第20章碱金属碱土金属本章要求：1、掌握碱金属和碱土金属的性质以及结构性质与存在、制备、用途之间的关系。2、掌握碱金属和碱土金属氧化物的性质和类型3、掌握碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解度、碱性和盐类溶解度、热稳定性的变化规律4、掌握碱金属和碱土金属盐类的一些重要性质本章重点：属和碱土金属单质及化合物的化学性质：碱金属和碱土金属氢氧化物、盐的某些性质变化规律本章难点：对性质变化规律的理论解释
本章要求： 1、掌握碱金属和碱土金属的性质以及结构性质与存在、制备、 用途之间的关系。 2、掌握碱金属和碱土金属氧化物的性质和类型。 3、掌握碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解度、碱性和盐类溶 解度、热稳定性的变化规律。 4、掌握碱金属和碱土金属盐类的一些重要性质。 本章重点：属和碱土金属单质及化合物的化学性质； 碱金属和碱土金属氢氧化物、盐的某些性质变化规律。 本章难点：对性质变化规律的理论解释。 第20章 碱金属 碱土金属
20--1碱金属和碱土金属的通性20--2碱金属和碱土金属的单质20--3碱金属和碱土金属的化合物
20-1 碱金属和碱土金属的通性 20-2 碱金属和碱土金属的单质 20-3 碱金属和碱土金属的化合物
20-1碱金属和碱土金属的通性第IA族碱金属(IA)：nsiLi，Na，K，Rb，Cs，Fr锂、钠、钾、、和六种元素，由于它们的氢氧化物都是易溶于水的强碱，所以称它们为碱金属元素。其中是放射性元素。第IIA族碱土金属(IIA)：ns2Be，Mg，Ca，Sr，Ba，Ra铍、镁、钙、锶、钡和镭六种元素，由于钙、锶和钡的氧化物在性质上介于“碱性的"碱金属氧化物和“土性的”难熔的氧化物Al,O,之间，所以称它们为碱土金属。现在习惯上把铍和镁也包括在内，统称为碱士金属元素。其中镭是放射性元素
第IA族碱金属(IA )：ns1Li, Na, K, Rb, Cs, Fr 锂、钠、钾、铷、铯和钫六种元素，由于它们的氢 氧化物都是易溶于水的强碱，所以称它们为碱金属元 素。其中钫是放射性元素。 第IIA族碱土金属(IIA )：ns2Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 铍、镁、钙、锶、钡和镭六种元素，由于钙、锶和钡 的氧化物在性质上介于“碱性的”碱金属氧化物和“土 性的” 难熔的氧化物Al2O3之间，所以称它们为碱土 金属。现在习惯上把铍和镁也包括在内，统称为碱土 金属元素。其中镭是放射性元素。 20-1 碱金属和碱土金属的通性
碱金属和碱土金属的价电子层结构分别为nsl及ns2它们在通常情况下只能分别形成氧化态为+1和+2的化合物。碱金属原子最外层只有一个价电子，而次外层是8个电子，由于内层电子的屏蔽效应较显著，这一个价电子特别容易失去。从而使碱金属的第一电离能在同一周期元素中为最低的。碱金属和碱土金属原子都易失去最外层电子，是活泼的金属元素。单质是极强的还原剂。而金属离子则是极弱的氧化剂。由于碱金属具有强的还原性，而它们的离子M+几乎没有氧化性，用还原剂将其还原是相当困难的，所以单质的制备一般都是采用电解的方法
碱金属和碱土金属的价电子层结构分别为ns1及ns2 ， 它们在通常情况下只能分别形成氧化态为+1和+2的化合 物。碱金属原子最外层只有一个价电子，而次外层是8 个电子，由于内层电子的屏蔽效应较显著，这一个价电 子特别容易失去。从而使碱金属的第一电离能在同一周 期元素中为最低的。 碱金属和碱土金属原子都易失去最外层电子，是活 泼的金属元素。单质是极强的还原剂。而金属离子则是 极弱的氧化剂。 由于碱金属具有强的还原性，而它们的离子M+几乎 没有氧化性，用还原剂将其还原是相当困难的，所以单 质的制备一般都是采用电解的方法
碱金属元素的一些基本性质元素LiNaKRbCs性质2S!3S14S!5S16S1价电子构型+1主要氧化数第一、二电离49940552142137172954591308826752436势(kJ.moll-)0.980.930.820.820.79电负性-2.93E(M+/M(V)-3.045-2.7109-2.923-2.925M水合热519406322293254(kJ.mol-l)
