第八章 主族金属元素（一） 碱 金属和碱土金属

第八章 主族金属元素（一） 碱 金属和碱土金属

第一节 化学元素的自然资源

第二节 碱金属

第三节 碱土金属

第一节 化学元素的自然资源

1-1 地壳中元素的分布和存在类型 ( 见 P169 表 8-1 ）

1-2 元素资源的存在形式和提取、利用

1 化学矿物

2 天然含盐水

3 大气

4 农副产品

5 工业废料

Gc2-704-18.8

Li Na KRb Cs

Be Mg Ca Sr Ba

第二节 碱金属

2-1 碱金属元素概述

1 、 价电子构型

碱金属 (IA ): ns1

Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

2 、单质的物理性质 :

有金属光泽

密度小

硬度小

熔点低

导电、导热性好

图片

Gc2-705-18.9

s 区单质的熔点变化

3 、存在形式由于碱金属和碱土金属的化学性质很活泼，所以它们只能以化

合状态存在于自然界中 。主要矿物有：

绿柱石 :

菱镁矿 :

萤石：

天青石 :

大理石 :

83OAlSiNa

83OAlSiK

O6HMgClKCl 22

O3H)(SOK(AlO) 2243

23 )LiAl(SiO

6323 )(SiOAlBe

3MgCO

O2HCaSO 24

3CaCO

2CaF

4SrSO

4BaSO

钠长石 :

钾长石 :

明矾石 :

锂辉石 :

光卤石 :石 膏 :

重晶石 :

2-2 金属钠和钾

钠和钾性质相似，质软，均能与水剧烈作用生成对应的碱和氢气，易引起燃烧和爆炸，需贮存于煤油和石蜡油中。

钠和钾具有高的活泼性和强传热性，在冶金工业中是重要的还原剂。

制备方法：1、电解熔融盐

如： 2NaCl === 2Na + Cl2

电解

2 、热还原法

如： K2CO3 +2C===2K + 3CO

3 、金属置换法 ( 工业上制取钾 )

如： KCl +Na == NaCl + K↑

1473K

真空

2-3 碱金属的氢化物

离子型氢化物

LiH NaH KH RbH CsH

-90.4 -57.3 -57.7 -54.3 -49.3

1

fr

molkJΔ

H

（ 1 ） 均为白色晶体 , 热稳定性差

（ 2 ) 还原性强

V)23.2)/H(H( 2 E

钛的冶炼 :

2LiOHTiTiO2LiH 2

24 2H4NaClTiTiCl4NaH

剧烈水解 :

(g)HMOHOHMH 22

形成配位氢化物

3LiCl]Li[AlHAlCl4LiH 43 （无水）乙醚

铝氢化锂

]Li[AlH4 受潮时强烈水解

2324 4HAl(OH)LiOHO4HLiAlH

2-4 碱金属的氧化物和氢氧化物

1 、钠、钾的氧化物

单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2

(1) 与 H2O 的作用 :

22222

22222

22II

2Ι

2

OOH2KOHO2H2KO

OH2NaOHO2HONa

M(OH)OHOM

2MOHOHOM

（ Li Cs 剧烈程度）

（ BeO 除外）

(2) 与 CO2 的作用：

)(g3OCO2K2CO4KO

)g(OCO2Na2COO2Na

COLiCOOLi

23222

232222

3222

（ 3 ）与矿石一起熔融分解矿物

（可溶于水）（不溶于水）

熔融

OH3CrONa4OFeONa7)OCrFeO(2 242322232

（可溶于水）（不溶于水）

熔融

OMnNaONaMnO 42222

熔矿时要使用铁或镍制坩埚，陶瓷、石英和铂制坩埚容易被腐蚀 . 熔融的 Na2O2 与棉花、硫粉、铝粉等还原性物质会爆炸 , 使用时要倍加小心。

2 钠和钾的氢氧化物

LiOH NaOH KOH RbOH CsOH

中强 强 强 强 强

性质：⑴ 易吸水溶解

⑵ 溶解度与碱性

( 箭头指向 ) 溶解度增大 , 碱性增强

+ H2O MOHM2O

NaOH 、 KOH 的性质

碱金属的氢氧化物对纤维和皮肤有强烈的腐蚀作用，所以称它们为苛性碱。氢氧化钠和氢氧化钾通常分别称为苛性钠 (

又名烧碱 ) 和苛性钾。它们都是白色晶状固体，具有较低的熔点。除氢氧化锂外，其余碱金属的氢氧化物都易溶于水，并放出大量的热。在空气中容易吸湿潮解，所以固体 NaOH

是常用的干燥剂。它们还容易与空气中的 CO2 反应而生成

碳酸盐，所以要密封保存。

2A1+2NaOH+6H2O ＝ 2Na[Al(OH)4]+3H2↑

A12O3+2NaOH 熔融 2NaAlO2+H2O

Si + 2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑

SiO2+2NaOH ＝ Na2SiO3+H2O

因为氢氧化钠、氢氧化钾易于熔化，又具有溶解某些金属氧化物、非金属氧化物的能力，因此工业生产和分析工作中常用于分解矿石。溶融的氢氧化钠腐蚀性更强，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

