12年级

碱金属、碱土金属、铝

通过离子化学、电化学和成键理解碱金属与碱土金属趋势、焰色、硬水处理和铝冶炼。

直觉容易失去电子的金属

碱金属最外层有一个 s 电子，碱土金属有两个。两者主要形成离子化合物，但物理性质和反应随电荷、半径和氧化物化学规律变化。铝则因稳定氧化膜而显得耐久，尽管它本身具有反应性。

中学阶段碱金属及其化合物

碱金属质软、密度低、熔点较低，常温下呈 bcc 结构。与水的反应性由 Li 到 Cs 增强，生成氢气和氢氧化物并放热。活泼样品应隔绝水和火源，保存在适当油中。

锂燃烧主要生成 Li₂O；钠在氧气中常形成 Na₂O₂，钾在适当富氧条件下可形成 KO₂。氯碱工业电解食盐水制得氯气、氢气和氢氧化钠。索尔维法制纯碱；碳酸氢钠是有用中间体和膨松剂。

中学阶段碱土金属

第2族金属形成 M²⁺。镁燃烧发出耀眼白光；钙与冷水反应比更重的碱土金属慢。石灰石、生石灰和熟石灰构成实用循环。由碳酸氢盐造成的暂时硬度可煮沸降低；碳酸盐沉淀可持久去除 Ca²⁺/Mg²⁺。

焰色可作定性线索：Li 红、Na 黄、K 紫、Sr 红、Ba 绿。颜色源于元素特征电子跃迁；混合物和污染会干扰观察。

中学阶段铝：钝化与电解

致密附着的薄 Al₂O₃ 膜使铝在空气中钝化。氢氧化铝具有两性，可溶于酸和过量强碱。霍尔–埃鲁法在约 950 °C 下电解溶于熔融冰晶石（Na₃AlF₆）的氧化铝；形成含氧产物时碳阳极被消耗。铝热反应以铝还原氧化铁(III)，放热剧烈。

大学沿族向下性质变化的原因

沿族向下，价电子所在电子层离核更远且屏蔽增强，超过核电荷增加的影响，因此第一电离能通常下降。锂与镁存在对角线关系：相似离子尺寸和电荷密度带来一些相似化学性质（如氮化物、较难溶的碳酸盐），但并不相同。铍与铝也都表现出共价性和两性倾向。

第2族碳酸盐热稳定性沿族向下增强：较大的 M²⁺ 电荷密度较低，对 CO₃²⁻ 的极化较弱，因而分解较不易。溶解度不能只看晶格能，还要比较晶格分离与水合。沿第2族向下，氢氧化物溶解度通常增大，硫酸盐溶解度通常下降，因为水合相对于晶格稳定作用越来越不利。