s区元素

本导图内容参考宋天佑《无机化学》(第四版)，内容为s区元素中的碱金属和碱土金属，主要包括单质及化合物的物理化学性质及制备，锂的特殊性等。

s区元素 碱金属和碱土金属

• 单质
  • 物理性质
    • 轻、软、低熔点、良好的导电导热性
    • Li是最轻的金属
  • 化学性质
    • 高反应活性
      • 碱金属保存在无水相的煤油中
      • Li的密度小，保存在液体石蜡中
    • 与水反应
      • 钠、钾与水反应剧烈，放出大量的热，同时释放氢气
        • 浮游熔响红
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      • 锂反应不如钠剧烈，因为锂的升华焓很大，不易活化，因而反应速率较小。
      • 铍、镁与冷水反应很慢，因为金属表面形成一层难溶的氢氧化物，阻止了进一步反应。
      • 应用
        • 钠与钙作某些有机溶剂的脱水剂，除去含有的极少量水。
        • 注：不能用钠脱除醇中的水，因为钠与醇反应生成醇钠和氢气
    • 与稀酸反应
    • 铍与碱溶液反应
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    • 与氢气反应
      • 生成金属氢化物
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    • 与液氨反应
      • 生成强还原剂
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  • 焰色反应
    • 锂-深红色，钠-黄色，钾-紫色，铷-紫红色，铯-蓝色，钙-橙红色，锶-洋红色，钡-绿色
  • 制备
    • 熔盐电解法
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    • 热还原法
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• 氢化物
  • 制备：金属单质和氢气化合
  • 与水反应生成氢氧化物和氢气
  • 离子型氢化物具有强还原性
• 氧化物
  • 普通氧化物
    • 制备
      • 除锂外的碱金属可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
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      • 碱土金属的普通氧化物可通过其碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐热分解
    • 与水反应
      • 生成氢氧化物
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  • 过氧化物
    • 制备
      • 钠和过量氧气反应可制得过氧化钠
      • 将LiOH溶于乙醇形成饱和溶液，使之与过氧化氢反应，可制得Li2O2
      • 将过氧化钠与冷的氯化镁浓溶液作用可得到白色的MgO2沉淀
    • 与水反应
      • 生成过氧化氢
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    • 与稀酸反应
      • 生成过氧化氢
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    • 与二氧化碳反应
      • 放出氧气
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        • 应用：作为二氧化碳吸收剂，供氧剂。如防毒面具、呼吸面罩。
    • 较强的氧化性
      • 过氧化钠常用做氧化剂和熔矿剂
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    • 还原性
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  • 超氧化物
    • 与水或其他质子溶剂剧烈反应
      • 生成氧气和过氧化氢
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    • 热分解
      • 生成氧化物和氧气
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    • 与二氧化碳反应
      • 放出氧气
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  • 臭氧化物
    • 制备
      • 干燥的钠、钾、铷、铯的固体氢氧化物与臭氧反应
    • 不稳定，易分解
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    • 与水剧烈反应
      • 放出氧气
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• 氢氧化物
  • 碱性
    • Be(OH)2是两性氢氧化物
    • 其余碱金属和碱土金属的氢氧化物都显碱性
    • 从上到下，碱性增加，IA＞IIA
  • 溶解性
    • 碱金属氢氧化物都易溶于水
    • 碱土金属氢氧化物在水中溶解度小，溶解度在同族从上到下增大。
      • 氢氧化铍和氢氧化镁难溶
  • 制备
    • 除BeO和MgO均可用相应的氧化物与水反应制备
    • 氢氧化钠也可用碳酸钠和氢氧化钙反应来制备
    • 氯碱工业用电解NaCl水溶液制备NaOH
  • 与水反应
    • 吸水易潮解，常做干燥剂
  • 与二氧化碳反应
    • 生成碳酸盐
  • 碱金属和碱土金属盐大多是离子晶体
  • 氢氧化钠能腐蚀玻璃，实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶应用橡胶塞，不能用玻璃塞
    • SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O
• 对角线规则之锂的特殊性
  • 注：由于对角线规则，Li和Mg在物理化学性质上相似
  • 在氧气中燃烧的产物是普通氧化物
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  • 化合物的溶解性
    • 氢氧化锂和氢氧化镁溶解度很小，而其他碱金属的氢氧化物都易溶于水
    • 锂和镁的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都是难溶盐，而其他碱金属的s都易溶于水
  • 硝酸盐的热分解
    • 硝酸锂/硝酸镁→普通氧化物＋二氧化氮＋氧气
    • 其他碱金属硝酸盐→亚硝酸盐＋氧气
  • 与氮气反应
    • 锂和镁能直接与氮气反应生成氮化物，而其他碱金属不能
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• 盐类
  • 晶体类型
    • 锂的某些盐表现出共价性
      • 由于锂离子的半径小，极化力较强，某些盐（如卤化物）表现出不同程度的共价性
  • 溶解性
    • 除锂外，碱金属盐大部分易溶于水
    • 锂的强酸盐易溶于水
    • 碱土金属盐一般易溶于水，但其碳酸盐、酸式草酸盐和草酸盐都难溶于水
    • 硫酸钡、碳酸钡、草酸钡难溶于水
  • 含氧酸盐的热稳定性
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    • 碳酸盐受热分解为金属氧化物和二氧化碳
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  • 重要的盐类
    • 卤化物
      • 氯化钠
        • NaCl俗称食盐
      • 氯化镁
        • 氯化镁水溶液俗称卤水，因为能使蛋白质凝固，用于豆制品加工
        • 氯化镁溶液的凝固点低，用作融雪剂
      • 氯化钙
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    • 碳酸盐和碳酸氢盐
      • 碳酸钠
        • 俗称苏打或纯碱
        • 制备
          • 氨碱法
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          • 联合制碱法
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      • 碳酸氢钠
        • 俗称小苏打
        • 受热易分解
          • 脱水转化成碳酸钠
      • 碳酸钙
        • 俗称石灰石
        • 受热易分解
          • 高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳
            • CaCO3=CaO＋CO2↑
        • 与盐酸反应（实验室制备二氧化碳）
          • CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑
    • 硫酸盐
      • 硫酸钠
        • 无水硫酸钠（NaSO4）俗称元明粉
        • 十水硫酸钠（NaSO4·10H2O）俗称芒硝
      • 硫酸钙
        • CaSO4·2H2O俗称生石膏
        • CaSO4·½H2O俗称熟石膏
      • 硫酸钡
        • 俗称重晶石
        • 医学上用作“钡餐”
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    • 硝酸盐
      • 硝酸钾
        • 作化肥，同时补充N和K
        • 有氧化性，易爆炸，用来制造炸药
    • 卤素含氧酸盐
      • 氯酸钾（KClO3）
        • 做强氧化剂，用作炸药
      • 次氯酸钙［Ca(ClO)2］
        • 作漂白剂