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1、碱金属碱金属. .一.存在和制备 1.存在 由于碱金属的化学性质很活泼，所以它们以化合态状态存在于自然界中。在碱金属中，钠和钾在地壳中分布很广，两者的丰度都为2.5。主要矿物有钠长石 NaAlSi3O8、钾长石 KAlSi3O8、光卤石 KCl.MgCl2.6H2O 以及明矾石 K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O 等。海水中NaCl 的含量为 2.7，植物灰中也含有钾盐。锂的重要矿物为锂辉石 Li2O.Al2O3.4SiO2，锂、铷和铯在自然界中储量较少且分散，被列为稀有金属。 2.制备 由于碱金属的性质很活泼，所以一般都用电解它们的熔融化合物的方法制取。钠和钾主要用电解熔融的氯化物制
2、取。 电解熔融的氯化纳制取金属钠 电解用的原料是氯化钠和氯化钙的混合盐。若只用氯化钠进行电解，不仅需要高温，而且电解出来的钠易挥发（NaCl 的熔点为 1073K，钠的沸点为 1156K） ，还容易分散在熔融盐中，难以分离出来。假如氯化钙后，一则可降低电解质的熔点（混合盐的熔点约 873K） ，防止钠的挥发，再则可减少金属钠的分散性，因熔融混合物的密度比金属钠大，钠易浮在上面。 总反应：2NaCl= 2Na + Cl2 电解得到的钠约含有 1的钙。 热还原法 制取金属的方法还有热还原法、金属置换法和热分解法。 热还原法一般采用焦炭或碳化物为还原剂，例如： K2CO3 + 2C = 2K + 3
3、CO 2KF + CaC2 =CaF2 + 2K + 2C 金属置换法 钾、铷和铯虽然也可以用电解法制取，但常用强还原性的金属如Na、Ca、Mg、Ba 等在高温和低压下还原它们氯化物的方法制取，例如： KCl + Na =NaCl + K 2RbCl +Ca =CaCl2 + 2Rb 2CsAlO2 + Mg = MgAl2O4 + 2Cs 上面几个反应看起来都是较不活泼的金属把活泼金属从其盐类中置换出来，这似乎与金属的活动顺序相矛盾。而这个规律只能在水溶液的情况下应用，而上述反应都是在高温下进行的，所以不能应用。钠的沸点为 1155.9K，钾的为 1032.9K，钾在高温更易挥发，在分馏塔中
4、利用钾在高温时挥发度大而分离出来。 钾沸点低易挥发，钾易熔于熔融 KCl 中难以分离，在电解过程中产生的 KO2 与 K 会发生爆炸反应，所以一般不用熔融盐电解法制钾，主要用金属置换法等制取。 热分解法 碱金属得化合物，如氰化物和叠氮化物，加热也能分解成碱金属。 4KCN = 4K+ 4C + 2N2 2MN3 = 2M + 3N2 M = Na、K、Rb、Cs 铷、铯常用这种方法制备： 2RbN3 = 2Rb + 3N2 2CsN3 = 2Cs + 3N2 碱金属的叠氮化物较易纯化，而且不易发生爆炸。这种方法是精确定量制备碱金属的理想方法。锂因形成很稳定的 Li3N，故不能用这种方法制备。
5、二. 单质的物理性质碱金属的单质除 Cs 略带金色外，其它都具有银白色光泽。碱金属具有密度小、硬度小、熔点低、导电性强的特点，是典型的轻金属。 Li、Na、K 都比水轻，Li 是固体单质中最轻的，它的密度约为水的一半。该族金属单质之所以轻是因为它们在同一周期里比相应的其它元素原子量较小，而原子半径较大的缘故。 由于碱金属的硬度小，所以 Na、K 都可以用刀切割。切割后的新鲜表面可以看到银白色的金属光泽，接触空气后，由于生成氧化物、氮化物和碳酸盐的外壳，颜色变暗。 碱金属在常温下能形成液态合金（77.2K 和 22.8Na，熔点260.7K）和钠汞齐（熔点 236.2K） ，前者由于具有较高的比
