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无机化学
第 17章 碱金属和碱土金属
Chapter 17 Alkali and Alkali-
earth Metal
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基本内容和重点要求
S区元素通性
S区元素单质的性质和制取方法。
S区元素的离子特征、氧化物和氢氧化物的性质
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本章重点要求掌握 S区元素的金属活性、氧化物和氢
氧化物的碱性
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17.1 S区元素的通性
S区
Ⅰ A碱金属, Li,Na,K,Rb,Cs,Fr
Ⅱ A碱土金属, Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra
? 碱金属和碱土金属原子的最外层电子排布分别为, ns1和 ns2
? 它们的次外层具有稀有气体原子式的稳定的电子层结构,对核电荷
的屏蔽作用较大，所以 碱金属 元素的 I1 在同一周期中为最低。
? 碱金属 元素的原子易失去一个电子而呈 +1氧化态，不会有其它氧化
态，因此碱金属是活泼金属。
? 碱土金属 原子比相邻的碱金属多一个核电荷,因而原子核对最外层
的两个 s电子的作用增强了，所以碱土金属原子要失去一个电子比相应碱
金属难,其 I1比碱金属大。
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? 碱金属和碱土金属元素在化合时，多以离子结合，但在某些情况
下仍显一定程度的共价性。
? 原子半径从上至下依次增大，电离能和电负性从上至下依次减小。
? 金属活泼性从上至下依次增强。
? 它们不能以单质形式存在于自然界中。
17.1 S区元素的通性
Li
Na
K
Rb
Cs
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
金属活泼性增强
金
属
活
泼
性
增
强
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17.2 碱金属和碱土金属的单质
2,1 物理性质和化学性质
1 物理性质
单质具有 金属光泽,有良好的 导电性 和 延展性 ；碱金属原子只有
一个价电子且原子半径较大，故金属键弱，熔沸点低，碱土金属的
金属键要强一些，熔沸点、密度和强度也高一些。
2 化学性质
除铍和镁外，其它单质易与水反应：
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
Ca +2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
K与水反应比 Na激烈，并发生燃烧； Mg与冷水反应很慢
碱金属和碱土金属还可与其它许多非金属单质和化合物反应
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M 3 P
P X 2
M X ( X = 卤 素 ）
M 3 N ( M = L i )
N 2 S
M 2 S
M H
H 2 O 2
M
O 2 + C O 2
M 2 C O 3
M 2 O ( M = L i)
M 2 O 2 ( M = N a,K,R b,C s )
M O 2 ( M = K,R b,C s )
M N H 2 + H 2
N H 3 ( 液 态 或 气 态 ）
H 2 O T i C l
4
R E C l 3
T i + M C l
R E + M C l
M O H + H 2
或 或
（ M = N a,R E = 希 土 ）
17.2 碱金属和碱土金属的单质
碱金属的一些化学反应
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M 3 N 2
X
2
M X 2 ( X = 卤 素 ）
N
2
M O
N a O H
H
2
O
2
M
M H 2 ( M = C a,S r,B a )
M ( N H 2 ) 2 + H 2
N H
3H 2 O
M ( O H ) 2 + H 2
（ M = B e ）
水 蒸 气
M O + H 2 H M O 2
-
+ H 2
（ M = B e,M g ）
( M = C a,S r,B a )
碱土金属的一些化学反应
17.2 碱金属和碱土金属的单质
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2.2 制备方法
（ 1）电解熔融的氯化钠制备金属钠
阳极,2Cl- =Cl2 + 2e-
阴极,2Na+ + 2e- = 2Na
