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第十七章 碱金属 碱土金属. 本章要求 掌握碱金属和碱土金属的性质与结构，性质与存在之间的关系，制备及用途。 掌握碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解和碱性以及盐类溶解度，热稳定性等性质的变化规律。 一般掌握锂、铍的特征、锂和镁的相似性。. 碱金属和碱土金属是周期表 IA 族和 IIA 族元素。 IA 族包括锂 (Lithium) 、钠 (Sodium) 、钾 (Postassium) 、铷 (Rubidium) 、铯 (Caesium) 、钫 (Francium) 六种金属元素，称为 碱金属 (Alkali Metals) 。 - PowerPoint PPT Presentation
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本章要求本章要求
掌握碱金属和碱土金属的性质与结构，
性质与存在之间的关系，制备及用途。
掌握碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解
和碱性以及盐类溶解度，热稳定性等性
质的变化规律。
一般掌握锂、铍的特征、锂和镁的相似
性。
第十七章 碱金属 碱土金属
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碱金属和碱土金属是周期表 IA 族和 IIA 族元
素。 IA 族包括锂 (Lithium) 、钠 (Sodium) 、钾
(Postassium) 、铷 (Rubidium) 、铯 (Caesium) 、
钫 (Francium) 六种金属元素，称为碱金属 (Alkali
Metals) 。
IIA 族包括铍 (Beryllium) 、镁 (Magnesium) 、
钙 (Calcium) 、锶 (Strontium) 、钡 (Barium) 、镭
(Radium) 六种金属元素，称为碱土金属（ Alkalin
e earth metals ）。
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第一节 通性
元素性质 Li Na K Rb Cs
原子半径 /pm 152 153.7 227.2 247.5 265.4
离子半径 /pm 68 97 133 147 167
第一电离势 kJ/mol
521 499 421 405 371
第二电离势 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
碱金属的基本性质
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元素 性质 Be Mg Ca Sr Ba
原子半径 /pm 111.3 160 197.3 215.1 217.3
离子半径 /pm 35 66 99 112 134
第一电离势kJ/mol
905 742 593 552 564
第二电离势 1768 1460 1152 1070 971
第三电离势 14939 7658 4942 4351 3575
电负性 1.57 1.31 1.00 0.95 0.89
标准电极电势 ( 酸 ) -1.85 -2.375 -2.76 -2.89 -2.90
标准电极电势 ( 碱 ) -2.28 -2.69 -3.02 -2.99 -2.97
M2+(g) 水合热 /kJ·mol-
1 2494 1921 1577 1443 1305
碱土金属的基本性质
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第二节 碱金属和碱土金属的单质一、存在碱金属和碱土金属都以化合状态存在于自然界中。在碱金属中 , 钠和钾在地壳中分布很广 , 两者的丰度都为 2.5% 。
主要矿物有芒硝Na2SO4·10H2O 、石盐KCl 、
钠长石(Na[AlSi3O8]) 、钾长石 (K[AlSi3O8]) 、光卤石
KCl·MgCl2·6H2O 以及明矾石K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O
等。海水和植物灰中也含有钾盐。锂的重要矿物为锂
辉石 Li2O·Al2O3·4SiO2 ，锂、铷和铯在自然界中储量
较少且分散，被列为稀有金属。
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碱土金属除镭外在自然界中分布也很广泛，镁除光卤石外，还有白云石CaCO3·MgCO3 和
菱镁矿MgCO3 等。
铍的最重要矿物是绿柱石3BeO·Al2O3·6SiO2 。
钙、锶、钡在自然界中存在的主要形式为难溶
的碳酸盐和硫酸盐，如萤石CaF2 、石灰石CaC
O3 、碳酸锶矿SrCO3 、碳酸钡矿BaCO3 、石膏
CaSO4·2H2O 、天青石SrSO4 和重晶石BaSO4
等。海水中含有大量镁的氯化物和硫酸盐， 19
71 年世界镁产量有一半以上是以海水为原料生
产的。
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1. 电解 NaCl：2NaCl(CaCl2)===2Na+Cl2
二、单质的制备
电解
1473K
2. 热还原法
K2CO3+C=====2K+CO
2KF+CaC2=======CaF2+2K+2C1273-1423K
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3. 金属置换法
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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碱金属密度小、硬度小、熔点低、导
电性强，是典型的轻金属。
