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碱金属和碱土金属的普通氧化物


实验室k / 2019-03-13

       碱金属与氧化合可以形成多种氧化物,普通氧化物M2O,过氧化物M2O2,超氧化物MO2和臭氧化物MO3。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,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,钙、锶、钡还可以形成过氧化物MO2和超氧化物MO4。

       在空气中燃烧时,只有锂生成氧化锂(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分别可以制得氧化钠(白色固体)和氧化钾(淡黄色固体):

Na2O2+2Na=2Na2O

2KNO3+10K=6K2O+N2

Rb2O为亮黄色,Cs2O为橙红色,氧化物的颜色依次加深。

       氧化物M2O与水化合而生成氢氧化物MOH:

M2O+H2O=2MOH

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。

       碱土金属在室温或加热下,能与氧气直接化合而生成氧化物MO,MO也可以从它们的碳酸盐或硝酸盐加热分解制得,例如:

CaCO3=(加热)CaO+CO2↑

2Sr(NO3)2=(高温)2SrO+4NO2↑+O2↑

       氧化钙与水反应而生成熟石灰并放出大量的热,熟石灰广泛应用在建筑工业上。

CaO+H2O=Ca(OH)2

碱土金属氧化物的水合热从Be到Ba依次增加。氧化钙的这种水合能力,常用来吸收酒精中的水分。在高温下氧化钙能同酸性氧化物SiO2作用:

CaO+SiO2=CaSiO3

       CaO与P2O5也有类似反应,这可用在炼钢中除去杂质磷。

       碱土金属氧化物都是白色固体。除BeO外,都是氯化钠晶格的离子型化合物。由于正、负离子都是带有两个电荷,而M-O的距离又较小,所以MO具有较大的晶格能,因此,它们的熔点和硬度都相当高。晶格中离子间距离越短,引力越大,硬度和熔点也越高。从Be到Ba,它们氧化物的硬度依次降低,熔点除BeO外也是依次下降。根据这种特性,氧化铍和氧化镁常用来制造耐火材料和金属陶瓷。

       碱土金属氧化物的性质见表17-4。

表17-4  碱土金属氧化物的性质

                   氧化物

性质                     

BeO MgO CaO SrO BaO
熔点/K 2803 3073 2849 2703 2196
硬度 9 6.5 4.5 3.8 3.3
离子间距离/pm 165 210 240 257 277
水合热/(kJ·mol-1) 14.2 40.6 66.5 81.6 103.4

 

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