元素 性质 Li Na K Rb Cs 价电子构型 2S1 3S1 4S1 5S1 6S1 主要氧化数 +1 第一、二电离 势(kJ.mol1-) 521 7295 499 4591 421 3088 405 2675 371 2436 电负性 0.98 0.93 0.82 0.82 0.79 E 0(M+ /M)(V) -3.045 -2.7109 -2.923 -2.925 -2.93 M+ 水合热 (kJ.mol-1) 519 406 322 293 254 碱金属元素的一些基本性质
碱土金属元素的一些基本性质元素SrBeMgBaCa性质4s25S26S22s23S2价电子构型+2主要氧化数第一、二电离9057425935525641152107097117681460势(kJ.mol-l)第三电离势494235751493976584351(kJ.mol')-2.89-2.90E°(M?+/M)(V)-1.85-2.375-2.76M2+水合热19211577130524941443(kJ.mol-')
元素 性质 Be Mg Ca Sr Ba 价电子构型 2S2 3S2 4S2 5S2 6S2 主要氧化数 +2 第一、二电离 势(kJ.mol-1) 905 1768 742 1460 593 1152 552 1070 564 971 第三电离势 (kJ.mol-1) 14939 7658 4942 4351 3575 E 0(M2+/M)(V) -1.85 -2.375 -2.76 -2.89 -2.90 M2+ 水合热 (kJ.mol-1) 2494 1921 1577 1443 1305 碱土金属元素的一些基本性质
在碱金属和碱土金属中，除了离子半径小、极化力强的Li、Be2+、Mg2+与变形性大的阴离子(I-)所形成的某些化合物具有明显的共价性外，其它元素形成的化合物都是离子型。由于碱土金属原子核比同一周期的碱金属多了一个单位核电荷，原子核对外层电子的引力就强一些，造成一些性质的差异。碱士金属原子核与同一周期碱金属相比多了一个核电荷，而原子半径比相邻的碱金属要小些，所以碱土金属元素的原子核对外层电子的吸引力就强一些，电离能和电负性大些。另外，碱土金属参与反应时要失去二个电子，不如碱金属只失去一个电子容易，所以碱士金属的化学活泼性不如碱金属。在这两族元素中，随着原子半径由上而下逐渐增大核对外层电子的吸引力减弱，金属活泼性逐渐增强
在碱金属和碱土金属中，除了离子半径小、极化力 强的Li+ 、Be2+ 、Mg2+与变形性大的阴离子(I -)所形成的 某些化合物具有明显的共价性外，其它元素形成的化合 物都是离子型。 由于碱土金属原子核比同一周期的碱金属多了一个 单位核电荷，原子核对外层电子的引力就强一些，造成 一些性质的差异。 碱土金属原子核与同一周期碱金属相比多了一个核电荷，而 原子半径比相邻的碱金属要小些，所以碱土金属元素的原子核对 外层电子的吸引力就强一些，电离能和电负性大些。另外，碱土 金属参与反应时要失去二个电子，不如碱金属只失去一个电子容 易，所以碱土金属的化学活泼性不如碱金属。 在这两族元素中，随着原子半径由上而下逐渐增大， 核对外层电子的吸引力减弱，金属活泼性逐渐增强
20-2碱金属和碱土金属单质的性质2-1、物理性质：金属的物理性质与金属的金属键的强弱有关。而金属键的强弱与金属原子的半径和外层价电子数有关(碱金属原子只有一个价电子，且半径较大，所以原子间的金属键较弱)。单质钙锶钡锂钠钾「铍镁性质密度/g.cm-31.901.853.50.530.970.861.531.741.552.54(293K)453371337312302155111121042922998熔点/K19131156103395994232431757165713631615沸点/K0.61.50.40.50.30.24.02.01.8硬度11.25.221.44.820.84.213.67.720.8电导性(Hg-1)K
