堿金屬在過量的空氣中燃燒時,生成不同類型的氧化物,如鋰生成氧化鋰Li2O,鈉生成過氧化鈉Na2O2,而鉀、銣、銫則生成超氧化物KO2、RbO2、CsO2.堿土金屬一般生成普通氧化物MO,鋇可以形成過氧化物BaO2.見表12-11.
1、正常氧化物
堿金屬中的鋰和所有堿土金屬在空氣中燃燒時,生成正常氧化物Li20和MO.其他堿金屬的正常氧化物是用金屬與它們的過氧化物或硝酸鹽作用得到的。例如:
Na202+2Na→2Na20
2KNO3+10K→6K2O+N2
堿土金屬的碳酸鹽、硝酸鹽等熱分解也能得到氧化物MO.
堿金屬氧化物與水化合生成堿性氫氧化物MOH.LisO與水反應很慢,Rb2O和Cs20與水發(fā)生劇烈反應,甚至爆炸。
堿土金屬的氧化物都是難溶于水的白色粉末。BeO幾乎不與水反應,MgO與水緩慢反應生成相應的堿。CaO,SrO,BaO遇水都能發(fā)生劇烈反應生成相應的堿,并放出大量的熱。
BeO和MgO可作耐高溫材料和高溫陶瓷,生石灰(CaO)是重要的建筑材料。
2、過氧化物
除鈹和鎂外,所有堿金屬和堿土金屬都能分別形成相應的過氧化物M2O2和MO2,其中只有鈉和鋇的過氧化物可由金屬在空氣巾燃燒直接得到。
過氧化鈉Na2O2是最常見的堿金屬過氧化物。將金屬鈉在鋁制容器加熱到300℃,并通人不含二氧化碳的干空氣,得到淡黃色的顆粒狀的Na2O2粉末。
過氧化鈉與水或稀硫酸在室溫下反應生成過氧化氫:
1)水解:Na2O2+2H2O=H2O2+2NaOH
2)酸解:Na2O2+H2SO4=H2O2+Na2SO4
過氧化鈉與二氧化碳反應,放出氧氣:
3)Na2O2+CO2==Na2CO3+O2(供氧劑和CO2吸收劑)。
4MO2+2CO2=2M2CO3+3O2
因此,Na2O2可以用來作為氧氣發(fā)生劑,用于高空飛行和水下工作時的供氧劑和二氧化碳吸收劑。Na2O2是一種強氧化劑,工業(yè)上用作漂白劑。Na2O2,在熔融時幾乎不分解,但遇到棉花、木炭或鋁粉等還原性物質時,就會發(fā)生爆炸,使用Na2O2時應當注意安全。Na2O2在遇到像KMnO4這樣的強氧化劑時也表現(xiàn)出還原性,即Na2O2被氧化放出氧氣。
3、超氧化物
除了鋰、鈹、鎂外,堿金屬和堿土金屬都能分別形成超氧化物MO2和M(02)2.其中,鉀、銣、銫在空氣中燃燒能直接生成超氧化物MO2.一般說來,金屬性很強的元素容易形成含氧較多的氧化物,因此鉀、銣、銫易生成超氧化物。
超氧化物與水反應立即產生氧氣和過氧化氫。例如:
2K02+2H20==2KOH+H202+02
因此,超氧化物也是強氧化劑。超氧化鉀與二氧化碳作用放出氧氣:
4K02+2C02-2K2CO3+302
K02較易制備,常用于急救器和消防隊員的空氣背包中,利用上述反應除去呼出的CO2和濕氣并提供氧氣。