2-5 钠盐和钾盐

碱金属盐类的最大特征是易溶于水，并且在水中完全电离，所有碱金属离子都是无色的。只有少数碱金属盐是难溶的。

1 、钠盐和钾盐性质的差异 (1) 溶解度 钠、钾盐的溶解度都比较大，相对说来，钠盐更

大些。仅 NaHCO3 的溶解度不大， 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。

(2) 吸湿性 钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此，化学分析工作中常用的标准试剂许多是钾盐，如用邻苯二甲酸氢钾标定碱液的浓度，用重铬酸钾标定还原剂溶液的浓度。在配制炸药时用 KNO3 或 KClO3 ，而不用相应的钠盐。

(3) 结晶水 含结晶水的钠盐比钾盐多。如Na2SO4·10H2O 、 K2SO4 、 Na2HPO4·10H2O 等。

（ 1）氯化钠

（ 2）碳酸钠

（ 3）碳酸氢钠

（ 4）碳酸钾

2 、几种重要的钠盐和钾盐

联合制碱法 利用 NH4Cl 在低温时的溶解度比 NaCl 小的特性 , 在 5

—10 度下向母液中加入 NaCl 粉末 , 可以得到 NH4Cl

做氮肥 , 同时可以利用合成厂的废气 CO2, 且不生成无

用 CaCl2

苏尔维法

NH3 + CO2 + H2O NH4HCO3

NH4HCO3 + NaCl NaHCO3 + NH4Cl

2NaHCO3 Na2CO3+ CO2 + H2O

2NH4Cl + Ca(OH) 2 CaCl2 + 2 NH3 + 2H2O

优缺点 : 原料经济 , NaCl 利用低 , CaCl2 废液无法利用

第三节 碱土金属

3-1 碱土金属元素概述

1 、价电子构型

碱土金属 (IIA ): ns2

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 都是活泼金属，

2 、碱土金属活泼型略低于碱金属，同一主族从

上至下活泼性递增

Li Na K Ca Sr Ba

3 、焰色反应

碱金属和钙、锶、钡的挥发性盐在无色火焰中灼烧时，能使火焰呈现出一定颜色。这叫“焰色反应”。 碱金属和钙、锶、钡的盐，在灼烧时为什么能产生不同的颜色呢？ 因为当金属或其盐在火焰上灼烧时，原子被激发，电子接受了能量从较低的能级跳到较高能级，但处在较高能级的电子是很不稳定很快跳回到低能级，这时就将多余的能量以光的形式放出。原子的结构不同，就发出不同波长的光，所以光的颜色也不同。碱金属和碱土金属等能产生可见光谱，而且每一种金属原子的光谱线比较简单，所以容易观察识别。

对角线规则

Li Be B C

Na Mg Al Si

4 、 锂 、铍的特殊性 对角线规则

（ 1 ） 内容

（ 2 ） 锂与镁的相似性：

单质与氧作用生成正常氧化物

氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大

氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶

氯化物均能溶于有机溶剂中

碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物

3-2 碱土金属的氧化物和氢氧化物

1. 单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：

BeO MgO CaO SrO Ba2O2

LiOH NaOH KOH RbOH CsOH

中强 强 强 强 强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2

两性 中强 强 强 强

（除 BeO 外）性质：⑴ 易吸水溶解

⑵ 溶解度与碱性

( 箭头指向 ) 溶解度增大 , 碱性增强

+ H2O M(OH)2MO

2 氢氧化物

金属氢氧化物 MOH 的离解

M- O- H M+ + OH-

M- O- H MO- + H+ = z/r (z: MՓ 离子的电荷； r ：离子半径 ) 　 Փ 1/2　＜　 0.22　　MOH显碱性 　 Փ 1/2 在 0.22~0.32间 MOH显两性 Փ 1/2 ＞ 0.32　　　 MOH显酸性

溶解度MOH 易溶于水，放热碱土金属溶解度（ 20℃）

氢氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2

溶 解 度/mol· L-1 8× 10-6 5× 10-4 1.8× 10-2 6.7× 10-2 2× 10-1

重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐

3-3 碱土金属的盐类

（ 1) 晶体类型：绝大多数是离子晶体

但碱土金属卤化物有一定的共价性。

Be2+极化力强

BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2

熔点 / 405 714 782 876 962℃

离子性增强

(2) 一般无色或白色

(3) 溶解度：碱金属盐类一般易溶于水；

碱土金属盐类除卤化物、硝酸盐外多数溶解度较小。

(4) 热稳定性：较高。

① 硝酸盐热稳定性差

② BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3

T 分 /℃ ＜ 100 540 900 1290 1360

2 －

③ 稳定性 M2CO3 ＞ MCO3

C

O

O

O