堿金屬和堿土金屬

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1、堿 金 屬 和 堿 土 金 屬 本 章 要 求掌 握 堿 金 屬 、 堿 土 金 屬 單 質(zhì) 及 其 化 合 物的 性 質(zhì) 及 結(jié) 構(gòu) 與 性 質(zhì) 、 存 在 、 制 備 、 用 途之 間 的 關(guān) 系 ； 掌 握 堿 金 屬 及 堿 土 金 屬 氫 氧化 物 的 溶 解 度 、 堿 性 和 鹽 類 溶 解 度 、 熱 穩(wěn)定 性 的 變 化 規(guī) 律 。 元 素 的 豐 度 與 分 類一 、 元 素 的 豐 度 化 學(xué) 元 素 在 地 殼 （ 地 球 表 面 下 16km厚 的 巖石 層 ） 中 的 含 量 。 O、 Si總 質(zhì) 量 約 占 地 殼 的 75 O、 Si、 Al、 Fe、 Ca、

2、Na、 K、 Mg 8種 元 素的 總 質(zhì) 量 占 地 殼 的 99 以 上 。 人 體 中 大 約 含 30多 種 元 素 ， 其 中 O、 C、 H、N、 Ca、 P、 K、 S、 Na、 Al、 Mg 11種 常 量 元 素 約占 人 體 質(zhì) 量 的 99.95 。 n 普 通 元 素 和 稀 有 元 素元 素 的 豐 度 與 分 類稀 有 元 素 輕 稀 有 金 屬 ： Li、 Rb、 Cs、 Be;高 熔 點 稀 有 金 屬 ： Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 W等分 散 稀 有 元 素 ： Ga、 In、 TL、 Ge、 Se、 Te;稀 有 氣 體 :He、 Ne、

3、 Ar、 Kr、 Xe、 Rn;稀 土 金 屬 :Sc、 Y、 Ln;鉑 系 元 素 :Ru、 Rh、 Pd、 Os、 Ir、 Pt;放 射 性 稀 有 元 素 :Fr、 Ra、 Tc、 Po、 At、 錒 系 元 素 。 s區(qū) 元 素 概 述n A： Li、 Na、 K、 Rb、 Cs、 (Fr)堿 金 屬 ns1n A: Be、 Mg、 Ca、 Sr、 Ba、 (Ra)堿 土 金 屬 ns2n 金 屬 活 性 堿 金 屬 堿 土 金 屬n 化 合 物 以 離 子 型 為 主 , 大 部 分 Li、 Be的 化 合 物及 部 分 Mg的 化 合 物 有 明 顯 的 共 價 性 。 s區(qū) 元

4、素 的 基 本 性 質(zhì)元 素 符 號 Li Na K Rb CsI1 526 502 425 409 382電 負(fù) 性 0.98 0.93 0.82 0.82 0.79E /V -3.040 -2.714 -2.936 -2.943 -3.027元 素 符 號 Be Mg Ca Sr BaI1 905.6 743.9 596.1 555.7 508.9電 負(fù) 性 1.57 1.31 1.00 0.95 0.89E /V -1.968 -2.357 -2.869-2.899 -2.906 Li BeNa MgK CaRb CsCs Ba原子半徑增大金屬性、還原性增強電離能、電負(fù)性減小 原 子 半

5、 徑 減 小金 屬 性 、 還 原 性 減 弱電 離 能 、 電 負(fù) 性 增 大 一 、 物 理 性 質(zhì)n 通 性 銀 白 色 光 澤 ,熔 沸 點 低 ， 硬 度 小 ， 密 度 小 ， 導(dǎo)電 性 好 ， 延 展 性 好 。n 1.儲 存 ： Li( =0.534gcm-3)， 最 輕 的 金 屬 ， 浸在 液 體 石 蠟 或 封 存 在 固 體 石 蠟 中 ， 其 它 金 屬 一 般 放 在煤 油 中 。n 2.切 割 ： 除 Be、 Mg外 ， 余 皆 可 用 刀 切 割 。 最 軟 Cs（ 硬 度 0.2） .n3.光 電 效 應(yīng) ： Rb,Cs（ 電 子 活 性 極 高 ） 自 動

6、開 關(guān) 門 n4.液 態(tài) 合 金 ： K-Na;Na-Hgs區(qū) 元 素 的 單 質(zhì) 汞 齊 的 生 成 許 多 金 屬 都 可 以 與 汞 混 合 ， 通 過 研 磨 生 成 合 金 ， 俗 稱 汞 齊 。鈉 汞 齊 是 最 常 見 的 一 種 ， 相 當(dāng) 于 鈉 的 汞 “ 溶 液 ” ， 其 顏 色 、 狀態(tài) 、 反 應(yīng) 活 性 與 Na和 Hg的 比 例 有 關(guān) ， 鈉 的 比 例 越 大 ， 顏 色 越 深 ，粘 稠 度 越 大 ， 反 應(yīng) 活 性 越 高 。 通 過 鈉 汞 齊 的 生 成 ， 可 以 控 制 一些 鈉 的 劇 烈 反 應(yīng) 程 度 。 （ A） 2M+2H2O 2MO