总反应,2NaCl = 2Na +Cl2
（ 2） 热还原法
一般用碳或碳化物为还原剂
MgO(s) + C(s) = CO(g) + Mg(g)
K2CO3 + 2C = 3CO + 2K
2KF + CaC2 = CaF2 + 2K +2C
通电
17.2 碱金属和碱土金属的单质
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17.2 碱金属和碱土金属的单质
（ 3） 金属置换法
高温低压下
KCl + Na = NaCl + K
2RbCl +Ca = CaCl2 + 2Rb
2CsAlO2 + Mg = MgAl2O4 + 2Cs
（ 4） 热分解法
氰化物、叠氮化物、亚铁氰化物等加热分解成碱金属
4KCN = 4K + 4C + 2N2
2MN3 = 2M + 3N2 M=Na,K,Rb,Cs
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
3.1 离子特征
M+和 M2+易形成水合离子
3.2 氧化物
碱金属的氧化物：
普通氧化物 M2O
过氧化物 M2O2
超氧化物 MO2
臭氧化物 MO3
1 氧化物
碱金属 Li Na K Rb Cs
空气中燃烧 Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2
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Na2O2 + 2Na = 2Na2O
2KNO3 + 10K = 6K2O + N2
Na2O K2O Rb2O Cs2O
白色 淡黄色 亮黄色 橙红色
M2O与水作用的 MOH
Na2O + H2O = 2NaOH
碱土金属氧化物
碱土金属直接与氧作用，或相应碳酸盐或硝酸盐热分解
CaCO3 = CaO + CO2
2Sr(NO3)2 = 2Sr + 4NO2 + O2
MO与水作用的 M(OH)2
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
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2 过氧化物
除 Be外，均有过氧化物； M2O2,过氧离子 O22-,[-O-O-]2-
? Na2O2制备：
4Na + O2 = 2Na2O
2Na2O + O2 = 2Na2O2
? Na2O2性质：
与水或稀酸反应
Na2O2 + 2H2O = H2O2 + 2NaOH
Na2O2 + H2SO4 = H2O2 + 2Na2SO4
2H2O2 = 2H2O + O2
强氧化剂
Cr2O3 + 3 Na2O2 = 2Na2CrO4 + Na2O
MnO2 + Na2O2 = Na2MnO4
与 CO2反应 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
? 碱土金属过氧化物
BaO2
BaO2 + H2SO4 = H2O2 + BaSO4
H2O2实验室制法
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
3 超氧化物
K,Rb,Cs在过量氧气中燃烧即得 MO2
KO2 RbO2 CsO2
橙黄色 深棕色 深黄色
O2-分子轨道式：
[KK(σ2s) 2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)4(π2p *)3]
强氧化剂：
2MO2 + 2H2O = H2O2 + O2 + 2MOH
4MO2 + 2CO2 = 2MCO3 + 3O2
4 臭氧化物
MO3 M = K,Rb,Cs
6KOH + 4O3 = 4KO3+ 2KOH·H2O +O2
桔红色
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3.3 氢氧化物
1 物理性质
同一主族的金属氢氧化物，溶解度从上到下依次递增
碱土金属氢氧化物溶解度小于相应碱金属氢氧化物
Be(OH)2 和 Mg(OH)2难溶
2 碱性变化规律
Be(OH)2两性,其余为强碱或中强碱
ROH离解方式：
RO￣ + H+ ←― R―O―H ―→ R+ + OH ￣
酸式离解 碱式离解
离解方式与 离子势 有关：
Φ = ─
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
z
r
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Φ越大，静电引力越强,R对 O的吸引能力越强，越有利于酸式离解
Φ越小,R— O键越弱，越有利于碱式离解
金属氢氧化物酸碱性的经验判据：
<2.2时,金属氢氧化物属碱性；
2.2< <3.2时,金属氢氧化物属两性；
>3.2时,金属氢氧化物属酸性
?
?
?
