9堿金屬堿土金屬

Cl2陰極2H++2e—==AUTOTEXT=>\＊MERGEFORMATH2總反應:2NaCl＋2H2O電解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑電解陰極區(qū)得到的NaOH溶液只有10%～11%，還含有一定量的NaCl。蒸發(fā)此溶液，在蒸發(fā)過程中，NaCl結晶析出，NaOH的濃度逐漸增大。當NaOH濃度達到50%時，NaCl僅存0.91％，這種濃堿液可直接供應市場。若進一步蒸發(fā)、濃縮到95％以上,冷卻即得固體燒堿。離子膜法是目前新興的制堿方法，此法具有耗能低、產(chǎn)品質量好,對環(huán)境無汞污染和石棉污染等特點，現(xiàn)正推廣使用。9。2。5鈉鹽和鉀鹽在無機鹽中，鈉鹽和鉀鹽是最為常見的鹽.常見陰離子構成的鹽如鹵化物、硫化物、硫酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽等都包括鈉鹽和鉀鹽。這里主要介紹它們的一些共性，并簡單介紹幾種重要的鹽。1.堿金屬鹽類的通性(1）晶體類型絕大多數(shù)堿金屬鹽的晶體屬于離子晶體，堿金屬中由于Li+半徑很小，極化力較強，它的某些鹽如鹵化物表現(xiàn)出不同程度的共價性。它們具有較高的熔點和沸點.常溫下是固體，熔化時能導電，在水中完全離解.（2）顏色堿金屬離子都是無色的，只要陰離子是無色的，它們的化合物一般都是無色或白色的(少數(shù)氧化物除外)；若陰離子是有色的，則它們的化合物一般常顯陰離子的顏色.如CrO42-是黃色的，K2CrO4也為黃色；MnO4-是紫紅色的,KMnO4也為紫紅色.（3）熱穩(wěn)定性堿金屬鹽一般具有較高的熱穩(wěn)定性。唯有其硝酸鹽的熱穩(wěn)定性差，加熱易分解。例如：4LiNO3650℃2Li2O＋4NO2↑＋O26502NaNO3830℃2NaNO2＋O28302KNO3630℃2KNO2＋O2630（4）溶解度堿金屬的鹽類一般都易溶于水，僅有少數(shù)難溶。一類是部分鋰鹽如LiF、Li2CO3、Li3PO4等;另一類是K+、Rb+、Cs+（以及NH4+)同某些較大陰離子所形成的鹽,例如高氯酸鉀KClO4、四苯硼酸鉀K[B（C6H5)4］、六氯鉑酸鉀K2[PtCl6］等；此外還有醋酸鈾酰鋅鈉NaAc·Zn（Ac）2·3UO2（Ac）2·9H2O、銻酸二氫鈉NaH2SbO4等。2.某些重要的鹽碳酸鈉Na2CO3碳酸鈉有無水和一水、七水、十水結晶水合物，常見工業(yè)品不含結晶水，為白色粉末，又稱純堿、堿面或蘇打，是基本化工產(chǎn)品之一.純堿是“三酸兩堿”中的兩堿之一，它的堿性來自水解作用，Na2CO3溶于水并能強烈水解，其飽和狀態(tài)（質量分數(shù)約為20%）的pH達到12。工業(yè)上常用氨堿法或聯(lián)合制堿法制取Na2CO3。氨堿法又稱蘇爾維(ESolvay，比利時化學家)法,生產(chǎn)時先向飽和食鹽水中通入氨氣至飽和,再通入CO2，生成的NH4HCO3立即與NaCl發(fā)生復分解反應,析出溶解度小的NaHCO3：NH3＋CO2＋H2O==NH4HCO3NH4HCO3＋NaCl==NaHCO3↓＋NH4Cl濾出NaHCO3，經(jīng)焙燒分解既得Na2CO3：2NaHCO3200℃Na2CO3+CO2↑+H2O200母液中含有大量NH4Cl，加入石灰水按下式置換出NH3，再返回循環(huán)使用：2NH4Cl＋Ca(OH)2==CaCl2＋2NH3↑＋2H2O此法的優(yōu)點是原料經(jīng)濟，能連續(xù)生產(chǎn),副產(chǎn)物NH3和CO2可循環(huán)使用.缺點是大量的CaCl2用途不大，致使NaCl隨之損耗，食鹽利用率不高(僅70％)。