7、H+H2 Li Na K Rb Cs 強 現(xiàn) 象 ： 難 熔 熔 球 H2燃 燒 爆 炸思 考 Li的 E 最 小 ， 但 與 水 的 反 應(yīng) 活 性 最 弱 Li熔 點 高 ， 生 成 的 LiOH難 熔二 、 化 學(xué) 性 質(zhì)1. 與 水 反 應(yīng) Li Na K A M+2H2O M(OH)2+H2 Be Mg Ca Sr Ba 強與 水 蒸 氣 反 應(yīng) 與 熱 水 反 應(yīng) 冷 水 中 反 應(yīng) Ca與 水的 反 應(yīng) 2.與 其 它 非 金 屬 反 應(yīng) ，和 O2,S,H,N2,X2等 反 應(yīng) ， 空氣 中 易 氧 化 n 3.作 冶 金 、 無 機 合 成 、 有 機 合 成 的 還 原 劑

8、4. 與 液 氨 作 用 Ca、 Sr、 Ba及 堿 金 屬 等 與 液 氨 作 用 生 成 藍(lán)色 溶 液 ,放 置 時 能 緩 慢 釋 放 H2。 2Na(s)+2NH3(l) 2Na+(am)+2NH2-(am) +H2(g) M(S) M+(am)+ (am)（ 深 藍(lán) 色 ) 在 -33 液 氨 溶 劑 中 強 還 原 能 力 三 .焰 色 反 應(yīng) Ca、 Sr、 Ba、 堿 金 屬 及 其 揮 發(fā) 性 化 合 物 ， 在 無 色 火 焰中 灼 燒 時 ， 能 使 火 焰 呈 現(xiàn) 出 一 定 顏 色 ， 可 鑒 定 單 個 離 子 。 Li:紅 色 Na: 黃 色 K、 Rb、 Cs：

9、 紫 色 （ 通 過 鈷 玻 璃 觀 察 ） Ca： 橙 紅 Sr： 洋 紅 Ba: 綠用 途 ： 與 其 他 組 分 混 合 可 制 信 號 劑 和 煙 火 劑 機 理 ： 金 屬 原 子 的 電 子 受 高 溫 火 焰 的 激 發(fā) 而 躍 遷 到 高能 級 軌 道 上 ， 當(dāng) 電 子 從 高 能 級 軌 道 返 回 低 能 級 軌 道 時 ，就 會 發(fā) 射 出 一 定 波 長 的 光 束 ， 從 而 使 火 焰 呈 現(xiàn) 出 特 征的 顏 色 。 四 、 存 在 與 制 備n 1.存 在 ： 自 然 界 無 游 離 態(tài) 。n 常 見 化 合 物 俗 名 ：n 芒 硝 (Na2SO410H2O

10、)、 元 明 粉 （ Na2SO4） 、 光 鹵石 (KClMgCl26H2O)、 生 石 膏 (CaSO42H2O)、 菱 鎂礦 (MgCO3)、 方 解 石 (CaCO3)、 重 晶 石 (BaSO4， 鋇餐 )、 螢 石 (CaF2)、 毒 重 石 （ BaCO3） 2.制 備 ： （ 1） 熔 鹽 電 解 法熔 鹽 :氯 化 物 (熔 點 低 ） +助 熔 劑助 熔 劑 CaCl2的 作 用A） 降 低 電 解 質(zhì) 的 熔 點 ， 防 止 鈉 揮 發(fā) .（ 熔 點 ： NaCl， 1073K; Na： 熔 點 371K； 沸點 1156K;混 合 鹽 ， 873K. ）B） 減 小 N

11、a的 分 散 性 。(混 合 物 密 度 大 ， 液 Na可 浮 其 上 ) 熔 鹽 電 解 法 法 不 適 合 制 K(Rb、 Cs)A） K易 溶 于 熔 融 KCl中B） 電 解 過 程 中 產(chǎn) 生 的 KO2和 K會 發(fā) 生 爆 炸 反 應(yīng)(2)熱 還 原 法 （ 用 碳 或 碳 化 物 做 還 原 劑 ） (3)金 屬 置 換 法 主 制 K、 Rb、 Cs(高 溫 、 低 壓 ） 思 考 不 活 潑 金 屬 置 換 活 潑 金 屬 ， 是否 與 金 屬 活 潑 性 順 序 矛 盾 ？KCI+Na NaCI+K2RbCl+Ca CaCl2+2Rb2CsAlO2+Mg MgAl2O4+

