第20章s區(qū)金屬（堿金屬和堿土金屬）20-1堿金屬和堿土金屬的通性20-2堿金屬和堿土金屬的單質(zhì)20-3堿金屬和堿土金屬的化合物思考題習(xí)題20-2堿金屬和堿土金屬的單質(zhì)20-2-1單質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及用途20-2-2單質(zhì)的制備20-3堿金屬和堿土金屬的化合物20-3-1氧化物20-3-2氫氧化物20-3-3氫化物20-3-4鹽類20-3-5配合物堿金屬和堿土金屬的通性堿金屬和堿土金屬是周期表IA族和IIA族元素。IA族包括鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁六種金屬元素。它們的氧化物溶于水呈強(qiáng)堿性，所以稱為堿金屬。

IIA族包括鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳六種金屬元素。由于鈣、鍶、鋇的氧化物在性質(zhì)上介于“堿性”和“土性”(以前把粘土的主要成分Al2O3稱為“土”)之間，所以稱為堿土金屬，現(xiàn)習(xí)慣上把鈹和鎂也包括在內(nèi)。鈁和鐳是放射性元素。鈉、鉀、鈣、鎂和鋇在地殼內(nèi)蘊(yùn)藏較豐富，它們的單質(zhì)和化合物用途較廣泛。1807年,戴維電解KOH得到金屬K(Potassium),用同樣的方法從NaOH中得到金屬Na(Sodium)。堿金屬和堿土金屬的通性1808年,戴維把潮濕的石灰和氧化汞按3:1的比例混合，放在白金皿中進(jìn)行電解得到了鈣汞齊，并制得了鈣。不久他又從菱鍶礦石(SrCO3)、重晶石(BaSO4)和苦土(MgO)中到得了三個(gè)新的金屬元素單質(zhì)——鍶、鋇(Barium)和鎂。鈁(Francium)是由法國的佩里從錒衰變并放出粒子后得到的。鈹(Beryllium)是1845年德國的多才多藝的化學(xué)家維勒用他電解發(fā)現(xiàn)鋁的方法制得的。堿金屬和堿土金屬的通性堿金屬的基本性質(zhì)元素性質(zhì)LiNaKRbCs原子半徑/pm152153.7227.2247.5265.4離子半徑/pm6897133147167第一電離勢(shì)kJ/mol521499421405371第二電離勢(shì)72954591308826752436電負(fù)性0.980.930.820.820.79標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(酸)-3.045-2.711-2.923-2.925-2.923M+(g)水合熱/kJ·mol-1519406322293264堿金屬和堿土金屬的通性堿土金屬的基本性質(zhì)元素性質(zhì)BeMgCaSrBa原子半徑/pm111.3160197.3215.1217.3離子半徑/pm356699112134第一電離勢(shì)kJ/mol905742593552564第二電離勢(shì)1768146011521070971第三電離勢(shì)149397658494243513575電負(fù)性1.571.311.000.950.89標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(酸)-1.85-2.375-2.76-2.89-2.90標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(堿)-2.28-2.69-3.02-2.99-2.97M2+(g)水合熱/kJ·mol-124941921157714431305單質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及用途一、單質(zhì)的物理性質(zhì)及用途

堿金屬密度小、硬度小、熔點(diǎn)低、導(dǎo)電性強(qiáng)，是典型的輕金屬。堿土金屬的密度、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)則較堿金屬為高。

鋰是固體單質(zhì)中最輕的，它的密度約為水的一半。堿土金屬的密度稍大些。

IA及IIA族金屬單質(zhì)之所以比較輕，是因?yàn)樗鼈冊(cè)谕恢芷诶锉认鄳?yīng)的其它元素原子量較小，而原子半徑較大的緣故。銣、銫可用于制造最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)儀器—銣、銫原子鐘。1967年正式規(guī)定用銫原子鐘所定的秒為新的國際時(shí)間單位。鋰和鋰合金是一種理想的高能燃料。鋰電池是一種高能電池。它們有些還可以制合金，許多是生命必須元素。金屬鈉金屬鈣單質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及用途二、單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)

1、與水反應(yīng)鋰在與水反應(yīng)中不熔化，鈉、鉀與水的反應(yīng)劇烈，鉀產(chǎn)生的氫氣能燃燒，銣、銫與水劇烈反應(yīng)并發(fā)生爆炸。