聯(lián)合制堿法（又稱侯氏制堿法）它是由我國著名化工專家侯德榜在蘇爾維法的基礎上做了重大改進，于20世紀40年代研究成功的.此法將合成氨和制堿聯(lián)合在一起,所以稱為聯(lián)合制堿法。他利用NH4Cl在低溫時的溶解度比NaCl小的特性,于510℃下往母液中加入NaCl粉末,產(chǎn)生同離子效應，使NH4Cl結晶析出，剩余的NaCl溶液返回使用。這樣做不僅提高了NaCl的使用率（達91%），得到的NH4Cl可做氮肥，同時可利用合成氨廠的廢氣CO2，且不生成無用的CaCl2廢液,收到綜合利用的效果。工業(yè)Na2CO3中含有SO42—、Cl—、Ca2+、Mg2+、Fe3+等雜質，可利用水解、沉淀和重結晶方法分離除去.向熱的Na2CO3溶液中加入適量的NaOH，陽離子雜質轉化為沉淀CaCO3、Mg（OH)2、Fe（OH）3而過濾除去，母液中的SO42-、Cl-在重結晶的過程中除去。母液經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、析出晶體Na2CO3·H2O，再經(jīng)焙燒脫水,得到純凈的Na2CO3。氯化鈉NaCl是生命的物質基礎，也是重要的化工原料，主要用于生產(chǎn)燒堿、氯氣、鹽酸和金屬鈉。NaCl廣泛存在于海洋、鹽湖和鹽巖中。發(fā)達國家多以鹽水的形式直接供應化學工業(yè)。我國采用鹵水曝曬或鹽巖開采方法，得到固體食鹽后再使用.純凈的NaCl不潮解，粗鹽中含有MgCl2和CaCl2而有吸潮現(xiàn)象。NaCl的溶解度隨溫度的變化不大，因此不能用冷卻結晶的方法提純NaCl，工業(yè)上采用重結晶法精制NaCl。粗鹽中常含有SO42—、Ca2+、Mg2+、Fe3+、K+等雜質,依次加入適量的BaCl2、Na2CO3和NaOH使其沉淀析出，得到精鹽。碳酸氫鈉NaHCO3又稱小蘇打、重碳酸鈉或焙堿,加熱至65℃便分解失去CO2，是食品業(yè)常用的膨化劑。NaHCO3溶液中存在著水解和離解的雙重平衡,溶液顯弱堿性。9.3堿土金屬9.3。1堿土金屬是周期表的ⅡA族、s區(qū)元素，其原子的價電子構型為ns2。堿土金屬包括鈹、鎂、鈣、鍶、鋇和鐳6種元素，由于鈣、鍶、鋇的氧化物在性質上介于“堿性的"堿金屬氧化物和“土性的”難溶的Al2O3之間,因此稱為堿土金屬。習慣上把鈹、鎂也包括在內(nèi)，鈹屬于較稀有金屬，鐳是放射性元素。堿土金屬元素的相關性質見表9-3:表9—3堿土金屬的性質Be/鈹Mg/鎂Ca/鈣Sr/鍶Ba/鋇原子序數(shù)412203856價電子層構型2s23s24s25s26s2金屬半徑rmet/pm110160197215217離子半徑rion/pm316599113135氧化值+2+2+2+2+2電負性1.51。21.01。00。9電離能I/kJ·mol-1899.4737.9589。8549。5502。9電極電勢(M2+/M）/V-1.85-2。37—2.87-2。89-2。90密度/g·cm—31。851.741，552.633.62熔點tm/℃1288647838768727沸點tb/℃25021105149413811851硬度（金剛石=10）42。01。51.8—堿土金屬和堿金屬的性質大致相似，但也有一些不同之處：1。堿土金屬的價電子層構型為ns2。和同周期的堿金屬元素相比，價電子多一個，原子半徑較小，金屬鍵較強，單質的密度、硬度、熔點、沸點也相對較高。2。同周期堿土金屬的活潑性低于堿金屬。因為堿土金屬的原子半徑小于同周期堿金屬的原子半徑，核對電子的吸引力較強,金屬的活潑性較低.在IIA族中,隨著原子半徑的增大,活潑性依次遞增。3。堿土金屬和堿金屬一樣，也能形成離子型氫化物，且熱穩(wěn)定性要高一些。