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无机化学第无机化学第3版（下）版（下）第第 12 章章 碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属金属金属单质单质含氧化合物含氧化合物盐类盐类碱金属碱金属 IA Li，Na，K，Rb，Cs 锂、钠、钾、铷、铯锂、钠、钾、铷、铯 碱土金属碱土金属 IIA Be，Mg，Ca，Sr，Ba铍、镁、钙、锶、钡铍、镁、钙、锶、钡 锂锂 Li 锂在地壳中的质量分数锂在地壳中的质量分数为为 2.0 103 % 锂辉石锂辉石 LiAl SiO3 2 （ ）磷铝石磷铝石 LiAl ( F，OH ) PO4 钠钠 Na 钠在地壳中的质量分数钠在地壳中的质量分数为为 2.3 % 列列第第 6 位位钠长石钠长石 NaAlSi3O8 硝石硝石 NaNO3 海水中的海水中的 NaCl钾钾 K 钾在地壳中的质量分数钾在地壳中的质量分数为为 2.1 % 列列第第 8 位位钾长石钾长石 KAlSi3O8光卤石光卤石 KCl MgCl2 6H2O铷铷 Rb 与钾共生与钾共生 铷在地壳中的质量分数铷在地壳中的质量分数为为 9.0 103 % 铯铯 Cs 与钾共生与钾共生 铯在地壳中的质量分数铯在地壳中的质量分数为为 3.0 104 % 铍铍 Be 铍在地壳中的质量分数铍在地壳中的质量分数为为 2.6 104 % 绿柱石绿柱石 3 BeO Al2O3 6 SiO2镁镁 Mg 镁在地壳中的质量分数镁在地壳中的质量分数为为 2.3 % 列列第第 7 位位光卤石光卤石 KMgCl3 6 H2O 白云石白云石 CaMg CO3 2 菱镁矿菱镁矿 MgCO3 泻盐泻盐 MgSO4 7 H2O （ ）钙钙 Ca 钙在地壳中的质量分数钙在地壳中的质量分数为为 4.1 % 列第列第 5 位。

位 碳酸盐及硫酸盐矿物碳酸盐及硫酸盐矿物锶锶 Sr 锶在地壳中的质量分数锶在地壳中的质量分数为为 0.037 % 列第列第 16 位 天青石天青石 SrSO4菱锶矿菱锶矿 SrCO3 钡钡 Ba 钡在地壳中的质量分数钡在地壳中的质量分数为为 0.050 % 列第列第 14 位 重晶石重晶石 BaSO4毒重矿毒重矿 BaCO3 12. 1 金属金属单质单质12. 1. 1 物理性质物理性质 碱金属和碱土金属的单质除钡为银碱金属和碱土金属的单质除钡为银黄色外，其余均具有银白色的金属光泽、黄色外，其余均具有银白色的金属光泽、良好的导电性和延展性良好的导电性和延展性 碱金属的熔点较低，除锂外都在碱金属的熔点较低，除锂外都在 100 以下，铯的熔点最低，是放在以下，铯的熔点最低，是放在手心中就能融化的两种金属之一手心中就能融化的两种金属之一 熔点与沸点差距熔点与沸点差距较较大，沸点一般大，沸点一般比熔点高出比熔点高出 700 以上 碱金属较软，莫氏硬度都小于碱金属较软，莫氏硬度都小于 1，可以用小刀切割可以用小刀切割 碱金属的密度都较小，属于轻金属，碱金属的密度都较小，属于轻金属，其中锂、钠、钾的密度比水还小。

锂是其中锂、钠、钾的密度比水还小锂是最轻的金属，其密度大约是水的一半最轻的金属，其密度大约是水的一半 碱土金属有碱土金属有 2 个电子可以参与成个电子可以参与成键，因而碱土金属的金属键比碱金属键，因而碱土金属的金属键比碱金属的强 碱土金属的熔沸点、硬度、密度碱土金属的熔沸点、硬度、密度都比碱金属高得多都比碱金属高得多 12. 1. 2 化学性质化学性质 碱金属和碱土金属都是非常活泼碱金属和碱土金属都是非常活泼的金属元素，同族从的金属元素，同族从 Li 到到 Cs 和从和从 Be 到到 Ba 金属活泼性一次增强金属活泼性一次增强 碱金属和碱土金属具有很强的碱金属和碱土金属具有很强的还原性 与许多非金属单质直接反应生与许多非金属单质直接反应生成离子型化合物成离子型化合物 碱金属及钙、锶、钡同水反应生成碱金属及钙、锶、钡同水反应生成氢氧化合物和氢气，例如：氢氧化合物和氢气，例如： 2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2 Ca + 2 H2O Ca(OH)2 + H2 锂、钙、锶、钡与水反应比较平稳，锂、钙、锶、钡与水反应比较平稳，因为它们的熔点较高，不易融化；因为它们的熔点较高，不易融化； 另一方面，由于它们的氢氧化物覆另一方面，由于它们的氢氧化物覆盖在金属表面阻碍金属与水的接触，从盖在金属表面阻碍金属与水的接触，从而减缓了金属与水反应的速率。