12、2Cs 一 、 氫 化 物1.制 備 ： s區(qū) 金 屬 （ Be、 Mg除 外 ） 在 氫 氣 流 中 加熱 可 分 別 生 成 相 應(yīng) 的 離 子 型 （ 鹽 型 ） 氫 化 物 。s區(qū) 元 素 的 化 合 物白 色 晶 體 ， 熔 沸 點 較 高 ， 熔 融 時 能 導(dǎo) 電 ，可 做 儲 氫 材 料 和 還 原 劑 二 、 氧 化 物n 正 常 氧 化 物 過 氧 化 物 超 氧 化 物 臭 氧 化 物n A Na2O Na2O2 NaO2 KO3n A CaO CaO2 CaO4過 氧 化 物 (O22-)超 氧 化 物 (O 2-) 4242222222 )()()()()( p*pp

13、s*s KK 3242222222 )()()()()( p*pps*s KK -O-O-2(O2-) 1.金 屬 氧 化 物堿 金 屬 在 空 氣 中 充 分 燃 燒 的 產(chǎn) 物堿 金 屬 Li Na K Rb CsO2 Li2O Na2O2 MO2N2 Li3N - - 堿 土 金 屬 在 空 氣 中 充 分 燃 燒堿 土 金 屬 Be Mg Ca Sr BaO 2 MO MO( MO2 MO4 )N2 M3N2M3N2+6H2O 3M(OH)2+2NH3 MO均 白 色 粉 末 ,較 穩(wěn) 定 。 CaO,SrO,BaO溶 于 水 ,放 熱 。 普 通 氧 化 物 制備 4Li+O2 2L

14、i2ONa2O2+2Na 2Na2O2KNO3+10K 6K2O+N2 性 質(zhì) ： Li2O Na2O K2O Rb2O Cs2O 顏 色 白 白 淡 黃 亮 黃 橙 紅穩(wěn) 定 性 較 穩(wěn) 定 熔 點 前 即 分 解 減 弱與 水 反 應(yīng) LiOH MOH熱 穩(wěn) 定 性 ： 同 族 自 上 而 下 ， 堿 金 屬 和 堿 土 金 屬 的 普 通 氧 化 物 的 熱穩(wěn) 定 性 降 低 ， 熔 點 也 降 低 ； 堿 土 金 屬 離 子 半 徑 較 小 ， 正 電 荷 高 ， 其氧 化 物 的 晶 格 能 大 ， 因 此 其 熔 點 比 堿 金 屬 氧 化 物 的 熔 點 高 得 多 。堿 土 金

15、 屬 的 氧 化 物 可 通 過 其 金 屬 碳 酸 鹽 、 氫 氧 化 物 、 硝 酸 鹽 或硫 酸 鹽 的 熱 分 解 制 備 ， 均 為 白 色 。 過 氧 化 物 Na2O2:2Na+O2 Na2O2(淡 黃 粉 末 ） Na2O2+2H2O 2NaOH+H2O2( H2O+O2） Na2O2+H2SO4 Na2SO4+H2O2( H2O+O2） 2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2 3Na2O2 Cr2O3 2Na2CrO4+Na2O 3Na2O2+2NaCrO2+2H2O 2Na2CrO4+4NaOH MnO2+Na2O2 Na2MnO4 (熔 礦 劑 )堿 性 條 件 下

16、 為 強 氧 化 劑 ， 遇 棉 花 、 木 炭 等 爆 炸 。除 鈹 以 外 ， 堿 金 屬 和 堿 土 金 屬 都 能 形 成 過 氧 化 物 。 最重 要 的 是 Na 2O2， CaO2和 BaO2。 實 驗 室 制H2O2的 方 法2BaO+O2 600 -800 2BaO2BaO2 H2SO4 BaSO4+H2O2 超 氧 化 物只 有 半 徑 大 的 陽 離 子 的 超 氧 化 物 穩(wěn) 定 ， 同 族 的 從 上 至下 熔 點 依 次 升 高K(Rb、 Cs)+O2 MO2（ 橙 黃 ， 深 棕 ， 深 黃 ）(過 )超 氧 化 物 廣 泛 用 做 引 火 劑 、 供 氧 劑 、

17、 漂 白 劑 。 臭 氧 化 物 (KO3、 RbO3、 CsO3)3KOH(s)+2O3(g) 2KO3(s)+KOHH2O(s)+1/2O2(g)RO3不 穩(wěn) 定 RO2+O2 4MO3+2H2O 4MOH+5O2 三 、 氫 氧 化 物1. 堿 金 屬 氫 氧 化 物物 理 性 質(zhì) ： 白 色 固 體 ， 除 LiOH外 ， 均 易 溶 于 水 并 放 出 大 量熱 。 固 體 在 空 氣 中 易 吸 濕 潮 解 ， NaOH可 用 做 干 燥 劑 。 對纖 維 、 皮 膚 及 其 它 有 機 物 具 有 強 腐 蝕 性 -苛 性 堿 （ 熔 融 或 蒸 濃NaOH時 ， 可 用 Ag、