堿土金屬氫化物中CaH2最穩(wěn)定，分解溫度約為1000℃4.堿土金屬的鹽類大多是難溶的，且熱穩(wěn)定性相對較低，受熱易分解.5.金屬鈣、鍶、鋇及它們揮發(fā)性的鹽在灼熱時能發(fā)出特征的顏色。鈣能發(fā)出磚紅色光芒、鍶為艷紅色、鋇為綠色.堿土金屬在自然界的存在相當豐富，用途也很廣泛.鈹?shù)闹饕V物為綠柱石3BeO·Al2O3·6SiO2.鎂在自然界的豐度居第八位，海水中含鎂量達0。13%，陸地上含鎂礦石主要有白云石MgCO3·CaCO3、菱鎂礦MgCO3和光鹵石2KCl·MgCl2·6H2O.鈣、鍶、鋇多以難溶的碳酸鹽或硫酸鹽存在,如方解石CaCO3、天青石SrSO4、重晶石BaSO4等。9.3堿土金屬和堿金屬不同，在空氣中燃燒時，只能得到正常的氧化物，只有Ba在高壓氧中燃燒能夠得到BaO2。與堿金屬氧化物不同，堿土金屬氧化物受熱難于分解，它們都是難溶的白色粉末.由于氧化鎂、氧化鈹?shù)娜埸c很高（MgO2825℃，BeO2508℃）氧化鈣CaO又名石灰、生石灰,由自然界的大理石、方解石、石灰石等礦石高溫煅燒而得：CaCO3高溫CaO＋CO2↑高溫石灰廣泛用于建筑、筑路和生產(chǎn)水泥,在冶金工業(yè)上，石灰用作溶劑，去除鋼中多余的P、S和Si。此外，石灰還廣泛用于造紙、食品工業(yè)和水處理等方面。CaO遇水劇烈反應，生成Ca(OH）2并放出大量的熱，這一過程稱為石灰的熟化或消化，所得Ca（OH）2俗稱熟石灰或消石灰。堿土金屬的氫氧化物同堿金屬一樣,都是白色固體,容易潮解，在空氣中易與CO2反應生成碳酸鹽.堿土金屬氫氧化物的溶解度比堿金屬氫氧化物小的多。其中Be(OH)2、Mg（OH)2是難溶的氫氧化物.由Be(OH)2到Ba(OH）2溶解度依次增大。堿土金屬的氫氧化物中，以Ca（OH）2最為常見，Ca（OH)2在水中溶解度不大,其飽和溶液即石灰水,通常使用的是Ca(OH)2在水中的懸浮液或漿狀物稱作石灰乳,被大量用在建筑業(yè)中。含氧酸、氫氧化物都可以用簡化通式R-O—H表示。在水中有兩種離解方式：R—O—HR+＋OH—堿式離解R—O—HRO-＋H+酸式離解ROH的酸堿性取決于它的離解方式,而這又與R的電荷數(shù)z和半徑r的比值=z/r（稱為“離子勢")有關。若R離子的電荷數(shù)少，離子半徑大，即值較小時，則R和O原子之間的作用力小于O原子與氫原子之間的作用力，ROH傾向于堿式電離，ROH溶液呈堿性;反之，若若R離子的電荷數(shù)多,離子半徑小，即值較大時，R和O原子之間的作用力大于O原子與氫原子之間的作用力,ROH發(fā)生酸式電離，ROH溶液呈酸性.判斷R（OH）n酸堿性的經(jīng)驗公式如下(R的半徑以pm為單位）：＜0.22R(OH）n顯堿性0。22＜＜0。32R（OH)n顯兩性＞0。32R（OH)n顯酸性在周期表同一周期中，自左至右，R離子的電荷依次增多，r依次減小,故值趨于增大,氫氧化物堿性逐漸減弱，酸性逐漸增強。堿土金屬與同周期堿金屬相比，離子的電荷多,半徑小，值相對較大，它們的氫氧化物的堿性比相鄰的堿金屬弱.在同一主族中，自上而下，R離子的電荷不變，r依次增大，故值趨于減小。氫氧化物堿性逐漸增大，酸性逐漸減弱。堿土金屬族中，Li(OH）2呈兩性,Mg（OH）2是中強堿，Ca(OH)2、Sr（OH)2、Ba（OH）2都屬于強堿,變化非常明顯。9。31。堿土金屬鹽類的通性（1)晶體類型多數(shù)堿土金屬鹽為離子晶體，具有較高的熔點.只有Be2+半徑小，電荷較多，極化力較強,當它與易變形的陰離子如Cl-、Br-、I-結合時，其化合物已過渡為共價化合物。（2）熱穩(wěn)定性與堿金屬相比,堿土金屬含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性較差。