讲义四 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na[alsi3o8]、钾长石k[alsi3o8]、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取。①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。②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 + 3co2kf + cac2 ====caf2 + 2k + 2c③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。④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 + 2n22mn3 == 2m + 3n2 m = na、k、rb、cs铷、铯常用这种方法制备：2rbn3 === 2rb + 3n22csn3 === 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。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（77.2﹪k和22.8﹪na，熔点260.7k）和钠汞齐（熔点236.2k），前者由于具有较高的比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。