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
同一主族的金属氢氧化物，从上到下碱性增强
从上到下 r 增大, Φ减小
同一周期的金属氢氧化物，从左到右碱性减弱
从左到右 z 增大, r 减小, Φ增大
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
LiOH
NaOH
KOH
RbOH
CsOH
Be(OH)2
Mg(OH)2
Ca(OH)2
Sr(OH)2
Ba(OH)2
碱
性
增
强
碱
性
增
强
碱性增强
溶
解
度
增
大
溶
解
度
增
大
碱性变化规律
溶解度增大
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3.4 碱金属和碱土金属的盐类
几种重要的盐类
1 卤化物
NaCl KCl MgCl2 CaCl2等
（ 1） NaCl是食盐的主要成分，其它为少量 MgCl2和 CaCl2 等
石灰 -碳酸钠法处理除去 Mg2+和 Ca2+
（ 2） MgCl2
主要资源：光卤石（ KCl·MgCl2 ·6H2O） 和海水
将 MgCl2 ·6H2O在干燥的氯化氢气流中加热脱水可制得无水 MgCl2
（ 3） CaCl2
CaCl2 ·6H2O直接加热脱水可得无水 CaCl2
无水 CaCl2具有强吸水性，是常用的干燥剂
（ 4） BaCl2
BaCl2 ·2 H2O
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
2 碳酸盐
（ 1）水溶性
碱金属 碳酸盐除 Li2CO3外，其它均溶于水；
碱土 金属碳酸盐除 BeCO3外，其它均难溶于水，但酸式碳酸盐可溶
（ 2）水溶液的酸碱度
碱金属和碱土金属可溶性碳酸盐在水溶液中，都发生水解而使溶液
呈碱性
CO32‐ + H2O = HCO3‐ + OH‐
（ 3）热稳定性
碱金属碳酸盐热稳定性较高，而碱土金属碳酸盐热稳定性较低
3 硝酸盐
碱金属和碱土金属硝酸盐均较大
黑火药的主要成分,KNO3
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
黑火药爆炸的主要反应：
2KNO3 +3C + S =K2S +N2 + 3CO2
4KNO3 + 6C + 2S =K2S2 + K2CO3 + CO + 2N2 + 4CO2
10KNO3 + 16C + 5S =3K2SO4 + 4K2CO3 + K2S2 + 8N2 + 12CO2
4 硫酸盐
? 碱金属硫酸盐均 易溶 于水
Na2SO4·H2O 芒硝
Na2SO4 元明粉
? 碱土金属硫酸盐多 难溶 于水
MgSO4 CaSO4 SrSO4 BaSO4
溶解度依次降低
CaSO4 ·2 H2O 石膏,BaSO4 重晶石
5 硫化物
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17.4 离子晶体盐类的溶解性
17章习题,doc
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第 17章 碱金属和碱土金属
Chapter 17 Alkali and Alkali-
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基本内容和重点要求
S区元素通性
S区元素单质的性质和制取方法。
S区元素的离子特征、氧化物和氢氧化物的性质
返回
本章重点要求掌握 S区元素的金属活性、氧化物和氢
氧化物的碱性
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17.1 S区元素的通性
S区
Ⅰ A碱金属, Li,Na,K,Rb,Cs,Fr
Ⅱ A碱土金属, Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra
? 碱金属和碱土金属原子的最外层电子排布分别为, ns1和 ns2
? 它们的次外层具有稀有气体原子式的稳定的电子层结构,对核电荷
的屏蔽作用较大，所以 碱金属 元素的 I1 在同一周期中为最低。
? 碱金属 元素的原子易失去一个电子而呈 +1氧化态，不会有其它氧化
态，因此碱金属是活泼金属。
? 碱土金属 原子比相邻的碱金属多一个核电荷,因而原子核对最外层
的两个 s电子的作用增强了，所以碱土金属原子要失去一个电子比相应碱
金属难,其 I1比碱金属大。
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? 碱金属和碱土金属元素在化合时，多以离子结合，但在某些情况
下仍显一定程度的共价性。
? 原子半径从上至下依次增大，电离能和电负性从上至下依次减小。
? 金属活泼性从上至下依次增强。
? 它们不能以单质形式存在于自然界中。
17.1 S区元素的通性
Li
Na
K
Rb
Cs
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
金属活泼性增强
金
属
活
泼
性
增
强
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17.2 碱金属和碱土金属的单质
2,1 物理性质和化学性质
1 物理性质
单质具有 金属光泽,有良好的 导电性 和 延展性 ；碱金属原子只有
一个价电子且原子半径较大，故金属键弱，熔沸点低，碱土金属的
金属键要强一些，熔沸点、密度和强度也高一些。
2 化学性质
除铍和镁外，其它单质易与水反应：
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
Ca +2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
K与水反应比 Na激烈，并发生燃烧； Mg与冷水反应很慢
碱金属和碱土金属还可与其它许多非金属单质和化合物反应
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M 3 P
P X 2
M X ( X = 卤 素 ）
M 3 N ( M = L i )
N 2 S
M 2 S
M H
H 2 O 2
M
O 2 + C O 2
M 2 C O 3
M 2 O ( M = L i)