堿土金屬的碳酸鹽在常溫下是穩(wěn)定的（BeCO3除外），在較高的溫度下，分解為相應的MO和CO2.(3）溶解度與堿金屬不同，堿土金屬的鹽大多難溶于水.除氯化物和硝酸鹽外，多數(shù)堿土金屬的鹽溶解度較小。在試劑生產(chǎn)中，常利用BaSO4的難溶性，除去物質中的雜質SO42—。2。重要的堿土金屬鹽氯化鈣常見的鈣鹽之一，大量的氯化鈣來自蘇爾維法制堿的副產(chǎn)物。實驗室用石灰石和鹽酸反應制得.氯化鈣有無水物和二水、六水結晶水合物。無水CaCl2有強吸水性，是重要的干燥劑?？捎糜诟稍颒2、Cl2、O2、N2、CO2、H2S、HCl等氣體及醛、酮、醚等有機試劑。由于能與氨、乙醇形成CaCl2·4NH3、CaCl2·4C2H5OH等加合物,因此不能要來干燥氨和乙醇。CaCl2·2H2O常用作制冷劑，把它與冰混合，可獲得—55℃的低溫,如果用來融化公路上的積雪,效果比NaCl好（食鹽和冰的混合物只能達到-21鋇鹽BaCl2是最重要的可溶性鋇鹽。工業(yè)上通常將重晶石與炭一起焙燒，使之還原為BaS，再與鹽酸反應生成BaCl2：BaSO4＋2C△BaS＋2CO2↑△BaS＋2HCl==BaCl2＋H2S↑BaCl2和其它可溶性的鋇鹽都有毒。BaSO4是唯一無毒的鋇鹽，在胃腸道內(nèi)無吸收，能阻止具有X射線通過，醫(yī)療上用作“鋇餐”造影，生產(chǎn)這種BaSO4時，一定要將可溶的BaCl2徹底洗掉。硫酸鈣硫酸鈣的二水合物CaSO4·2H2O叫石膏，加熱至120℃左右,部分失水成為CaSO4·H2O叫燒石膏：CaSO4·2H2O==CaSO4·H2O＋1H2O燒石膏粉末與少量水混合，可逐漸膨脹硬化，因此可以用來鑄造模型。9.4鋰、鈹?shù)奶厥庑院蛯蔷€規(guī)則9.4鋰和鈹同屬元素周期表第二周期元素，它們分別是ⅠA和ⅡA主族元素的第一個元素（不考慮H）.這兩個元素的性質比較特殊，單質及化合物的性質與同族中其它元素的性質明顯不同，卻與周期表中各自右下方的元素在性質上非常相似.鋰及其化合物與其它堿金屬性質差異較大，與右下方鎂元素非常相似.例如:(1）鋰和鎂在過量的氧氣中燃燒，均不形成過氧化物，只生成正常氧化物Li2O和MgO；（2)LiOH和Mg（OH）2都是中強堿，在水中溶解度不大，受熱時分解為Li2O和MgO。而同族的NaOH和KOH是強堿，對熱穩(wěn)定，易溶于水;（3）鋰、鎂的氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽等都難溶于水，而其它堿金屬相應的鹽都易溶于水;（4）Li2CO3、MgCO3受熱分解并放出CO2，而Na2CO3、K2CO3對熱穩(wěn)定；（5）硝酸鋰熱分解產(chǎn)物與硝酸鎂相似：4LiNO3==2Li2O＋4NO2↑＋O2↑2Mg(NO3）2==2MgO＋4NO2↑＋O2↑而硝酸鈉等加熱分解為相應的亞硝酸鹽和氧氣。2NaNO3==2NaNO2＋3O2↑鈹及其化合物與其它堿土金屬性質差異較大，與ⅢA族的鋁非常相似。即使赤熱也不與水反應;它也是兩性金屬，既溶于酸，也溶于強堿；Be(OH）2與Al(OH)3同樣是兩性氫氧化物;鈹和鋁的氧化物熔點高、硬度大；此外BeCl2和AlCl3一樣都是共價鹵化物，熔點低,易升華.9。4從鋰和鎂、鈹和鋁在周期表中的位置來看，它們是處于左上方和右下方的關系。這種在周期表中某一元素的性質和它右下方的另一元素相似的現(xiàn)象,稱為對角線規(guī)則。除了鋰和鎂、鈹和鋁外，ⅢA族的硼與ⅣA族的硅,也存在著這種對角相似關系：對角線規(guī)則是經(jīng)驗的總結,可以用離子極化觀點簡單的進行解釋.以Be為例：Be2+的離子半徑小，并且具有2電子結構,極化力比Mg2+大；Al3+的電荷比Mg2+多而半徑小，它的極化力和Be2+相近，因此在某些性質上顯示出相似性。