碱金属和碱土金属

这是一篇关于碱金属和碱土金属的思维导图。碱土金属指元素周期表中ⅡA族元素，包括铍、镁、钙、锶、钡、镭、六种元素。其中铍也属于轻稀有金属，镭是放射性元素。碱土金属共价电子构型是ns2．在化学反应中易失电子，形成+2价阳离子，表现强还原性。钙、镁和钡在地壳内蕴藏较丰富，它们的单质和化合物用途较广泛。

碱金属和碱土金属

• 存在形式
  • Li
    • 重要矿石锂辉石（LiAlSi₂O₆)
  • Na
    • 大量存在于海水中，岩盐（NaCl）、硝石(NaNO₃)
  • Ka
    • 光卤石（KCl•MgCl₂•6H₂O）
  • Mg
    • 泻盐（MgSO₄•7H₂O）
  • Ca
    • 方解石（CaCO₃）、石膏（CaSO₄•2H₂O）、萤石（CaF₂）
  • Sr
    • 天青石（SrSO₄）
  • Ba
    • 重晶石（BaSO₄)、毒重石（BaCO₃）
• 物理性质
  • 碱金属与碱土金属的单质除Ba为银黄色外，其余都具有银白色的金属光泽，具有良好的导电性和延展性
  • 碱金属的熔点较低，除Li外都在100℃以下
  • 熔点与沸点的温度间距较大，一般沸点高于熔点700℃
  • 碱金属较软，莫氏硬度都小于1
  • 碱金属的密度都较小
  • 碱土金属的熔点、沸点、硬度、密度都比碱金属高得多
• 化学性质
  • 碱金属及钙、锶、钡同水反应生成氢氧化物和氢气2Na+2H₂O=2NaOH=H₂↑
  • 碱金属及钙、锶、钡均可直接与氢气作用 ，生产金属氢化物H₂+Ca=CaH₂
  • 碱金属及钙、锶、钡均可溶于液氨中生成蓝色的导电溶液Na+2NH₃=Na+（NH₃）+e-（NH₃）
  • 长期放置或有催化剂存在，碱金属的氨溶液2Na+2NH₃（l）=2NaNH₄+H₂↑
  • 碱金属和碱土金属在非水溶液或熔融条件下制备稀有金属或贵金属 TiCl₄+2Mg=Ti2MgCl₂
  • 颜色反应：锂深红，钾紫，铷紫红，铯蓝，钙橙红，锶洋红，钡绿
• 盐类
  • 溶解性
    • 除锂外，碱金属盐都是离子型化合物，大部分易溶于水。锂的强酸溶于水，弱酸在水中溶解性较差。
    • 碱土金属与负电荷数高的阴离子形成的盐的溶解度一般都较小。
  • 结晶水合与复盐
    • 碱金属盐中，卤化物一般不带结晶水；硝酸盐中，只有硝酸锂带结晶水；带结晶水的碱金属硫酸盐只有Li₂SO₄•H₂O，Na₂SO₄10H₂O；碳酸盐除Li₂CO₃外都带结晶水
    • 复盐类型
      • MCl•MgCl₂•6H₂O(M=K,Rb，Cs)
      • M₂SO₄•MgCl₂•6H₂O(M=K,Rb，Cs)
      • M(Ⅰ）₂SO₄•M（Ⅲ）₂（SO₄）₃•24H₂O【M（Ⅰ）=Na，K,Rb，Cs；M（Ⅲ）=Al，Cr，Fe等）
  • 含氧酸盐
    • 碱土金属和锂离子硝酸盐热分解产物为金属氧化物、二氧化氮和氧气
    • 其他碱金属硝酸盐热分解的产物为亚硝酸盐和氧气
    • 碱金属含氧酸盐的热稳定性一般比碱土金属的热稳定性高
  • 重要盐类
    • MgCl₂的水溶液俗称卤水，能使蛋白质凝固，用作融雪剂。
    • 无水氯化钙是重要的干燥剂，与冰混合可用作低温冷冻剂
    • 碳酸钠
      • 俗称：苏打，纯碱
      • 制备方法：氨碱法和联合制碱法
    • 碳酸氢钠又名小苏打
    • 无水硫酸钠俗称元明粉，十水硫酸钠俗称芒硝。
• 氢氧化物
  • 碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体，Be（OH）₂为两性，其余为碱性
  • 碱金属氢氧化物都易溶于水，在空气中容易吸潮，溶解于水中放出大量的热
  • 碱土金属在水中溶解度同族按从上到下顺序增大，但也小得多。
  • 金属氢氧化物酸碱性判断
    • 离子势开方＜0.22 碱性
    • 0.22＜离子势开方＜0.32 两性
    • 离子势开方＞0.32 酸性
  • NaOH
    • 俗称：火碱、烧碱、苛性碱
    • 不能用磨口玻璃瓶盛装
    • 制备：隔膜法和离子膜法。
• 超氧化物和臭氧化物
  • 半径大的阳离子的超氧化物稳定
  • 碱金属超氧化物的熔点同族从上到下依次升高
  • 很强的氧化剂
  • 在高温下分解为氧化物和氧气
  • 与CO₂反应放出氧气
  • 干燥的钠、铷、钾、铯的固体氢氧化物与臭氧反应，生成臭氧化物，产物在液氨中重结晶，得到橘红色的臭氧化钾晶体。
• 过氧化物
  • 与CO₂反应放出O₂
  • Na₂O₂作氧化剂和熔矿剂
  • 遇到强氧化剂时呈现还原性
  • BaO₂与稀硫酸反应制备H₂O₂
  • 碱土金属过氧化物的热稳定性从MgO₂到BaO₂逐渐增加，但热稳定性不如碱金属高
• 普通氧化物
  • 锂在空气中燃烧主要产物为Li₂O，其他碱金属在空气中燃烧主要产物都不是M₂O
  • 除锂外的碱金属氧化物可以用碱金属单质或叠氮化物在真空中还原其过氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐的方法制备。
  • 碱土金属的铍普通氧化物通过其碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐或硫酸盐的热分解来制备。
  • Li₂O白色，Na₂O白色，K₂O灰色，Rb₂O黄棕色，Cs₂O黄橙色。碱土金属的普通氧化物均为白色。
  • 热稳定性同族从上到下依次降低，熔点同族从上往下依次降低。碱土金属普通氧化物熔点比碱金属普通氧化物熔点高得多。
• 单质制备
  • 熔盐电解法
    • CaCl₂在钠的制备中起助溶剂作用。不仅可以降低电解操作温度还可以减少钠的挥发，也降低电解生成的钠在熔融体中的溶解度。
    • 钠，铍，镁i，锶，钙，钡均可用此法制得。
  • 热还原法
    • 不适用熔盐电解法制备钾的原因
      • 钾极易溶于熔融氧化物中，很难分离
      • 钾的熔沸点极低，蒸汽易从电解槽中逸出
    • 钾，铷，铯，铍均可用此法制得。
• 第IA族的元素称为碱金属，第IIA族元素称为碱土金属