鈹能與水蒸氣反應(yīng)，鎂能將熱水分解，而鈣、鍶、鋇與冷水能比較劇烈地反應(yīng)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，鋰的活潑性應(yīng)比銫更大，但實(shí)際上與水反應(yīng)不如鈉劇烈。這是因?yàn)椋?1)鋰的熔點(diǎn)較高，反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量不能使它熔化，而鈉與水反應(yīng)時(shí)放出的熱可以使鈉熔化,因而固體鋰與水接觸的表面不如液態(tài)鈉大;(2)反應(yīng)產(chǎn)物L(fēng)iOH的溶解度較小，它覆蓋在鋰的表面，阻礙反應(yīng)的進(jìn)行。鉀與水反應(yīng)單質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及用途2、與非金屬反應(yīng)堿金屬在室溫下能生成一層氧化物(如Na2O)，在鋰的表面上，除生成氧化物外還有氮化物(Li2O、Li3N)。

鈉、鉀在空氣中稍微加熱就燃燒起來(鈉生成Na2O2、鉀生成KO2等)，銣和銫在室溫下遇空氣就立即燃燒生成更復(fù)雜的氧化物。鋰卻燃燒生成Li2O。

它們的氧化物在空氣中易吸收二氧化碳形成碳酸鹽。(如Na2CO3)

堿金屬應(yīng)存放在煤油中。鋰因比煤油的密度小，所以將其浸在液體石蠟或封存在固體石臘中。單質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及用途2、與非金屬反應(yīng)堿土金屬活潑性略差，室溫下這些金屬表面緩慢生成氧化膜。它們?cè)诳諝庵屑訜岚l(fā)生反應(yīng)，生成氧化物和少量氮化物(如：Ca3N2、Mg3N2)。

因此在金屬熔煉中常用Li、Ca等除去溶解在熔融金屬中的氮?dú)夂脱鯕?在電子工業(yè)中常用Ba除去真空管中痕量氮?dú)夂脱鯕?在高溫時(shí)堿金屬和堿土金屬還能奪取某些氧化物中的氧如鎂可使CO2的碳還原成單質(zhì)。鎂與二氧化碳反應(yīng)單質(zhì)的制備一、熔鹽電解法2NaCl(CaCl2)===2Na+Cl2

加入氯化鈣一則可降低電解質(zhì)的熔點(diǎn)(混合鹽的熔點(diǎn)約873K)，防止鈉的揮發(fā)，再則可減小金屬鈉的分散性，因熔融混合物的密度比金屬鈉大，鈉易浮在面上。二、熱分解法KCN===4K+4C+N2MN3===2M+3N2（M=Na,K,Rb,Cs）陰極陽極單質(zhì)的制備三、熱還原法熱還原法一般采用焦炭或碳化物為還原劑K2CO3+C=====2K+CO2KF+CaC2=======CaF2+2K+2C鉀、銣和銫常用強(qiáng)還原性的金屬如：Na、Ca、Mg、Ba等在高溫和低壓下還原它們氯化物的方法制取，例如：KCl+Na===NaCl+K↑2RbCl+Ca===CaCl2+2Rb↑2CsAlO2+Mg===MgAl2O4+2Cs↑氧化物自學(xué)要求：1、用前面所學(xué)過的知識(shí)來理解過氧離子和超氧離子的結(jié)構(gòu)。2、解釋氧化物顏色的變化。3、了解過氧化物及超氧化物的性質(zhì)。氫氧化物1、性質(zhì)和用途在空氣中易潮解，常作干燥劑。

NaOH能溶解Al、Zn等兩性金屬及其氧化物，也能溶解許多非金屬(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（能腐蝕玻璃）因其能溶解某些金屬氧化物、非金屬氧化物，在工業(yè)生產(chǎn)和分析工作中常用于分解礦石。熔融的氫氧化鈉腐蝕性很強(qiáng)，工業(yè)上熔化氫氧化鈉一般用鑄鐵容器，在實(shí)驗(yàn)室可用銀或鎳的器皿。氫氧化物2、氫氧化鈉的制備

工業(yè)上用電解食鹽水的方法來制取。少量氫氧化鈉，也可用苛化法制備。即用消石灰或石灰乳與碳酸鈉的濃溶液反應(yīng)：Na2CO3+Ca(OH)2＝CaCO3↓+2NaOH3、溶解度的變化通常離子化合物的溶解度與其離子勢(shì)(Z/r)成反比。同族元素的氫氧化物從上到下溶解度逐漸增大的。同一周期中氫氧化物的溶解度減小。