9.5應用9。5。1鋰電池鋰是當前高能電池理想的負極活性物質，在金屬元素中，鋰元素具有最小的密度和最大的電負性,因而具有最高的比能量(比能量是指單位質量或單位體積的電池所輸出的能量，分別以W·h·kg—1和W·h·L-1表示）和比功率（比功率是指單位質量或單位體積的電池所輸出的功率，分別以W·kg-1和W·L-1），同時鋰電池具有使用壽命長、質量輕、放電電壓穩(wěn)定、綠色環(huán)保等特點，因而廣泛應用于飛機、導彈點火系統(tǒng)、電子手表、計算器、錄音機、心臟起搏器等方面。由于鋰金屬十分活潑，遇水會劇烈反應生成LiOH,甚至燃燒或爆炸，所以通常采用有機溶劑或非水無機溶劑電解液制成鋰非水電池、用熔融鹽制成鋰熔融鹽電池和用固體電解質制成鋰固體電解質電池。常用的有機溶劑有四氫呋喃、乙腈、二甲基甲酰胺等等，LiClO4、LiAlCl4、LiBr等作支持電解質，非水無機溶劑則有SOCl2、SO2Cl2、POCl3等，也可兼做正極活性物質。各種鋰電池的負極大致相同，把鋰片壓在焊有導電引線的鎳網(wǎng)上或其他金屬網(wǎng)上，采用小孔徑的隔膜與陽極隔開.正極活性物質可采用SO2、SOCl2、SO2Cl2、V2O5、CuS、FeS、CuO等等.通過表9-4對鋰電池與其它電池的性能進行比較：表9—4鋰電池與其它電池性能比較電池比能量/(W·h·kg—1)比功率/（W·kg-1）開路電壓/V工作溫度/℃Li/SO23301102。9—40～+705～10Li/SOCl25505503，7-60～+755～10Zn/MnO266551。5—10～+551Zn/HgO99111。35—30～+70>2Li/SO2電池是鋰一次電池中放電電壓非常穩(wěn)定的一種，它在電量用盡前的電壓接近穩(wěn)定電源的水平。電池符號為：（－）Li|LiBr｜｜乙腈｜SO2,C（+）。該電池中以多孔的碳和SO2作正極，以SO2、乙腈和可溶性LiBr組成非水電解質,電池反應為：2Li+2SO2Li2SLi/SOCl2電池是目前世界上實際應用的鋰電池系列中比能量（(W·h·kg—1）最高的一種電池，電池符號為:(—）Li/LiAlCl4，SOCl2/C（+）。電池中以多孔碳作正極,SOCl2既是溶劑，又是正極活性物質，電池反應為:4Li＋2SOCl24LiCl＋S＋Li與S在高溫下會發(fā)生反應（放熱）,引發(fā)事故，因此使用時應注意避免短路、過度放電，電池儲存溫度不宜過高。9.5.2鋰離子電池人們對鋰電池的最初開發(fā)是在上世紀六十年代,但由于鋰反應時的安全性不易控制,尤其是在反復的充放電中累積的高活性粉狀鋰單質能引起短路等嚴重問題，因此以上所提鋰電池均為一次性電池.1990年,日本索尼公司成功研發(fā)出二次鋰離子電池，鋰離子電池以自身的諸多優(yōu)點在商業(yè)上得到了廣泛的應用.鋰離子電池是把鋰離子嵌入碳（石油焦炭和石墨)中形成負極（傳統(tǒng)鋰電池用鋰金屬或鋰合金作負極）.正極材料常用LixCoO2,也用LixNiO2和LixMnO4，電解液用LiPF6+二乙烯碳酸酯（EC)+二甲基碳酸酯（DMC）.石油焦炭和石墨作負極材料無毒，且資源充足，鋰離子嵌入碳中,克服了鋰的高活性，解決了傳統(tǒng)鋰電池存在的安全問題，正極LixCoO2在充放電性能和壽命上均能達到較高水品，使成本降低,總之鋰離子電池的綜合性能提高了.鋰離子電池也以自身的良好性能迅速的占有了市場.鋰離子二次電池充放電時的反應式為：LiCoO2＋C放電充電Li1－xCoO2＋Lix放電充電9。5天然水中所溶的礦物質成分比較多，尤其是鈣鹽和鎂鹽。這種水并不會對人體健康造成直接的危害,但是會給生活帶來很多麻煩，比如煮水器具結水垢、肥皂和清潔劑的洗滌效率減低等等，我們稱這種含有較多鈣鹽或鎂鹽的水為硬水。