M 2 O 2 ( M = N a,K,R b,C s )
M O 2 ( M = K,R b,C s )
M N H 2 + H 2
N H 3 ( 液 态 或 气 态 ）
H 2 O T i C l
4
R E C l 3
T i + M C l
R E + M C l
M O H + H 2
或 或
（ M = N a,R E = 希 土 ）
17.2 碱金属和碱土金属的单质
碱金属的一些化学反应
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M 3 N 2
X
2
M X 2 ( X = 卤 素 ）
N
2
M O
N a O H
H
2
O
2
M
M H 2 ( M = C a,S r,B a )
M ( N H 2 ) 2 + H 2
N H
3H 2 O
M ( O H ) 2 + H 2
（ M = B e ）
水 蒸 气
M O + H 2 H M O 2
-
+ H 2
（ M = B e,M g ）
( M = C a,S r,B a )
碱土金属的一些化学反应
17.2 碱金属和碱土金属的单质
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2.2 制备方法
（ 1）电解熔融的氯化钠制备金属钠
阳极,2Cl- =Cl2 + 2e-
阴极,2Na+ + 2e- = 2Na
总反应,2NaCl = 2Na +Cl2
（ 2） 热还原法
一般用碳或碳化物为还原剂
MgO(s) + C(s) = CO(g) + Mg(g)
K2CO3 + 2C = 3CO + 2K
2KF + CaC2 = CaF2 + 2K +2C
通电
17.2 碱金属和碱土金属的单质
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17.2 碱金属和碱土金属的单质
（ 3） 金属置换法
高温低压下
KCl + Na = NaCl + K
2RbCl +Ca = CaCl2 + 2Rb
2CsAlO2 + Mg = MgAl2O4 + 2Cs
（ 4） 热分解法
氰化物、叠氮化物、亚铁氰化物等加热分解成碱金属
4KCN = 4K + 4C + 2N2
2MN3 = 2M + 3N2 M=Na,K,Rb,Cs
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
3.1 离子特征
M+和 M2+易形成水合离子
3.2 氧化物
碱金属的氧化物：
普通氧化物 M2O
过氧化物 M2O2
超氧化物 MO2
臭氧化物 MO3
1 氧化物
碱金属 Li Na K Rb Cs
空气中燃烧 Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2
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Na2O2 + 2Na = 2Na2O
2KNO3 + 10K = 6K2O + N2
Na2O K2O Rb2O Cs2O
白色 淡黄色 亮黄色 橙红色
M2O与水作用的 MOH
Na2O + H2O = 2NaOH
碱土金属氧化物
碱土金属直接与氧作用，或相应碳酸盐或硝酸盐热分解
CaCO3 = CaO + CO2
2Sr(NO3)2 = 2Sr + 4NO2 + O2
MO与水作用的 M(OH)2
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
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2 过氧化物
除 Be外，均有过氧化物； M2O2,过氧离子 O22-,[-O-O-]2-
? Na2O2制备：
4Na + O2 = 2Na2O
2Na2O + O2 = 2Na2O2
? Na2O2性质：
与水或稀酸反应
Na2O2 + 2H2O = H2O2 + 2NaOH
Na2O2 + H2SO4 = H2O2 + 2Na2SO4
2H2O2 = 2H2O + O2
强氧化剂
Cr2O3 + 3 Na2O2 = 2Na2CrO4 + Na2O
MnO2 + Na2O2 = Na2MnO4
与 CO2反应 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
? 碱土金属过氧化物
BaO2
BaO2 + H2SO4 = H2O2 + BaSO4
H2O2实验室制法
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
3 超氧化物
K,Rb,Cs在过量氧气中燃烧即得 MO2
KO2 RbO2 CsO2
橙黄色 深棕色 深黄色
O2-分子轨道式：
[KK(σ2s) 2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)4(π2p *)3]
强氧化剂：
2MO2 + 2H2O = H2O2 + O2 + 2MOH
4MO2 + 2CO2 = 2MCO3 + 3O2
4 臭氧化物
MO3 M = K,Rb,Cs
6KOH + 4O3 = 4KO3+ 2KOH·H2O +O2
桔红色
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3.3 氢氧化物
1 物理性质
同一主族的金属氢氧化物，溶解度从上到下依次递增
碱土金属氢氧化物溶解度小于相应碱金属氢氧化物
Be(OH)2 和 Mg(OH)2难溶
2 碱性变化规律
Be(OH)2两性,其余为强碱或中强碱
ROH离解方式：
RO￣ + H+ ←― R―O―H ―→ R+ + OH ￣
酸式离解 碱式离解
离解方式与 离子势 有关：
Φ = ─
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
z
r
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Φ越大，静电引力越强,R对 O的吸引能力越强，越有利于酸式离解
Φ越小,R— O键越弱，越有利于碱式离解
金属氢氧化物酸碱性的经验判据：
<2.2时,金属氢氧化物属碱性；
2.2< <3.2时,金属氢氧化物属两性；
>3.2时,金属氢氧化物属酸性
?