NaOH常含有Na2CO3雜質(zhì)，要得不含Na2CO3的NaOH溶液，可配制NaOH的飽和溶液，Na2CO3因不溶于飽和的NaOH溶液而沉淀析出。NaCl水溶液電解槽氫氧化物4、堿性的變化當(dāng)金屬離子（R）的電子構(gòu)型相同時(shí)，則1/2值愈小，金屬氫氧化物的堿性愈強(qiáng)。堿性增強(qiáng)↓氫氧化物1/2堿性氫氧化物1/2堿性LiOH3.8強(qiáng)堿Be(OH)27.6兩性NaOH3.2強(qiáng)堿Mg(OH)25.5中強(qiáng)堿KOH2.7強(qiáng)堿Ca(OH)24.5強(qiáng)堿RbOH2.6強(qiáng)堿Sr(OH)24.2強(qiáng)堿CsOH2.4強(qiáng)堿Ba(OH)23.9強(qiáng)堿當(dāng)1/2>10時(shí)R(OH)n顯酸性當(dāng)10>1/2>7時(shí)R(OH)n顯兩性當(dāng)1/2<7時(shí)R(OH)n顯堿性氫化物堿金屬和堿土金屬中較活潑的Ca、Sr、Ba能與氫在高溫下直接化合，形成離子晶體，故稱為離子型氫化物，又稱為鹽型氫化物。

金屬氫化物中的H-離子的半徑介于F-離子和Cl-離子之間，所以具有鹵化物的一些性質(zhì)。

堿金屬氫化物中以LiH最穩(wěn)定，加熱到(961K)也不分解。但其它氫化物不穩(wěn)定，加熱易分解成金屬和氫。氫化物

所有堿金屬氫化物都是強(qiáng)還原劑。673K

TiCl4+4NaH====Ti+4NaCl+2H2LiH+H2O===LiOH+H2↑CaH2+2H2O===Ca(OH)2+2H2↑

由于氫化鈣與水反應(yīng)而能放出大量的氫氣，所以常用它作為野外產(chǎn)生氫氣的材料。鎂和鎂系合金(如Mg2Ni，Mg2Cu、鎂--稀土系合金)是一類貯氫合金。貯氫時(shí)，用合金與氫反應(yīng)，生成金屬氫化物。用氫時(shí)，把金屬氫化物加熱，將氫放出來，以供使用。鹽類

堿金屬和堿土金屬的常見鹽類有鹵化物、碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽和硫化物等。1、溶解性堿金屬鹽類通常易溶于水(碳酸鋰列外),且它們的離子都是無色的。只有少數(shù)堿金屬鹽是難溶的;

它們的難溶鹽一般都是由大的陰離子組成，而且堿金屬離子越大，難溶鹽的數(shù)目也越多。如：

六羥基銻酸鈉 Na[Sb(OH)6]

(白色)

高氯酸鉀 KClO4 (白色)酒石酸氫鉀 KHC4H4O6 (白色)

六氯鉑酸鉀 K4[PtCl6] (淡黃色)

鈷亞硝酸鈉鉀 K2Na[Co(NO2)6] (亮黃色)