一般硬水可以飲用，并且由于Ca（HCO3）2的存在，味道非常醇厚,但是不易用于蒸汽動力工業(yè),它會使鍋爐內(nèi)壁形成積垢,不利于熱量的傳輸、降低工業(yè)上熱量的利用率，嚴重時由于受熱不均甚至會引起鍋爐爆炸,造成人員、財產(chǎn)損失。在精細化工、紡織、印染、醫(yī)藥等行業(yè)往往需要高純度的水，因此硬水在使用前必須經(jīng)過軟化甚至純化或凈化。天然水中鈣、鎂的含量常用硬度來表示，我國規(guī)定的硬度標準為：1L水中所含的鈣鹽、鎂鹽折合成CaO和MgO的總量相當于10mgCaO時,其硬度為1°。水的硬度是水質的一項重要指標，通常分為以下五等：0°4°4°8°8°16°16°30°＞30°很軟水軟水中硬水硬水很硬水按照鈣鹽和鎂鹽中陰離子的不同，水的硬度又可以分為暫時硬度和永久硬度，水的暫時硬度是由水中存在Ca(HCO3）2或Mg(HCO3）2引起的，這種水經(jīng)過煮沸后，會發(fā)生下列反應：Ca（HCO3)2△CaCO3↓＋CO2↑＋H2O△Mg（HCO3）2△MgCO3↓＋CO2↑＋H2O△水中所含的Ca（HCO3）2、Mg(HCO3)2受熱分解為不溶于水的CaCO3沉淀和MgCO3沉淀。這些沉淀析出后，水的硬度就會降低，從而使硬度較高的水得到軟化。水的永久硬度是由水中含有鈣、鎂的硫酸鹽或氯化物引起的,永久硬度不能用加熱的方法軟化，這種水稱為永久硬水。硬水的軟化和純水制備常用以下幾種方法：（1）藥劑軟化法硬水軟化最簡單的辦法就是在水中加入純堿Na2CO3,Na2CO3能與Ca2+生成CaCO3沉淀,若需除掉Mg2+，還往往需要加入石灰：Ca2+＋CO32-AUTOTEXT=〉\＊MERGEFORMAT==CaCO3↓2Mg2+＋CO32-＋2OH—==Mg2（OH)2CO3↓也可在硬水中加入磷酸或磷酸氫鈉等沉淀劑,以除去硬水成分，降低水的硬度。（2)離子交換法離子交換是一種特殊的固體吸附過程。一般常用的離子交換劑是一種不溶于水的固體顆粒狀物質，即離子交換樹脂。它是一種有機高分子化合物，上面有許多孔隙。從分子結構上來說，離子交換樹脂主要分為兩個組成部分：一部分是不能移動的高分子基團，構成了樹脂的骨架;另一部分是可移動的離子,構成了樹脂的活性基團，用來交換溶液中的陽離子或陰離子.按照所交換離子的種類,又有陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂之分.離子交換的過程就是離子交換樹脂從電解質溶液中吸取某種陽離子或者陰離子，而把自身所含的另外一種帶相同電荷的離子等量釋放到溶液中。如磺酸型強酸性陽離子交換樹脂的分子式為R－SO3-H+（R代表樹脂的骨架）,當需要凈化的水流經(jīng)這種樹脂時,水中的陽離子如Ca2+、Mg2+、Na+、K+會被樹脂吸附與H+交換，交換下來的H+進入到水中：R－SO3-H+＋Na+R－SO3—Na+＋H+又如季銨型強堿性陰離子交換樹脂（R4N）+OH-,當需要凈化的水流經(jīng)這種樹脂時，水中的陰離子如Cl-、SO42—、NO3-將會被被樹脂吸附而與OH-交換，交換下來的OH-進入到水中：（R4N)+OH—+Cl-（R4N）+Cl—+OH—進入到水中的OH-與H+結合成H2O。工業(yè)上常把兩種樹脂分裝在兩個交換柱中串聯(lián)使用,這種將陽床和陰床串聯(lián)組成的設備稱為“復床”。一般先將水經(jīng)過陽床除去金屬離子,形成酸性水，然后通過陰床除去酸根離子。通過復床的水可除去大部分的可溶無機鹽.也可將兩種樹脂按一定比例混裝在同一交換柱中，組成混合離子交換器，工業(yè)上簡稱混床.運行前將它們混合均勻。被處理水通過混床時，所產(chǎn)生的H+和OH—立即生成解離度很低的水，很少形成陽離子或陰離子交換時的反離子，可以使交換反應進行的更加徹底，故水質比復床更好，其純凈度很高.