【无机化学】碱金属和碱土金属的化合物：氧化物

一、普通氧化物

碱金属在空气中燃烧，只有锂生成普通氧化物LiO₂，钠生成过氧化物Na2O2，钾、铷、铯则生成超氧化物MO2（M=K、Rb、Cs）。要制备除锂以外的其他碱金属的普通氧化物，必须用其他方法，例如，用钠还原过氧化钠，用钾还原硝酸钾，可分别制得氧化钠和氧化钾：

2Na+Na₂O₂=2Na₂O

10K+2KNO₃=6K₂O+N₂

碱土金属在室温或加热时与氧化合，一般只生成普通氧化物MO。但在实际生产中常从它们的碳酸盐或硝酸盐加热分解制备：

Ca₂CO₃=CaO+CO₂↑

2Sr(NO₃)₂=2SrO+4NO₂↑+O₂↑

碱金属氧化物的颜色从Li₂O到Cs₂O逐渐加深，Li₂O和Na₂O为白色，K₂O为淡黄色，Rb₂O为黄亮色，Cs₂O为橙红色。它们的熔点比碱土金属氧化物的熔点低得多。与水反应均生成相应的氢氧化物：

M₂O+H₂O=2MOH

其中，Rb₂O和Cs₂O与水反应发生燃烧甚至爆炸。

碱土金属氧化物都是白色固体，除BeO外，它们都是氯化钠型晶格离子化合物。由于正、负离子都带两个正电荷，距离又较小，所以碱土金属氧化物有较大的晶格能，熔点和硬度都较高。经过煅烧的BeO和MgO难溶于水，常用于制耐火材料和金属陶瓷。钙、锶、钡的氧化物可与水迅速反应并放出大量的热，反应的剧烈程度从CaO和BaO依次增大，生成物是碱：M（OH）₂（s）。

二、过氧化物

过氧化物是含有过氧基（-O-O-）的化合物，可看作是H₂O₂的衍生物。除铍外，碱金属和碱土金属元素在一定条件下都能形成过氧化物。常见的是用途较大的过氧化钠。

工业上制备过氧化钠的方法是：将钠加热至熔化，通入一定量的除去二氧化碳的干燥空气，维持湿度在453-473K，钠即被氧化为Na₂O，进而增加空气流量并迅速提高温度到573K-673K，则可达到淡黄色粉末的过氧化钠：

4Na+O₂=2Na₂O (加热453-473K)

2Na₂O+O₂=2Na₂O₂（加热573-673K）

过氧化钠即可被氧化，又可被还原，因此过氧化钠既有氧化性又有还原性，其氧化性较突出。

过氧化钠可被用作氧化剂，氧气发生剂和漂白剂。

过氧化钠在防毒面具，高空飞行和潜艇中常用过氧化钠，作为二氧化碳的吸收剂和供氧剂。

过氧化钠在碱性介质中可把As（III）、Cr（III）、Fe（III）氧化为As（V），Cr（VI），Fe（VI）等，因此过氧化钠常用分解矿石的熔剂。

Cr₂O₃+3Na₂O₂=2Na₂CrO₄+Na₂O

MnO₂+Na₂O₂=Na₂MnO₄

由于过氧化钠有强碱性，熔融时不能采用瓷制器皿或石英器皿，宜用铁、镍器皿。

过氧化钠的氧化性还表现在，当它遇到木炭、铝粉等还原性物质可燃烧，因此在储运和使用过程中应小心谨慎。当遇到像KMno₄这样的强氧化剂时，过氧化钠则表现为还原性。

过氧化钡BaO₂，在773-793K时，将氧通过氧化钡可制得：

2BaO+O₂=2BaO₂ （773-793K）

过氧化钡与稀酸反应生成双氧水，这是实验室制双氧水的方法：BaO₂+H₂SO₄=BaSO₄+H₂O₂

三、超氧化物

钾、铷、铯在过量的氧气中燃烧可直接生成相应的超氧化物。超氧化物中含超氧离子O- 2。

因O- 2离子中有一个未成对电子，故它有顺磁性，并呈现出言责。KO₂为橙黄色，RbO₂为深棕色，CsO₂为深黄色。超氧离子的键级比氧小，所以稳定性比氧差。超氧化物是强氧化剂，与水剧烈反应，放出氧气：2MO₂+2H₂O=O₂+H₂O₂+2MOH

超氧化物也能与二氧化碳反应放出氧气：4MO₂+2CO₂=2M₂CO₃+3O₂

故像过氧化钠一样，超氧化物也能去除二氧化碳和再生氧，也可用于急救器中和潜水、登山等方面。

碱土金属中的钙、锶、钡在一定条件下也能形成超氧化物MO₄。

四、臭氧化物

钾、铷、铯的氢氧化物与臭氧反应，可制得臭氧化物。将KO₃用液氨结晶，可得到橘红色的KO₃晶体，它缓慢地分解为KO₂和O₂。