碱土金属的密度、熔点和沸点则较碱
金属为高。
锂是固体单质中最轻的，它的密度约
为水的一半。碱土金属的密度稍大些。
三、单质的物理性质
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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。
四、单质的化学性质
1 、与水反应 锂在与水反应中不熔化，钠 Na 、钾 K
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。
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2 、与非金属反应
钠、钾在空气中稍微加热就燃烧起来
( 钠生成 Na2O2 、钾生成 KO2 等 ) ，铷和铯在室
温下遇空气就立即燃烧生成更复杂的氧化物。
锂却燃烧生成 Li2O 。
它们的氧化物在空气中易吸收二氧化碳形成
碳酸盐。 ( 如 Na2CO3)
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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： C
a3N2 、 Mg3N2) 。
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第三节 碱金属和碱土金属的化合物一、氧化物 ( 自学 )
自学要求：
1 、用前面所学过的知识来理解过氧离子和超氧离子的结构。
2 、解释氧化物颜色的变化。
3 、了解过氧化物及超氧化物的性质。
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二、氢氧化物 1 、性质和用途 NaOH 能溶解 Al 、 Zn 等两性金属及其氧化物，也能溶解许多非金属 (Si 、 B 等）及其氧化物。
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2OSi+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O （能腐蚀玻璃）
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。
熔融
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2 、氢氧化钠的制备
工业上用电解食盐水的方法来制取 NaOH 。
3 、溶解度的变化
同族元素的氢氧化物从上到下溶解度逐渐增大的。
同一周期中氢氧化物的溶解度减小。
少量氢氧化钠，也可用苛化法制备。 Na2CO3+
Ca(OH)2＝ CaCO3↓+2NaOH
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4 、碱性的变化
当金属离子（ R ）的电子构型相同时，则1/2
值愈小，金属氢氧化物的碱性愈强。
碱性增强↓
氢氧化物 1/2 碱性 氢氧化物 1/2 碱性LiOH 3.8 强碱 Be(OH)2 7.6 两性NaOH 3.2 强碱 Mg(OH)2 5.5 中强碱KOH 2.7 强碱 Ca(OH)2 4.5 强碱RbOH 2.6 强碱 Sr(OH)2 4.2 强碱
CsOH 2.4 强碱 Ba(OH)2 3.9 强碱
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三、氢化物
碱金属和碱土金属中较活泼的 Ca 、 Sr 、 Ba
能与氢在高温下直接化合，形成离子晶体，故称
为离子型氢化物，又称为盐型氢化物。
金属氢化物中的 H- 离子的半径介于 F- 离子
和 Cl- 离子之间，所以具有卤化物的一些性质。
碱金属氢化物中以 LiH 最稳定，加热到 (961
K) 也不分解。但其它氢化物不稳定，加热易分解
成金属和氢。
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所有碱金属氢化物都是强还原剂。 TiCl4+4NaH====Ti+4NaCl+2H2
LiH+H2O===LiOH+H2↑
CaH2+2H2O===Ca(OH)2+2H2↑
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1 、溶解性 碱金属盐类通常易溶于水 ( 碳酸锂例外 ), 且它们的离子都是无色的。只有少数碱金属盐是难溶的 ;
四、盐类
它们的难溶盐一般都是由大的阴离子组成，而且碱金属离子越大，难溶盐的数目也越多。
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碱土金属盐类的重要特征是它们的微溶性。除氯化物、硝酸盐、硫酸镁、铬酸镁易溶于水外，其余的碳酸盐、硫酸盐、草酸盐、铬酸盐等皆难溶。
硫酸盐和铬酸盐的溶解度依 Ca 、 Sr 、 Ba 的顺序降低。
草酸钙的溶解度是所有钙盐中最小的，因此，在重量分析中可用它来测定钙。
碱金属和碱土金属碳酸盐溶解度的差别也常用来分离 Na+ 、 K+ 和 Ca2+ 、 Ba2+ 。
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2 、钠盐和钾盐性质的差异 钠盐和钾盐性质很相似，但也有差别，重要的有三点： a 、溶解度：钠、钾盐的溶解度都比较大，
相对说来，钠盐更大些。但 NaHCO3溶解度不大，
NaCl 的溶解度随温度的变化不大，这是常见的钠盐中溶解性较特殊的。 b 、吸湿性：钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。
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c 、结晶水：含结晶水的钠盐比钾盐多，如 N
a2SO4·10H2O 、 Na2HPO4·12H2O 等。
3 、晶型
绝大多数碱金属和碱土金属的盐是离子型晶体，