鈉、鉀的一些難溶鹽常用于鑒定鈉、鉀離子。鹽類堿土金屬宰鹽類的重鉆要特征是愛它們的微溶性父。除氯共化物、魔硝酸鹽史、硫酸域鎂、鉻師酸鎂易好溶于水撕外，其攻余的碳真酸鹽、茅硫酸鹽縮慧、草酸況鹽、鉻昌酸鹽等稿皆難溶絞。硫酸鹽和倡鉻酸鹽的賴溶解度依Ca、打Sr、說Ba的順序降哪低。草酸鈣垂的溶解休度是所庸有鈣鹽句中最小某的，因此遣，在重桐量分析巷中可用知它來測(cè)隨定鈣。堿金屬挨和堿土阿金屬碳雷酸鹽溶捎解度的晝差別也債常用來碼分離Na+、K+和Ca2+、Ba2+。鹽類2、鈉鹽忘和鉀鹽性愈質(zhì)的差異鈉鹽和菌鉀鹽性絹質(zhì)很相貓似，但怎也有差松別，重究要的有美三點(diǎn)：a、溶解度柔：鈉、振鉀鹽的屢溶解度決都比較喂大，相附對(duì)說來趙，鈉鹽孕更大些泊。但NaHC鞭O3溶解度不大，NaC萌l的溶解洋度隨溫革度的變浪化不大，這是牢常見的蝕鈉鹽中微溶解性堤較特殊橫的。b、吸濕性銷：鈉鹽遞的吸濕挎性比相監(jiān)應(yīng)的鉀逗鹽強(qiáng)。膠因此，旋化學(xué)分乒析工作慶中常用撈的標(biāo)準(zhǔn)變?cè)噭┰S茄多是鉀謀鹽，如站用K2Cr2O7標(biāo)定還原武劑溶液的幼濃度,而護(hù)不用Na2Cr2O7。在配制粘炸藥時(shí)畫用KNO3或KClO3，而不用相粘應(yīng)的鈉鹽汗。NaOH+KCl===NaCl+KNO3鹽類c、結(jié)晶水：含結(jié)晶啊水的鈉喝鹽比鉀萬鹽多，如Na2SO4·10披H2O、N旅a2HPO4·12H2O等。鈉的化合缸物價(jià)格較蒼便宜，一瞧般使用鈉裹的化合物境，而不用臂鉀的化合制物。但要貴注意某些昂特殊情況姑，如制硬豈質(zhì)玻璃必摧須用K2CO3，制黑火藥盛一定要用KNO3等。3、晶意型絕大多刑數(shù)堿金濤屬和堿被土金屬輛的鹽是離子型晶體，晶融體大多屬NaC訊l型，銫的輸鹵化物是CsCl型結(jié)構(gòu)。沫由于Li+、Be2+離子半徑溝最小，極素化作用較砌強(qiáng)，才使旋得它們的某些鹽具有較刺明顯的共價(jià)性。鹽類3、焰色眾反應(yīng)由于離茫子半徑廚不同，們核對(duì)外尾層電子殿的控制模能力不絹同，在愚無色火無焰中灼按燒時(shí)，牲電子被屢激發(fā)所昨吸收的浮能量不貝同即吸紡收光的兼波長不主同，所縱呈現(xiàn)的油顏色不薄同叫“焰色潛反應(yīng)”世。Li紅色，Na黃色，K紫色，Rb紫紅，Cs紫紅，Ca橙紅(磚紅)達(dá)，Sr紅(猩紅賀)，Ba綠色，硼淺綠，Cu綠色。在軍事革上用做信號(hào)彈，民間用于焰火。鉀鋇硼銅紅綠鍶鋇信號(hào)彈節(jié)日焰火鈣鍶銣鋰鹽類4、形請(qǐng)成結(jié)晶潤水合物齊的傾向幾乎所有扎的鋰鹽是農(nóng)水合的，墓鈉鹽約有抓75％是噸水合的，蔬鉀鹽有2臥5%是水輛合物，銣鹽叨和銫鹽簡僅有少充數(shù)是水事合鹽。堿金屬鹵化物大繭多數(shù)是無罩水的,硝笛酸鹽中只均有鋰可形棋成水合物。如LiNO3·H2O和LiN輝O3·3H2O；硫酸鹽中繩只有Li2SO4·H2O和Na2SO4·10H2O；碳酸鹽懶中除Li2CO3無水合奴物外，鳴其余皆結(jié)有不同皺形式的洽水合物旦，其水禾分子數(shù)狠分別為惠：Na2CO3K2CO3Rb2CO3Cs2CO31,7,讀10食1,5慘1,5轟3,郵5鹽類5、形成巨復(fù)鹽的能完力除鋰以條外，堿分金屬還蠶能形成耕一系列可復(fù)鹽。類復(fù)鹽有倍以下幾癥種類型垮：(1)棒光鹵石理類，通辯式為MICl·宋MgC多l(xiāng)2·6H2O,其中MI=K+、Rb+、Cs+。如：光茂鹵石KCl·續(xù)MgCl2·6H2O；(2)通式為M2ISO4·MgS嬸O4·6H2O的礬類丟,其中MI=K+、Rb+、Cs+,如：軟喂鉀鎂礬K2SO4·MgS徹O4·6H2O；(3)通式為MIMIII(SO4)2·12枕H2O的礬類宵，其中MI＝Na+、K+、Rb+、Cs+，MIII＝Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+、Ga3+、V3+等離子。