2-1、物理性质： 金属的物理性质与金属的金属键的强弱有关。而金 属键的强弱与金属原子的半径和外层价电子数有关(碱金 属原子只有一个价电子，且半径较大，所以原子间的金属键较 弱)。 性质 锂 钠 钾 铷 銫 铍 镁 钙 锶 钡 密度/g.cm-3 (293K) 熔点/K 沸点/K 硬度 电导性(Hg=1) 单质 0.53 453 1615 0.6 11.2 0.97 0.86 1.53 1.90 371 337 312 302 1156 1033 959 942 0.4 0.5 0.3 0.2 20.8 13.6 7.7 4.8 1.85 1.74 1.55 2.54 3.5 1551 922 1112 1042 998 3243 1363 1757 1657 1913 4.0 2.0 1.5 1.8 - 5.2 21.4 20.8 4.2 - 20-2 碱金属和碱土金属单质的性质
一、碱金属特殊物理性质：密度小钾钠保存干煤油中，锂保存干蜡中。硬度小用小刀可以切割它们。熔沸点较低随原子量的增大而降低。导电性强Cs、Rb用于作光电材料。二、碱土金属的物理物质：密度较小但硬度大镁和铍用于制轻质合金，如镁铝合金，用于制造飞机部件，铍铜合金具有强度大，硬度高弹性好等优点。碱士金属的导电性最好的是镁和钙，其它的导电能力较差三、液态合金碱金属在常温下能形成液态合金K-Na合金 (K: 77.2 % Na: 22.8 % m.p. = 260.7 K） ——具有较高的比热和较宽的液化范围而被用作核反应堆的冷却剂。Na-Hg合金(称钠汞齐 m.p.=236.2 K)一用于有机合成中作还原剂
一、碱金属特殊物理性质： 密度小 钾钠保存于煤油中，锂保存于蜡中。 硬度小 用小刀可以切割它们。 熔沸点较低 随原子量的增大而降低。 导电性强 Cs、Rb用于作光电材料。 二、碱土金属的物理物质：密度较小但硬度大 镁和铍用于制轻 质合金，如镁铝合金，用于制造飞机部件，铍铜合金具有强度 大，硬度高弹性好等优点。 碱土金属的导电性最好的是镁和钙，其它的导电能力较差。 三、液态合金 碱金属在常温下能形成液态合金： K-Na合金（K: 77.2 % Na: 22.8 % m.p. = 260.7 K）——具有 较高的比热和较宽的液化范围而被用作核反应堆的冷却剂。 Na-Hg合金(称钠汞齐 m.p. = 236.2 K)—用于有机合成中作还原剂
2-2、化学性质：碱金属的化学性质很活泼，而碱土金属稍逊于碱金属。它们的化学活泼性自上而下依次增强：碱金属碱土金属2M+X,=2MX(X为卤素）M+X,= MX2>M,O (M=Li)燃烧2M+0,= 2M0M+02>M,O2 (M=Na)> MO2 (M=K,Rb,Cs)M+S =MS2M+S = 2M,S2M+N2 = 2M,N26M+N2 = 2M,N (M-Li)2M+H2 = 2MHM+H, = MH2 (M=Ca,Sr,Ba)2M+2H20 = 2MOH +H,M+2H,O = M(OH)2+H2 (Ca,Sr,Ba与冷水反应)2M+2NH,= 2MNH2 +H,M+2NH;= MNH2 +H,2M+2H+=2M++H2（非氧化酸）M+2H+=M2++H2（非氧化酸，除Be外反应剧烈4M+TiCI= Ti +4MCI2M+TiCl= Ti +2MCl
碱金属的化学性质很活泼，而碱土金属稍逊于碱 金属。它们的化学活泼性自上而下依次增强： 碱 金 属 碱 土 金 属 2M+X2= 2MX (X为卤素) M+X2= MX2 2M+O2= 2MO 2M+S = 2M2S M+S = MS 6M+N2 = 2M3N (M=Li) 2M+N2 = 2M3N2 2M+H2 = 2MH M+H2 = MH2 (M=Ca,Sr,Ba) 2M+2H2O = 2MOH +H2 M+2H2O = M(OH )2+H2 (Ca,Sr,Ba与冷水反应) 2M+2NH3= 2MNH2 +H2 M+2NH3= MNH2 +H2 2M+2H+= 2M++H2 (非氧化酸) M+2H+= M2++H2 (非氧化酸，除Be外反应剧烈) 4M+TiCl4= Ti +4MCl 2M+TiCl4= Ti +2MCl2 M+O2 M2O (M=Li) M2O2 (M=Na) MO2 (M=K,Rb,Cs) 燃烧 2-2、化学性质：