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碱金属化合物

2018/06/19192 作者:佚名
导读:碱金属化合物性质 在碱金属元素形成的各类化合物中,碱金属阳离子是没有特别性质的,碱金属化合物的性质在绝大多数情况下体现为阴离子的性质。 碱金属无机盐 碱金属的盐类大多为离子晶体,而且大部分可溶于水,其中不溶的盐类有 ·锂盐:氟化锂、碳酸锂、磷酸锂 ·钠盐:醋酸铀酰锌钠、六羟基合锡(Ⅳ)酸钠 、三钛酸钠、铋酸钠、六羟基合锑酸钠 ·钾盐:六硝基合钴酸钾钠、高氯酸钾、四苯基硼酸钾 、高铼酸钾 ·铷盐及铯

碱金属化合物性质

在碱金属元素形成的各类化合物中,碱金属阳离子是没有特别性质的,碱金属化合物的性质在绝大多数情况下体现为阴离子的性质。

碱金属无机盐

碱金属的盐类大多为离子晶体,而且大部分可溶于水,其中不溶的盐类有

·锂盐:氟化锂、碳酸锂、磷酸锂

·钠盐:醋酸铀酰锌钠、六羟基合锡(Ⅳ)酸钠 、三钛酸钠、铋酸钠、六羟基合锑酸钠

·钾盐:六硝基合钴酸钾钠、高氯酸钾、四苯基硼酸钾 、高铼酸钾

·铷盐及铯盐:与钾盐一样,但溶解度更小。

碱金属的盐类熔沸点较高,下表即为碱金属盐类的熔点,本表取自《无机化学(第五版)》,2008 .387

单位:m.p./℃

氯化物

613

801

771

715

646

硫酸盐

859

880

1069

1050

1005

硝酸盐

~225

307

333

305

414

碳酸盐

720

858

901

837

792

从表中还可以观察到:锂盐的沸点明显偏低,表明锂盐表现出一定的共价性

卤化物

碱金属卤化物中常见的是氯化钠和氯化钾,它们大量存在于海水中,电解饱和氯化钠可以得到氯气,氢气和氢氧化钠,这是工业制取氢氧化钠和氯气的方法。

阳极:2Cl--2e- ——→Cl₂↑

阴极:2H 2e- ——→H₂↑

总反应:2NaCl 2H2O——电解→2NaOH H₂↑ Cl₂↑

硫酸盐

碱金属硫酸盐中以硫酸钠最为常见,十水合硫酸钠俗称芒硝,用于相变储热,无水硫酸钠俗称元明粉,用于玻璃、陶瓷工业及制取其它盐类。

硝酸盐

碱金属的硝酸盐在加强热时分解为亚硝酸盐

2MNO₃(s)——→2MNO₂(s) O₂(g)

硝酸钾(KNO₃)和硝酸钠(NaNO₃)是常见的硝酸盐,可用作氧化剂

碳酸盐

碱金属的碳酸盐中,碳酸锂可由含锂矿物与碳酸钠反应得到,是制取其它锂盐的原料,还可用于狂躁型抑郁症的治疗;碳酸钠俗名纯碱,是重要的工业原料,主要由侯氏制碱法生产。

NH₃(g) H2O(l) CO₂(g)——→NH4HCO₃(aq)

NH4HCO₃(aq) NaCl(s)——→NH4Cl(aq) NaHCO₃(s)

2NaHCO₃(s)—△→Na2CO₃(s) H2O(l) CO₂↑(g)

碱金属有机金属

碱金属的有机金属化合物在有机合成上有重要应用,以下对常见物种简要介绍其中

烃(烷)基锂

烃基锂中存在桥键(LI-C-Li),以四聚体的形式存在,烃基锂中碳-锂键具有共价键的特征,其中丁基锂具有挥发性,并能进行减压蒸馏就是一个例子。 烃基锂是强亲核试剂,亲核能力优于格氏试剂,能引发后者的所有加成反应,并有更高的产率,但立体选择性差;烃基锂位阻小,反应时受空间效应的影响小,因此可用烃基锂合成位阻较大的醇,此外,烃基锂与铜(Ⅰ)卤化物可形成二烃基铜锂,在有机合成上也有重要应用。烃基锂容易与水反应,制备时要彻底干燥。

炔基钠

1-炔烃可与钠在液氨中生成炔基钠,炔基钠是亲核试剂,可与卤代烃反应备制炔的衍生物或增长碳链,此外,也可以与酰卤反应备制炔基酮,但在有机合成中应用较少,其替代品为炔基铜(Ⅰ)化合物。

碱金属氧化物

碱金属单质与氧气能生成各种复杂的氧化物。

正常氧化物

碱金属中,只有锂可以直接生成氧化物,其它碱金属单质的氧化物可以被继续氧化

4Li(s) O₂(g)——→2Li2O(s)

碱金属的正常氧化物是反磁性物质,都能与水反应生成对应的氢氧化物

M2O(s) H2O(l)——→MOH(aq)