6、热和较宽的液化范围而被用作和反应堆的冷却剂，后者由于具有缓和的还原性而常在有机合成中用作还原剂。Na 在实验室中常用来除去残留在各种有机溶剂中的水分。 三.单质的化学性质 碱金属可以与水反应。锂在与水反应中不熔化，钠与水反应剧烈，反应放出的热使钠熔化成小球。钾与水的反应更剧烈，产生的氢气能燃烧，铷、铯与水剧烈反应并发生爆炸。 锂与水反应不如钠剧烈，这是因为（1）锂的熔点较高，反应时产生的热量不足以使它熔化，而钠与水反应时放出的热可以使钠熔化，因而固体锂与水接触的表面不如液态钠大；（2）反应产物 LiOH 的溶解度较小，它覆盖在锂的表面，阻碍反应的进行。 碱金属在室温下能迅速地与空气中的氧反应，
7、所以碱金属在空气中放置一段时间后，金属表面就生成一层氧化物，在锂的表面上，除了生成氧化物外还有氮化物。Na、K 在空气中稍微加热就燃烧起来，而铷、铯在室温下遇空气就立即燃烧。 4Li + O2 =2Li2O 6Li + N2 =2Li3N 因此碱金属应保存在煤油中。Li 因密度小，可以浮在煤油表面上，所以将其浸在液体石蜡或封存在固体石蜡中 碱金属最有兴趣的性质之一是它们在液氨中表现得性质。碱金属的液氨溶液呈蓝色，随着碱金属溶解量的增加，溶液的颜色变深。当此溶液中钠的浓度超过 1mol/L 以后，就在原来深蓝色溶液之上出现一个青铜色的新相。再添加碱金属，溶液就由蓝色变成青铜色。如将溶液蒸干，又可
8、以重新得到碱金属。 根据研究认为：在碱金属的稀氨溶液中碱金属离解生成碱金属正离子和溶剂合点子： M(s) + (x+y)NH3(l) M(NH3)+x + e(NH3)-y 因为离解生成氨合阳离子和氨合电子，所以溶液有导电性。此溶液具有高导电性主要是由于有溶剂合电子存在。 痕量杂质如过渡金属的盐类、氧化物和氢氧化物的存在，以及光化作用都能促进溶液中的碱金属和液氨之间发生反应而生成氨基化物：Na + NH3(l) = NaNH2 + 1/2H2 碱金属液氨溶液中的溶剂合电子是一种很强的还原剂。它们广发应用于无机和有机制备中。 四.碱金属的化合物 1.氧化物 碱金属在空气中燃烧时，只有锂生成氧化锂
9、（白色固体） 。尽管在缺氧的空气中可以制得除锂以外的其它碱金属普通氧化物，但这种条件不易控制，所以其它碱金属的氧化物 M2O 必须采用间接方法来制备。例如，用金属钠还原过氧化钠，用金属钾还原硝酸钾，可以制得氧化钠（白色固体）和氧化钾（淡黄色固体）： Na2O2 + 2Na = 2Na2O 2KNO3 + 10K = 6K2O + N2 碱金属氧化物 M2O 与水化合而生成氢氧化物（MOH）： M2O + H2O =2MOH 碱金属氧化物 M2O 与水反应的程度，从 Li2O 到 Cs2O 依次加强。Li2O 与水反应很慢，但 Rb2O 和 Cs2O 与水反应时会发生燃烧甚至爆炸。 2.过氧化物
10、 将钠加热至溶化，通入一定量的除去 CO2 的干燥空气，维持温度在453473K 之间，钠即被氧化为 Na2O，进而增加空气流量并迅速提高温度至 573673K，可制得 Na2O2（淡黄色粉末）： 4Na + O2 = 2Na2O 2Na2O + O2 = 2Na2O2 Na2O2 与水或稀酸反应产生 H2O2，H2O2 会立即分解放出氧气： N2O2 + 2H2O= H2O2 + 2NaOH Na2O2 + H2SO4 =H2O2 + Na2SO4 2H2O2 =2H2O +O2 所以 Na2O2 可用作氧化剂、漂白剂和氧化剂。Na2O2 与 CO2 反应，也能放出氧气： 2Na2O2 +
11、2CO2 =2Na2CO3 + O2 利用这一性质，Na2O2 在防毒面具、高空飞行和潜艇中用作 CO2 的吸收剂和供氧化。 过氧化钠是一种强氧化剂，它能将矿石中硫、锰、铬、钒、锡等成分氧化成可溶性的含氧酸盐，而从试样中分离出来，因此常用作分解矿石的熔剂。例如 Cr2O3 +3Na2O2 =2Na2CrO4 + Na2O MnO2 +Na2O2 =Na2MnO4 由于 Na2O2 有强碱性，熔融时不能采用磁制器皿或石英器皿，宜用铁、镍器皿。由于它有强氧化性，熔融时遇到棉花、炭粉或铝粉会发生爆炸，使用时应十分小心。 3.氢氧化物 碱金属的氢氧化物对纤维和皮肤有强烈的腐蚀作用，所以称他们为苛性碱。