離子交換反應是可逆反應,離子交換柱運行一段時間后會達到飽和狀態(tài),凈水效果降低，此時可將飽和后的樹脂用酸或堿處理，予以再生。如:R－SO3—Na+＋H+再生交換R－SO3-H+＋Na再生交換（R4N）+Cl—+OH-再生交換（R4N)+OH-+Cl再生交換離子交換樹脂除用在水的凈化方面,同時在濕法冶金、環(huán)境保護、衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、科研等方面也有著廣泛的用途。(3)電滲析法電滲析法是指將樹脂制成陰、陽離子交換膜，在外加電場的作用下，利用膜對溶液中離子的選擇性使雜質分離的方法。其工作原理與前述生產(chǎn)NaOH的離子膜法相似，裝置見圖9-3。圖9-3電滲析法從水中脫鹽示意圖圖9-3電滲析法從水中脫鹽示意圖由圖9-3可見，電滲析器由陰膜、陽膜分隔成許多小隔間,鹽中的陰陽離子在直流電場作用下分別向相反方向的電極移動.如果在一個隔間中插入陰、陽離子交換膜各一個，由于離子交換膜具有選擇透過性，即陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，陰離子交換膜只允許陰離子以通過，這樣在兩個膜的中間隔室中,鹽的濃度就會因為離子的定向遷移而降低，而靠近電極的兩個隔室則分別為陰、陽離子的濃縮室,最后在中間的淡化室內(nèi)達到脫鹽的目的。水的凈化常按照藥劑軟化法—電滲析法—離子交換法順序聯(lián)合使用，不僅能延長離子交換樹脂的使用周期，降低純凈水的成本,而且制得的水純度也很高。

主族金屬元素（一）堿金屬和堿土金屬化學元素的自然資源地殼中元素的分布和存在類型、提取和利用主族金屬元素（一）堿金屬和堿土金屬化學元素的自然資源地殼中元素的分布和存在類型、提取和利用在周期表中某一元素的性質和它右下方或左上方的另一元素相似的現(xiàn)象。突出表現(xiàn)在鋰和鎂，鈹和鋁，硼和硅三對元素。對角線規(guī)則堿金屬白色離子型化合物，氫以H-形式存在；不穩(wěn)定，受熱易分解，生成H2和堿金屬。氫化物銀白色，質軟似蠟，易切割，密閉保存；單質Na采用電解熔融NaCl法制備，單質K采用置換法制備鈉和鉀氧化物：Li2O，Na2O2，KO2堿金屬氧化物白色固體，易潮解和吸收CO2，易溶于水，僅LiOH的溶解度較??；堿性強弱：LiOH＜NaOH＜KOH＜RbOH＜CsOH；NaOH強堿性，可以與部分兩性金屬及氧化物反應；NaOH制備：苛化法，水銀電解法，隔膜電解法，離子膜法氫氧化物堿金屬鹽1.絕大多數(shù)堿金屬鹽是離子晶體；2.堿金屬離子無色，若陰離子是有色，則晶體顯示陰離子顏色；3.除硝酸鹽外，其他堿金屬鹽具有較高熱穩(wěn)定性；4.大多數(shù)堿金屬鹽易溶，少數(shù)難溶。幾種重要的鹽：Na2CO3、NaCl、NaHCO3堿土金屬氧化物CaO、MgO、BaO2判斷R(OH)n酸堿性的經(jīng)驗公式：＜0.22顯堿性；0.22＜＜0.32顯兩性；＞0.32顯酸性氫氧化物堿土金屬鹽大多為離子晶體、難溶于水，常溫下穩(wěn)定，高溫分解幾種重要的鹽：氯化鈣；硫酸鈣；鋇鹽應用硬水軟化和純水制備：離子交換法、藥劑軟化法、電滲析法鋰電池、鋰離子電池復習思考題9—1簡要說明堿金屬和堿土金屬的性質有哪些相同和不同之處.與同族元素相比,鋰、鈹有哪些特殊性？9-2Na2O2可作為潛水密閉艙中的供氧劑，這是根據(jù)它的什么特點？寫出有關反應式。9-3金屬Li、Na、Cs、Ca、Ba在過量氧氣中燃燒,各生成何種氧化物?9—4試用ROH規(guī)則，討論第3周期由Na至Cl各主族元素氧化物的水合物酸堿性的遞變規(guī)律.9—5什么叫對角線規(guī)則？