而减缓了金属与水反应的速率 铍和镁的金属表面可以形成致密铍和镁的金属表面可以形成致密的氧化物保护膜，常温下它们对水是的氧化物保护膜，常温下它们对水是稳定的 镁在热水中可以缓慢地发生反应，镁在热水中可以缓慢地发生反应，铍则同水蒸气也不发生反应铍则同水蒸气也不发生反应 除除 Li 外的碱金属与水反应非常剧外的碱金属与水反应非常剧烈 碱金属及钙、锶、钡均可直接与碱金属及钙、锶、钡均可直接与H2作用，生成金属氢化物，例如：作用，生成金属氢化物，例如： 产物（产物（CaH2）是灰色的离子晶体是灰色的离子晶体 活泼金属的氢化物是很强的还原剂活泼金属的氢化物是很强的还原剂 H2 + Ca CaH2 碱金属及钙、锶、钡均可溶于液氨碱金属及钙、锶、钡均可溶于液氨中生成蓝色的液氨溶液中生成蓝色的液氨溶液 Na + 2NH3 Na+(NH3) + e-(NH3) 该溶液有很好的导电性，具有极强该溶液有很好的导电性，具有极强的还原能力，的还原能力， 当长期放置或有催化剂存在时，碱当长期放置或有催化剂存在时，碱金属的氨溶液中可以发生如下反应：金属的氨溶液中可以发生如下反应： 2Na + 2NH3 (l) NaNH2 + H2 蒸干溶剂得白色固体产物氨基钠。

蒸干溶剂得白色固体产物氨基钠 利用碱金属和碱土金属单质的强还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，例如：备稀有金属或贵金属，例如： NbCl5 + 2 Na Nb + 5 NaCl ZrO2 + 2 Ca Zr + 2 CaO TiCl4 + 2 Mg Ti + 2 MgCl2 碱金属、碱土金属及其化合物置于碱金属、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高温火焰中，可以使火焰呈现出特征的颜色，这种现象称为焰色反应颜色，这种现象称为焰色反应锂锂 深红色深红色 钙钙 橙红色橙红色钠钠 黄色黄色 锶锶 洋红色洋红色钾钾 紫色紫色 钡钡 绿色绿色铷铷 紫红色紫红色铯铯 蓝色蓝色 碱金碱金属和碱土金属等属和碱土金属等活泼金属活泼金属经常采用熔盐电解方法和热还原法经常采用熔盐电解方法和热还原法生产12. 1. 3 金属单质的制备金属单质的制备 锂和钠常用点解熔融氯化物的方锂和钠常用点解熔融氯化物的方法来大量生产，而钾、铷、铯则采用法来大量生产，而钾、铷、铯则采用金属热还原法来制备金属热还原法来制备 金属钠的生产是以石墨为阳极，以金属钠的生产是以石墨为阳极，以铸钢为阴极，电解铸钢为阴极，电解 NaCl 和和 CaCl2 的的熔熔盐的方式进行盐的方式进行。