12、NaOH 和 KOH 通常分别称为苛性钠（又名烧碱）和苛性钾。除了 LiOH 外，其余碱金属的氢氧化物都易溶于水，并放出大量的热。在空气中容易吸湿潮解，所以固体 NaOH 是常用的干燥剂。它们还容易与空气中的 CO2 反应而生成碳酸盐，所以要密封保存。但 NaOH 表面总难免要接触空气而带有 Na2CO3，如果在化学分析工作中需要不含 Na2CO3 的 NaOH 溶液，可先配制 NaOH 饱和溶液，Na2CO3 因不溶于饱和的 NaOH 溶液而沉淀析出，静置，取上层清液，用煮沸冷却的新鲜水稀释到所需的浓度即可。 碱金属的氢氧化物的突出化学性质是强碱性。它们的水溶液和熔融物，既能溶解某些两性金属
13、（Al、Zn）及其氧化物，也能溶解许多非金属（Si、B）及其氧化物。 2Al+ 2NaOH + 6H2O=2NaAl（OH）4+3H2 即 2Al+ 2NaOH+ 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2 Al2O3 +2NaOH =2NaAlO2 +H2O Si+2NaOH +H2O =Na2SiO3 + 2H2 SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 熔融的 NaOH 腐蚀性更强，工业上熔融的 NaOH 一般用铸铁容器，在实验室可用银或镍的器皿。 NaOH 能腐蚀玻璃，实验室盛 NaOH 溶液的试剂瓶，应用橡皮塞，而不能用玻璃塞，否则存放时间较长，NaOH 就和瓶口玻璃中
14、的主要成分 SiO2 反应而生成粘性的 Na2SiO3 而把玻璃塞和瓶口粘在一起。 NaOH 的制备：工业上，电解饱和食盐水法： 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 如需要少量 NaOH，也可用苛化法制备，即用消石灰或石灰乳与碳酸钠浓溶液反应： Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2NaOH 溶解度的变化：碱金属氢氧化物在水中的溶解度很大（LiOH 例外） ，并全部电离。该族元素的氢氧化物的溶解度从上到下是逐渐增大的。因为从 LiOH 到 CsOH 随着阳离子半径的增大，阳离子和阴离子之间的吸引力逐渐减少，ROH 晶体能量越来越容易白日水分子拆开。
15、 碱性变化：为什么碱金属的碱性特别强？一方面由于它们在水溶液中有较大的溶解度，可以得到浓度较大的溶液；另一方面，它们在水中几乎完全电离，因此可以得到高浓度的 OH-离子，OH-离子浓度越大，碱性越强。碱金属的氢氧化物是最强的碱。 4.盐类 溶解性：最大特征是易溶于水，并且在水中完全电离，所有碱金属离子都是无色的。只有少量碱金属盐是难溶的，它们的难溶盐一般都是由大的阴离子组成，而且碱金属离子越大，溶盐的数目越多。 钾盐和钠盐性质的差异： A.溶解度：钠、钾盐的溶解度都比较大，相对来说，钠盐更大些，但 NaHCO3 溶解度不大，NaCl 的溶解度随温度的变化不大，这是常见的钠盐中溶解度叫特殊的。
16、B.吸湿性：钠盐的吸湿性比相应钾盐强。因此，化学分析工作中常用的标准试剂许多是钾盐，在配制炸药是用 KNO3 或 KClO3 而不用相应的钠盐。 C.结晶水：含结晶水的钠盐比钾盐多，如Na2SO410H2O、Na2HPO412H2O 等。 钠的化合物与相应钾的化合物性质上一般相似，钠的化合物价格要便宜一些，故一般多使用钠的化合物，而不用钾的化合物。但要注意某些特殊情况，如钾肥不能用钠的化合物代替，制硬质玻璃必须用 K2CO3，制黑火药一定要用 KNO3 等。 形成结晶水合物的倾向：一般说来，离子越小，它所带的电荷越多，则作用于水分子的电场越强，它的水合热越大。碱金属离子是最大的正离子，离子电荷最少，故它的水合热常小于其它离子，易形成水合物。碱金属的水合能力从 Li 到 CS 是降低的，几乎所有的锂盐都是水合的，钠盐约 75是水合的，钾盐有 25是水合物，铷盐和铯盐仅有少数是水合盐。 热稳定性：碱金属卤化物在高温时挥发而难分解，硫酸