引起Li～Mg、Be～Al、B～Si三對元素性質上相似的原因是什么？9-6如何用離子勢概念說明堿金屬、堿土金屬氫氧化物的堿性是隨M+、M2+離子半徑增大而增強。9-7如何證明堿金屬氫化物中的氫是帶負電的組分？預測CaH2、LiH與水反應的產(chǎn)物。9-8試從熱力學觀點定性說明：為什么堿土金屬碳酸鹽隨著金屬元素原子序數(shù)的增加，分解溫度升高？9—9下列每對化合物中，哪一個在水中的溶解度可能更大些?（1)SrSO4與MgSO4(2)NaF與NaBF49-10解釋下列事實：(1）盡管鋰的電離能比銫大，但j?(Li+/Li)卻比j?(Cs+/Cs）的小。（2)LiCl能溶于有機溶劑，而NaCl卻不溶。（3)為什么電解熔融的NaCl時，常加入CaCl2？試從熱力學觀點出發(fā)加以解釋。(4）在+1價堿金屬陽離子中Li+有最大的水合能。（5)堿土金屬熔點比相應堿金屬高，硬度大。9-11鋰電池為什么具有很高的能量密度？該電池的電解液通常為何種溶劑？為什么？9—12配平下列化學反應方程式:(1）TiCl4＋Na（2）Na＋O2（3）Na2O2＋H2O（4）Na2O2＋CO2（5)Mg(OH)2＋NH4+（6）KO2＋H2O（7）BaSO4＋C△（8）△△9-13寫出下列物質的化學式：(1）石灰石、白云石、天青石、重晶石；（2）純堿、燒堿、鉀堿、焙堿；（3)蘇打、小蘇打；（4）生石灰、熟石灰；(5）生石膏、熟石膏。習題一、選擇題（將正確答案的標號填入括號內(nèi)）9.1下列元素中最可能形成共價化合物的是().（A）Ca；（B）Mg;（C)Na；(D）Li.9。2與堿土金屬相比,堿金屬表現(xiàn)出（）.（A）較大的硬度；(B）較高的熔點；(C）較小的離子半徑；（D)較低的電離能。9.3下列物質中溶解度最小的是(）。(A）Ba(OH)2；（B)Be（OH）2；(C）Sr(OH）2；（D）Ca（OH)2。9。4電解熔鹽是制備活潑金屬的一種重要方法。下列4種化合物中，不能用作熔鹽電解原料的是（）。（A）NaOH;(B）KCl;(C)CaSO4；(D）Al2O3.9。5下列四種堿金屬氫氧化物,堿性最強的是（）。(A）RbOH；（B）KOH；(C）NaOH；(D）LiOH。9.6在水中Li的還原性比Na強，這是因為（）。（A)Li的電離能比Na小；(B)Li的電負性比Na大；（C）Li的半徑比Na大；(D）Li+的水合能比Na+大。9.7常溫下，下列金屬不與水反應的是(）。(A)Na；（B)Rb；(C）Ca；（D)Mg。9.8Na2CO3溶液與CuSO4溶液反應，主要產(chǎn)物為（）.（A）CuCO3+CO2；(B）Cu（OH）2+CO2;（C)Cu2(OH）2CO3+CO2；（D)Cu(OH）2SO4+CO2.9。9下列哪種物質難溶于水（)。（A)MgSO4;(B）CaC2O4；（C）Rb2SO4；（D)Cs2SO4。9。10下列反應不能得到堿金屬的正常氧化物的是（）.（A）鋰在氧氣中燃燒；(B）銣在氧氣中燃燒；（C)過氧化鈉和鈉反應；(D)硝酸鉀和鉀反應。9。11下列關于堿土金屬氫氧化物的敘述正確的是（）。(A）堿土金屬的氫氧化物均難溶于水；（B）堿土金屬的氫氧化物均為強堿；（C）堿土金屬的氫氧化物的堿性由鈹?shù)戒^依次遞增;(D)堿土金屬的氫氧化物的堿性強于堿金屬.9.12下列各組元素性質相似的是（）。(A）Li和Mg；（B）Cr和Mn；（C)Cu和Ag；（D)Ag和Hg。9.13自然界中生產(chǎn)鍶鹽的主要原料是()。(A)光鹵石；（B）天青石；（C)方解石;(D）重晶石。9.14下列四種堿金屬氫氧化物的堿性最強的是（）。（A)RbOH；（B)KOH;(C）NaOH；（D）LiOH.9.15不是隔膜法電解NaCl溶液所得產(chǎn)物的是（）.（A)Cl2；（B)H2;（C）NaOH；