12、3、1、氢化物
碱金属和碱土金属中的镁、钙、锶、钡、可以形成离子型氢化物(铍除外)。离子型氢化物具有强还原性,与水反应生成相应的氢氧化物和氢气,例如:
2Li H2→2LiH
2Na H2→653K 2NaH
Ca H2→423K~573K CaH2
常温下离子型氢化物都是白色晶体,它们的熔点、沸点较高,熔融时能够导。碱金属氢化物具有NaCl型晶体结构。
s区元素的离子型氢化物热稳定性差异较大,碱土金属的离子型氢化物比碱金属的氢化物热稳定性高一些,BaH2具有较高的熔点(1200℃)。
离子型氢化物与水都发生剧烈的水解反应而放出氢气:’
MH H20→MOH H2
MH2 2H20→M(OH)2 2H2
CaH2常用作军事和气象野外作业的生氢剂。
离子型氢化物都具有强还原性, (H2/H-)=一2.23 V。例如,NaH在400℃时能将TiCl4还原为金属钛:
TiCl4 4NaH→Ti 4NaCl 2H2
在有机合成中,LiH常用来还原某些有机化合物,CaH2也是重要的还原剂。
12、3、2、氧化物
碱金属在过量的空气中燃烧时,生成不同类型的氧化物,如锂生成氧化锂Li2O,钠生成过氧化钠Na2O2,而钾、铷、铯则生成超氧化物KO2、RbO2、CsO2。碱土金属一般生成普通氧化物MO,钡可以形成过氧化物BaO2.见表12-11。
1、正常氧化物
碱金属中的锂和所有碱土金属在空气中燃烧时,生成正常氧化物Li20和MO。其他碱金属的正常氧化物是用金属与它们的过氧化物或硝酸盐作用得到的。例如:
Na202 2N a → 2Na20
2KNO 3 10K →6K2O N2
碱土金属的碳酸盐、硝酸盐等热分解也能得到氧化物MO。
碱金属氧化物与水化合生成碱性氢氧化物MOH。LisO与水反应很慢,Rb2O和Cs20与水发生剧烈反应,甚至爆炸。
碱土金属的氧化物都是难溶于水的白色粉末。BeO几乎不与水反应,MgO与水缓慢反应生成相应的碱。CaO,SrO,BaO遇水都能发生剧烈反应生成相应的碱,并放出大量的热。
BeO和MgO可作耐高温材料和高温陶瓷,生石灰(CaO)是重要的建筑材料。
2、过氧化物
除铍和镁外,所有碱金属和碱土金属都能分别形成相应的过氧化物M2O2和MO2,其中只有钠和钡的过氧化物可由金属在空气巾燃烧直接得到。
过氧化钠Na2O2是最常见的碱金属过氧化物。将金属钠在铝制容器加热到300℃,并通人不含二氧化碳的干空气,得到淡黄色的颗粒状的Na2O2粉末。
过氧化钠与水或稀硫酸在室温下反应生成过氧化氢:
1 )水解:Na2O2 2H2O =H 2O2 2NaOH
2 )酸解:Na2O2 H2SO4 =H2O2 Na2SO4
过氧化钠与二氧化碳反应,放出氧气:
3 ) Na2O 2 CO2 == Na 2CO3 O2 (供氧剂和CO2吸收剂)。
4MO 2 2CO 2=2M2CO3 3O 2
因此,Na2O 2可以用来作为氧气发生剂,用于高空飞行和水下工作时的供氧剂和二氧化碳吸收剂。Na2O2是一种强氧化剂,工业上用作漂白剂。Na2O 2,在熔融时几乎不分解,但遇到棉花、木炭或铝粉等还原性物质时,就会发生爆炸,使用Na2O 2时应当注意安全。Na2O 2在遇到像KMnO4这样的强氧化剂时也表现出还原性,即Na2O 2被氧化放出氧气。
3、超氧化物
除了锂、铍、镁外,碱金属和碱土金属都能分别形成超氧化物MO2和M(02)2。其中,钾、铷、铯在空气中燃烧能直接生成超氧化物MO2。一般说来,金属性很强的元素容易形成含氧较多的氧化物,因此钾、铷、铯易生成超氧化物。
超氧化物与水反应立即产生氧气和过氧化氢。例如:
2K02 2H20 == 2KOH H202 02
因此,超氧化物也是强氧化剂。超氧化钾与二氧化碳作用放出氧气:
4K02 2C02—2K2CO3 302
K02较易制备,常用于急救器和消防队员的空气背包中,利用上述反应除去呼出的CO2和湿气并提供氧气。
12、3、3、氢氧化物
除 外均可由相应的氧化物与水反应而得,NaOH亦可在溶液中由下法制取:
Na2CO3 Ca(OH)2=2NaOH CaCO3↓
碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体,它们在空气中易吸水而潮解,故固体NaOH、Ca(OH)2常用做干燥剂。强碱,对纤维和皮肤有强烈的腐蚀作用,所以称它们为苛性碱。
一、 溶解度 ⅠA: S 大,ⅡA :S 小。从上至 下,S 增大,因为U 减小,易拆开。
碱金属的氢氧化物在水中都是易溶的(其中LiOH的溶解度稍小些),溶解时还放出大量的热。碱土金属的氢氧化物的溶解度则较小,其中Be(OH)2和Mg(OH)2是难溶的氢氧化物。碱土金属的氢氧化物的溶解度列入表12—14中。由表中数据可见,对碱土金属来说,由Be(OH)2到Ba(OH)2溶解度依次增大。这是由于随着金属离子半径的增大,阳、阴离子之间的作用力逐渐减小,容易为水分子所解离的缘故。
二、 碱性: 从上至下, 碱性增加,ⅠA >ⅡA
碱金属和碱土金属的氢氧化物中,除Be(OH)2为两性氢氧化物外,其他氢氧化物都是强碱或中强碱。。这两族元素氢氧化物碱性的递变次序如下:
LiOH < NaOH <KOH <RbOH <CsOH
中强碱 强碱 强碱 强碱 强碱
Be(OH)2<Mg(OH)2<Ca(OH)2<Sr(OH)2<Ba(OH)2
两性 中强碱 强碱 强碱 强碱
同一主族的金属氢氧化物,从上到下碱性增强;
同一周期的金属氢氧化物,从右到左碱性增强。
氢氧化钠能腐蚀玻璃,实验室盛氢氧化钠溶液的试剂瓶,应用橡皮塞,而不能用玻璃塞,否则存放时间较长,NaOH 就和瓶口玻璃中的主要成分SiO2 反应而生成粘性的Na2SiO3 而把玻璃塞和瓶口粘结在一起。
SiO2 2NaOH===Na2SiO3 H2O
在化学分析工作中需要不含Na2CO3的NaOH 溶液,可先配制NaOH的饱和溶液,Na2CO3因不溶于饱和的NaOH溶液而沉淀析出,静置取上层清液,用煮沸后冷却的新鲜水稀释到所需的浓度即可。
因其能溶解某些金属氧化物、非金属氧化物,在工业生产和分析工作中常用于分解矿石。熔融的氢氧化钠腐蚀性很强,工业上熔化氢氧化钠一般用铸铁容器,在实验室可用银或镍的器皿。