誦如：明礬KAl(夾SO4)2·12H2O。復(fù)鹽的準(zhǔn)溶解度洲一般比較相應(yīng)簡品單堿金此屬鹽小贏得多。鹽類6、熱穩(wěn)定性鹵化物勝在高溫淚時(shí)揮發(fā)良而難分輕解。硫酸鹽逼在高溫感下既難階揮發(fā)，慈又難分引解。碳酸鹽誓除Li2CO3在15飛43K以上分解桐為Li2O和CO2外，其余戲更難分解蒼。硝酸鹽熱薯穩(wěn)定性較飼低，在一異定溫度可遵分解。堿土金屬桑的鹵化物扶、硫酸鹽斷、碳酸鹽袋對(duì)熱也較莊穩(wěn)定。堿土金落屬的碳鐵酸鹽熱絕穩(wěn)定性猜較堿金迅屬碳酸耐鹽要低林，是由特于它們遵電荷高灰，極化抱作用強(qiáng)慣。鹽類7、碳嫁酸鈉(濃純堿)宮、碳酸氫鈉(小蘇打庫)純堿在鄉(xiāng)豐工業(yè)上役常用氨銹堿法(淘比利時(shí)Solv劍ay)制取，我國龍化學(xué)工臂程學(xué)家侯德榜194壟2年改泊革成侯略氏制堿頓法，即聯(lián)堿法。其基本旦原理是先疾用NH3將食鹽彼水飽和舞，然后福通入CO2，溶解度較階小的NaH糊CO3析出：NH3+NaC近l+H2O+C晶O2===N沃aHCO3+NH4Cl8、碳酸鈣CaC彎O3·6H2O(輕質(zhì)),編難溶于水獵，易溶于全酸和氯化構(gòu)銨溶液，良用于發(fā)酵紀(jì)粉和涂料修等。9、氟化鈣(登螢石)是制取HF和F2的重要吊原料。千在冶金額工業(yè)中些用作助撓熔劑，日也用于許制作光膛學(xué)玻璃昆和陶瓷醋等。螢石碳酸氫鈉索爾維碳化塔結(jié)構(gòu)鹽類10、桌鹵化鈹是共價(jià)型腸聚合物(BeX2)n，不導(dǎo)電看、能升皇華，蒸律氣中有BeCl2和(BeCl2)2分子。11、居硝酸鉀在空氣土中不吸址潮,在編加熱時(shí)狀有強(qiáng)氧暖化性,頌用來制塌黑火藥金。硝酸殊鉀還是胞含氮、虜鉀的優(yōu)究質(zhì)化肥為。12、晶氯化鎂通常以MgCl2·6H2O形式存?zhèn)髟冢鼜澞芩鉂秊镸g(瘦OH)欄Cl，工業(yè)上常渾用碳氯法芝制?。篗gO冷+C+般Cl2==Mg半Cl2+CO(碳氯法)氯化鎂易綁潮解，普涌通食鹽的悲潮解就是材其中含有撓氯化鎂之跡故。紡織蒜工業(yè)中用鏈氯化鎂保號(hào)持棉紗的備濕度而使怪其柔軟。鹽類13、德氯化鈣CaCl2·6H2O加熱脫錘水形成頁白色多點(diǎn)孔的CaC綢l2。無水CaCl2有很強(qiáng)渴的吸水易性，常狀用的干耽燥劑。由于它堆能與氣態(tài)NH3和乙醇形烏成加成物錦，所以不能用當(dāng)于干燥NH3氣和乙秒醇。氯化鈣和龜冰的混合松物是實(shí)驗(yàn)孩室常用的夸致冷劑。思考題：豆為什么下苗雪后,要全往馬路上分灑氯化鈣餡溶液？14、窮氯化鋇氯化鋇用愚于醫(yī)藥、熟滅鼠劑和鑒定SO42-離子的逆試劑。搭氯化鋇商易溶于芹水。可戀溶性鋇艱鹽對(duì)入奇、畜都皂有害，襪對(duì)人致宏死量為瀉0.8g，切忌入口即。鹽類15、Na2SO4·10冒H2O俗稱芒往硝，由欄于它有姐很大的溜熔化熱故(25翠3kJ·k易g-1)，是一種較弱好的相變紛貯熱材料泄的主要組含分。無水級(jí)硫酸鈉俗六稱元明粉，大量用襖于玻璃、號(hào)造紙、水黃玻璃、陶膽瓷等工業(yè)何中，也用明于制硫化疲鈉和硫代傍硫酸鈉等陷。16、CaSO4·2H2O俗名生石線膏，加熱窮到393K左右變成充熟石膏CaS伐O4·1/熄2H2O,用以制模牲型、塑像爬、水泥、序粉筆和石舉膏繃帶等陵。把石膏服加熱到7酸73K以上,得報(bào)到無水石處膏,它不受能與水化屋合。鹽類17、BaS判O4重晶石，鼠將重晶石贏粉與煤粉液混合，在體高溫下(罩1173蛾-147桐3K)煅燒還尊原成可萌溶性BaS和CO氣體。往BaS水溶液接中通CO2，則得到BaCO3。硫酸鋇租是唯一無紗毒的鋇陶鹽，醫(yī)療診陽斷中用決作腸胃蹲系統(tǒng)的X射線造饒影劑—拾“鋇餐柏”。19、效硫酸鎂硫酸鎂微緞溶于醇，師不溶于乙再酸和丙酮鏟，用作媒秧染劑、瀉鹽，也用于籠造紙、供紡織、短肥皂、毀陶瓷、灣油漆工剖業(yè)。鹽類20、YBa2Cu3O6-7198束6