?
?
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
同一主族的金属氢氧化物，从上到下碱性增强
从上到下 r 增大, Φ减小
同一周期的金属氢氧化物，从左到右碱性减弱
从左到右 z 增大, r 减小, Φ增大
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
LiOH
NaOH
KOH
RbOH
CsOH
Be(OH)2
Mg(OH)2
Ca(OH)2
Sr(OH)2
Ba(OH)2
碱
性
增
强
碱
性
增
强
碱性增强
溶
解
度
增
大
溶
解
度
增
大
碱性变化规律
溶解度增大
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3.4 碱金属和碱土金属的盐类
几种重要的盐类
1 卤化物
NaCl KCl MgCl2 CaCl2等
（ 1） NaCl是食盐的主要成分，其它为少量 MgCl2和 CaCl2 等
石灰 -碳酸钠法处理除去 Mg2+和 Ca2+
（ 2） MgCl2
主要资源：光卤石（ KCl·MgCl2 ·6H2O） 和海水
将 MgCl2 ·6H2O在干燥的氯化氢气流中加热脱水可制得无水 MgCl2
（ 3） CaCl2
CaCl2 ·6H2O直接加热脱水可得无水 CaCl2
无水 CaCl2具有强吸水性，是常用的干燥剂
（ 4） BaCl2
BaCl2 ·2 H2O
17.3 碱金属和碱土金属的化合物
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
2 碳酸盐
（ 1）水溶性
碱金属 碳酸盐除 Li2CO3外，其它均溶于水；
碱土 金属碳酸盐除 BeCO3外，其它均难溶于水，但酸式碳酸盐可溶
（ 2）水溶液的酸碱度
碱金属和碱土金属可溶性碳酸盐在水溶液中，都发生水解而使溶液
呈碱性
CO32‐ + H2O = HCO3‐ + OH‐
（ 3）热稳定性
碱金属碳酸盐热稳定性较高，而碱土金属碳酸盐热稳定性较低
3 硝酸盐
碱金属和碱土金属硝酸盐均较大
黑火药的主要成分,KNO3
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17.3 碱金属和碱土金属的化合物
黑火药爆炸的主要反应：
2KNO3 +3C + S =K2S +N2 + 3CO2
4KNO3 + 6C + 2S =K2S2 + K2CO3 + CO + 2N2 + 4CO2
10KNO3 + 16C + 5S =3K2SO4 + 4K2CO3 + K2S2 + 8N2 + 12CO2
4 硫酸盐
? 碱金属硫酸盐均 易溶 于水
Na2SO4·H2O 芒硝
Na2SO4 元明粉
? 碱土金属硫酸盐多 难溶 于水
MgSO4 CaSO4 SrSO4 BaSO4
溶解度依次降低
CaSO4 ·2 H2O 石膏,BaSO4 重晶石
5 硫化物
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17.4 离子晶体盐类的溶解性
17章习题,doc
