慢发生反应，Be 则同水 蒸气也不发生反应。
Li，Ca，Sr 和 Ba 与水反应比较平稳，其 他碱金属与水反应非常剧烈，量大时会发生爆 炸。
除 Be，Mg 之外，均可以和 H2 反应，生成 金属氢化物，例如：
盐井中的 NaCl
钠在地壳中的质量分数为 2.3 %
钾K 钾长石 KAlSi3O8 海水中的钾离子
钾在地壳中的质量分数为 2.1 %
铷 Rb 与锂、钾共生 铷在地壳中的质量分数为 9.0 10－3 %
铯 Cs 与钠共生 铯在地壳中的质量分数为 3.0 10－4 %
铍 Be 绿柱石 3 BeO • Al2O3 • 6 SiO2 铍在地壳中的质量分数为 2.6 10－4 %
12－1 金属单质
12－1－1 物理性质
碱金属和碱土金属单质都具有银白的金属 光泽，具有良好的导电性和延展性。
碱金属的熔点较低，除锂外都在 100 ℃以 下，铯的熔点最低。熔点与沸点差距较大，沸 点一般比熔点高出 700 ℃ 以上。
碱金属较软，莫氏硬度都小于 1，可用刀 子切割。
碱金属的密度小，锂是最轻的金属，密度 大约是水的一半。
第12章-碱金属和碱土金属..
碱金属 ⅠA Li，Na，K，Rb，Cs 锂、钠、钾、铷、铯
碱土金属 ⅡA Be，Mg，Ca，Sr，Ba 铍、镁、钙、锶、钡
锂 Li 锂辉石 LiA（l SiO3）2 锂在地壳中的质量分数为 2.0 10－3 %
钠 Na
钠长石 NaAlSi3O8
硝石
NaNO3
海水中的 NaCl
KCl（l）+ Na —— NaCl + K（g）
钾的沸点低，KCl 熔融温度下，钾已汽 化，使平衡右移。
铷和铯的制备方法与钾类似，铍通常是 用金属镁在约 1300 ℃ 下还原 BeF2 进行制备。
12－2 含氧化合物
12－2－1 氧化物
碱金属和碱土金属形成的氧化物主要有： 正常氧化物（O2－） 过氧化物（O22－） 超氧化物（O2－） 臭氧化物（O3－）
2 Na + Na2O2 —— 2 Na2O 2 KNO3 + 10 K —— 6 K2O + N2↑ 3 NaN3 + NaNO2 —— 2 Na2O + 5 N2 ↑
碱土金属的普通氧化物可以通过其碳酸
盐、氢氧化物、硝酸盐或硫酸盐的热分解来
制备。 碱金属的普通氧化物从 Li2O 到 Cs2O
颜色逐渐加深： Li2O 白色， Na2O 白色， K2O 淡黄色，Rb2O 亮黄色，Cs2O 橙红色。
液态 Na 的密度小，浮在熔盐上面，易 于收集。
加助熔剂不利的影响是，产物中总有少 许 Ca。
电解 BeCl2 熔盐，可得金属单质铍。
与此相类似，电解 MgCl2 熔盐，可得 金属单质镁。钙、锶、钡都可以通过电解其 熔融氯化物制备。
2 热还原法
用热还原法制备金属钾，在 850 ℃ 用金 属钠来还原氯化钾，其反应为：
镁 Mg 光卤石 KMgCl3 • 6 H2O 白云石 CaMg（CO3）2 菱镁矿 MgCO3
镁在地壳中的质量分数为 2.3 %
钙 Ca 碳酸盐及硫酸盐矿物 钙在地壳中的质量分数为 4.1 %
锶 Sr 碳酸盐及硫酸盐矿物 锶在地壳中的质量分数为 0.037 %
钡 Ba 碳酸盐及硫酸盐矿物 钡在地壳中的质量分数为 0.050 %
由于碱土金属的金属键比碱金属的金属键 要强，所以碱土金属的熔沸点、硬度、密度都 比碱金属高得多。
12－1－2 化学性质
碱金属和碱土金属都是非常活泼的金属 元素，同族从 Li 到 Cs 和从 Be 到 Ba 活泼 性依次增强。
碱金属和碱土金属具有很强的还原性。
除 Be，Mg 之外，均与水反应，如 Ca + 2 H2O —— C（a OH）2 + H2
碱金属、碱土金属在空气中燃烧，得到不 同的主产物：
碱土金属（除钡外）将生成正常氧化物 MO，钡生成过氧化物BaO2。碱金属中只有锂 生成其正他常碱氧金化属物分Li别2O生。成过氧化物 Na2O2；超 氧化物 KO2，RbO2 和 CsO2。
K，Rb，Cs 有臭氧化物 MO3 。
1 普通氧化物
锂在空气中燃烧的主要产物为 Li2O，其他 碱金属的普通氧化物可以用碱金属单质或叠氮 化物还原其过氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐制备：
利用碱金属和碱土金属单质的强还原性， 可以在非水溶液或熔融条件下制备稀 有金属或贵金属。
ZrO2 + 2 Ca —— Zr + 2 CaO NbCl5 + 5 Na —— Nb + 5 NaCl
TiCl4 + 2 Mg —— Ti + 2 MgCl2
碱金属、碱土金属及其化合物置于高温 火焰中，可以使火焰呈现出特征的颜色，称 焰色反应。