晶体大多属 NaCl型，铯的卤化物是 CsCl 型结构。
由于 Li+ 、 Be2+ 离子半径最小，极化作用较强，才使得它们的某些盐具有较明显的共价性。
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4 、形成结晶水合物的倾向 几乎所有的锂盐是水合的，钠盐约有 75％是水合的，钾盐有 25% 是水合物，铷盐和铯盐仅有少数是水合盐。 碱金属卤化物大多数是无水的 ,硝酸盐中只有
锂可形成水合物。如 LiNO3·H2O 和 LiNO3·3H2O；
硫酸盐中只有 Li2SO4·H2O 和 Na2SO4·10H2O；
碳酸盐中除 Li2CO3无水合物外，其余皆有不
同形式的水合物，其水分子数分别为：
Na2CO3 K2CO3 Rb2CO3Cs2CO3
1,7,10 1,5 1,5 3,5
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5 、形成复盐的能力 (1) 光卤石类，通式为 MICl·MgCl2·6H2O,
其中 MI=K+ 、 Rb+ 、 Cs+ 。如：光卤石 KCl·MgCl
2·6H2O； (2) 通式为 M2
ISO4·MgSO4·6H2O 的矾类 , 其中MI=K+ 、 Rb+ 、 Cs+, 如：软钾镁矾 K2SO4·MgSO4·
6H2O； (3) 通式为 MIMIII(SO4)2·12H2O 的矾类，其中MI＝ Na+ 、 K+ 、 Rb+ 、 Cs+ ， MIII＝ Al3+ 、 Cr3
+ 、 Fe3+ 、 Co3+ 、 Ga3+ 、 V3+ 等离子。如：明矾KAl(SO4)2·12H2O 。 复盐的溶解度一般比相应简单碱金属盐小得多。
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6 、热稳定性
卤化物在高温时挥发而难分解。
硫酸盐在高温下既难挥发，又难分解。
碳酸盐除 Li2CO3 在 1543K 以上分解为 Li2O
和 CO2 外，其余更难分解。
硝酸盐热稳定性较低，在一定温度可分解。
碱土金属的卤化物、硫酸盐、碳酸盐对热也较稳定。
碱土金属的碳酸盐热稳定性较碱金属碳酸盐要低，是由于它们电荷高，极化作用强。
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作业
6、 7、 8、 14、 15、 16、 18、 22、 23、 24、26
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石盐
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天然芒硝
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重晶石
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石灰石 方解石
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绿柱石
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石膏
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萤石
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阴极
阳极
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钾与水反应
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NaCl 水溶液电解槽
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nm)---(r r
Z
阳离子半经阳离子电荷
当 1/2>10时 R(OH)n显酸性当 10>1/2>7时 R(OH)n显两性当 1/2<7时 R(OH)n显碱性
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明矾 Alunite （ KAl3(SO4)2(OH)6 ）
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白云石 Dolomite （ CaMg[CO3]2 ）
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菱镁矿 (粒状 ) Magnesite （ MgCO3 ）
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碳酸锶矿 strontianite （ SrCO3 ）
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碳酸钡矿 Witherite （ BaCO3 ）
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天青石 Celestine （ SrSO4 ）
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钠长石 Albite （ Na [AlSi3O8] ）
![碱金属蒸气激光器的研究进展 - opticsjournal.net · 室的Krupke等[2-4]提出了使用半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)的概念, ... Alkali Li Na K Rb Cs](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/5aff846b7f8b9af1148b5a1d/-krupke2-4dpal.jpg)