1. 溶盐电解法溶盐电解法 阳极阳极 2 Cl Cl2 + 2 e 阴极阴极 2 Na+ + 2 e 2 Na 液体金属钠在阴极产生，因其密度液体金属钠在阴极产生，因其密度小而浮在熔融盐液面上，易于收集小而浮在熔融盐液面上，易于收集 电解方程式如下：电解方程式如下： 2 NaCl（l） 2 Na（l） + Cl2 （g）电解电解 CaCl2 在电解的过程中起助熔剂作在电解的过程中起助熔剂作用，通过与用，通过与 NaCl 形成共熔物而使盐的形成共熔物而使盐的熔点下降熔点下降 NaCl 的熔点为的熔点为 800.7 ， 混合盐的熔点约为混合盐的熔点约为 500， 实际操作温度约实际操作温度约 580 降低电解操作温度还可以减少钠的降低电解操作温度还可以减少钠的挥发，也降低电解生成金属钠在熔融体挥发，也降低电解生成金属钠在熔融体中的溶解度，以利于产品的分离中的溶解度，以利于产品的分离 电解电解 BeCl2 熔盐，可得金属单质铍熔盐，可得金属单质铍 750 ，电解，电解 MgCl2 熔盐，可得熔盐，可得金属单质镁金属单质镁 钙、锶、钡都可以通过电解其熔融钙、锶、钡都可以通过电解其熔融氯化物制备。

氯化物制备 金属钾极易溶于其氯化物中，很金属钾极易溶于其氯化物中，很难分离出来工业上一般不采用电解熔难分离出来工业上一般不采用电解熔融氯化物的方法来制备金属钾融氯化物的方法来制备金属钾 2. 热还原法热还原法 KCl（l）+ Na NaCl + K（g） 热还原法制备金属钾，在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：用金属钠来还原氯化钾，其反应为： 金属钾的沸点为金属钾的沸点为 759 ，在，在 850 时，金属钾以气体形式存在，而金属钠时，金属钾以气体形式存在，而金属钠在不低于在不低于 883 时仍为液体，反应生成时仍为液体，反应生成的钾蒸气迅速逸出，使反应得以不断向的钾蒸气迅速逸出，使反应得以不断向右进行 铷和铯的制备方法与钾类似铷和铯的制备方法与钾类似 铍通常是用金属镁在约铍通常是用金属镁在约 1300 下下还原还原 BeF2 进行制备进行制备12. 2 含氧化合物含氧化合物12. 2. 1 氧化物氧化物 碱金属、碱土金属在氧气中碱金属、碱土金属在氧气中燃烧，得到不同的主产物燃烧，得到不同的主产物 在充足的空气中燃烧，在充足的空气中燃烧， Li，Be，Mg，Ca，Sr 都生成普都生成普通氧化物通氧化物 Li2O，BeO，MgO，CaO，SrO; Na 和和 Ba 生成过氧化物生成过氧化物 Na2O2，BaO2； K，Rb，Cs生成超氧化物生成超氧化物 KO2，RbO2，CsO2； Na，K，Rb，Cs的干燥氢氧化物的干燥氢氧化物粉末同粉末同 O3 反应可以生成臭氧化物反应可以生成臭氧化物 MO3 。

1. 普通氧化物普通氧化物 除锂在空气中燃烧的主要产物为除锂在空气中燃烧的主要产物为 Li2O 外，其他碱金属在空气中燃烧外，其他碱金属在空气中燃烧的只要产物都不是普通氧化物的只要产物都不是普通氧化物 M2O 其他碱金属的普通氧化物可以用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：物、硝酸盐或亚硝酸盐制备： 2 Na + Na2O2 2 Na2O2 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、硝酸盐或硫酸其碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐或硫酸盐的热分解来制备盐的热分解来制备 碱金属的普通氧化物从碱金属的普通氧化物从 Li2O 到到 Cs2O 颜色逐渐加深：颜色逐渐加深： 碱土金属的普通氧化物均为白色碱土金属的普通氧化物均为白色 Li2O 白色，白色， Na2O 白色，白色， K2O 淡黄色，淡黄色， Rb2O 亮黄色，亮黄色， Cs2O 橙红色 普通氧化物热稳定性总趋势是，普通氧化物热稳定性总趋势是，同族从上到下依次降低，熔点也按同族从上到下依次降低，熔点也按此顺序降低。

此顺序降低 碱土金属离子半径较小，正电荷碱土金属离子半径较小，正电荷高，所以其普通氧化物的晶格能大，高，所以其普通氧化物的晶格能大，导致其熔点比碱金属氧化物的熔点高导致其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多 碱金属和多数碱土金属普通氧化物碱金属和多数碱土金属普通氧化物同水反应生成相应的氢氧化物，并放出同水反应生成相应的氢氧化物，并放出热量，热量，2 Na2O ( s ) + H2O ( l ) 2 NaOH ( s )rHm = 151.6 kJmol-1 CaO ( s ) + H2O ( l ) Ca(OH)2 ( s。