碱金属正常氧化物的相关性质见下,取自《无机化学(第五版)》,2008 .383

单位均为标准热力学单位

类别

氧化锂

氧化钠

氧化钾

氧化铷

氧化铯

颜色

淡黄

亮黄

橙红

熔点/K

1743.15

1093.15

~523.15(分解)

~573.15(分解)

~663.15(分解)

标准摩尔生成焓

-597.9

-414.22

-361.5

-339

-345.77

过氧化物

所有碱金属都能形成过氧化物,除锂外,其它碱金属可以直接化合得到过氧化物,碱金属的过氧化物呈淡黄色

2M(s) O₂(g)——→M2O₂(s)

过氧化物中的氧元素以过氧阴离子的形式存在,过氧根离子的键级为1。过氧化物是强碱(质子碱),能与水反应生成碱性更弱的氢氧化物和过氧化氢,由于反应大量放热,生成的过氧化氢会迅速分解产生氧气。

2M2O₂(s) 2H2O(l)——→4MOH(aq) O₂(aq)

2H2O₂(aq)——→2H2O(l) O₂(g)

过氧化物可与酸性氧化物反应生成对应的正盐,若与之反应的酸性氧化物有较强还原性,则有被氧化的可能

2M2O₂(s) 2CO₂(g)——→2M2CO₃(s) O₂(g)

M2O₂(s) SO₂(g)——→2M2SO₄(s)

过氧化物在熔融状态下可与某些铂系元素形成含氧酸盐

Ru(s) 3M2O₂(l)——→M2RuO₄(s) 2M2O(l)

过氧化物中常见的是过氧化钠(Na2O₂)和过氧化钾(K2O₂),它们可用于漂白,熔矿,生氧。

超氧化物

除锂外,所有碱金属元素都有对应的超氧化物,钾、铷、铯能在空气中直接化合得到超氧化物,超氧化钾为淡黄~橙黄色,超氧化铷为棕色,超氧化铯为深黄色。

M(s) O₂(g)——→MO₂(s)

超氧化物中存在超氧离子,分子轨道表明超氧离子存在一个σ键和一个3电子π键,键级为3/2,有顺磁性。

超氧化物能与水反应生成对应氢氧化物,氧气和过氧化氢,反应大量放热,过氧化氢分解

2MO₂(s) 2H2O(l)——→2MOH(aq) H2O₂(l) O₂(g)

2H2O₂(aq)——→2H2O(l) O₂(g)

超氧化物能与酸性氧化物反应,类似过氧化物,其中,超氧化钾与二氧化碳的反应被应用于急救空气背包中

4MO₂(s) 2CO₂(g)——→2M2CO₃(s) 3O₂(g)

超氧化钾是最为常见的超氧化物

臭氧化物

除锂外,干燥的碱金属氢氧化物固体与臭氧(O₃)反应,产物在液氨中重结晶可得到臭氧化物晶体

6MOH(s) 4O₃(g)——→4MO₃(s) 2MOH·H2O(s) O₂(g)

臭氧化物在放置过程中缓慢分解

2MO₃(s)——→2MO₂(s) O₂(g)

臭氧化物中存在臭氧离子,V型结构,键级为1/3,极不稳定,具有顺磁性

臭氧化物的其他性质与超氧化物类似,不再赘述。

碱金属氢化物

碱金属单质在氢气流中加热就可获得对应的氢化物

2M(s) H₂(g)——→2MH(s)

碱金属氢化物中以氢化锂(LiH)最为稳定,850℃分解

碱金属氢化物属于离子型氢化物,熔沸点高,晶体结构为氯化钠型,碱金属氢化物中存在氢负离子,电解溶于氯化锂的氢化锂可以在阳极得到氢气,这可以证明氢负离子的存在。

碱金属氢化物与水剧烈反应放出氢气

MH(s) H2O(l)——→MOH(aq) H₂(g)

碱金属氢氧化物

碱金属元素的氢氧化物常温下为白色固体,易溶于水,溶于水放出大量热,在空气中会发生潮解并吸收酸性气体;碱金属氢氧化物都属于强碱,在水中完全电离。

2MOH(s) CO₂(g)——→M2CO₃(s) H2O(l)

2MOH(aq) 2Al(s) 2H2O(l)——→2MAlO₂(aq) 3H₂(g)

2MOH(aq) Al2O₃(s)——→2MAlO₂(aq) H2O(l)

3MOH(aq) FeCl₃(aq)——→Fe(OH)₃(s) 3MCl(l)

碱金属氢氧化物中以氢氧化钠和氢氧化钾最为常见,可用作干燥剂。

碱金属螯合物

冠醚络合物

冠醚的中央存在一个特定大小的空腔,可与碱金属离子络合形成络合物,常见的有

锂离子:12-冠-4

钠离子:15-冠-5

钾离子:18-冠-6

钾离子与&amp穴醚络合物

碱金属离子也可与穴醚络合,生成的络合物比冠醚络合物稳定,常见的有

钾离子:[2.2.2]穴醚

应用

·表面活性剂(surfactant

·相转移催化剂(Phase transfer catatysisPTC)

·分离对应的碱金属离子

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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