18、 Ni或 Fe制 容 器 ） 。n LiOH NaOH KOH RbOH CsOH堿 性 中 強 強 強 強 強水 溶 性 難 易 易 易 易2.堿 土 金 屬 氫 氧 化 物 Be(OH)2 Mg(OH) 2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 兩 性 中 強 強 強 強 難 溶 難 溶 微 溶 易 溶 易 溶 判 斷 主 族 金 屬 氫 氧 化 物 的 經(jīng) 驗 公 式RO-+H+ ROH R+OH- 酸 性兩 性堿 性32.0 32.022.0 22.0 m):(= prrZ 離 子 半 徑 ， 單 位 R的 值 越 大 ， 靜 電 引 力 越 強 ， R吸 引 氧 原 子 電

19、子 云 的 能 力 越 強 ， ROH的 酸 性 越 強 。 四 、 鹽 類1.晶 體 類 型LiCl、 BeCl2等 共 價 ， 余 多 離 子 型 ,熔 沸 點 較 高 。2.顏 色M+、 M2+無 論 晶 體 還 是 水 溶 液 均 無 色 .若 與 之 結(jié) 合的 陰 離 子 （ 不 包 括 X-） 無 色 ， 則 鹽 無 色 或 白 色 ;若陰 離 子 有 色 ， 則 化 合 物 一 般 顯 陰 離 子 的 顏 色 ， 如BaCrO4(黃 色 ),K2Cr2O7(橙 紅 色 )， KMnO4(紫 紅 ） 。 3. 溶 解 性堿金屬鹽 大 多 易 溶 ， 部 分 鋰 鹽 及 少 數(shù) 大

20、陰 離 子 組 成 的鹽 微 溶 或 難 溶 。 NaCl,NaHCO3溶 解 度 特 殊 。Li:LiF 、 Li2CO3、 Li3PO4、 LiKFeIO6(高 碘 酸鐵 鉀 鋰 等 難 溶Na:NaSb(OH)6 、 NaZn(UO2)3(Ac)96H2O六 羥 基 合 銻 ( )酸 鈉 醋 酸 鈾 銑 鋅 鈉 K,Rb,Cs:M 3Co(NO2)6 、 MB(C6H5)4、 MClO4、M2PtCl6等 難 溶 堿 土 金 屬 鹽 :M(NO3)2、 M(ClO3)2、 M(ClO4)2、M(Ac)2、 MX2(X=Cl,Br,I) 、 BeF2、 BeSO4、BeCrO4、 MgSO

21、4、 MgCrO4易 溶 ,余 難 溶 . 溶 解 規(guī) 律1.Be鹽 多 數(shù) 易 溶 ,鎂 鹽 部 分 易 溶 ,Ca,Sr,Ba鹽 多數(shù) 難 溶 。2.Ca、 Sr、 Ba硫 酸 鹽 、 鉻 酸 鹽 的 溶 解 度 依 次 減小 ； 氟 化 物 溶 解 度 依 次 增 大 。 3.碳 酸 鹽 易 溶 于 過 量 CO2溶 液 CaCO3+CO2 Ca(HCO3)2 硫 酸 鹽 易 溶 于 濃 硫 酸 BaSO4+H2SO4 Ba(HSO4)24.草 酸 鈣 是 所 有 鈣 鹽 中 溶 解 度 最 小 的 .5.MCO3、 MC2O4、 MCrO4、 M3(PO4)2難 溶 于 水 易 溶 于

22、 強 酸 . CaC2O4+H+ Ca2+HC2O4- 2BaCrO4+2H+ 2Ba2+Cr2O72-+H2O 4. 熱 穩(wěn) 定 性堿 金屬 鹽 1.鹵 化 物 ： 高 溫 揮 發(fā) 不 分 解2.硫 酸 鹽 ： 不 揮 發(fā) ， 難 分 解3.碳 酸 鹽 ： Li2CO3在 1543K分 解 ， 余 難 分 解4.硝 酸 鹽 ： 4LiNO3 2Li2O+4NO2 +O2 2MNO3 2NaNO2+O2 (M=Na,K,Rb,Cs) 堿 土金 屬鹽 1.鹵 化 物 、 硫 酸 鹽 穩(wěn) 定2.碳 酸 鹽高 溫 分 解 BeCO3 CaCO3 BaCO3 373K 1173K 1633K3.硝 酸

23、 鹽易 分 解 2M(NO3)2 2MO+4NO2 +O2 (M=Be,Mg)M(NO3)2=M(NO2)2+O2 (M=Ca,Sr,Ba)M(NO3)2=MO+ NO2 +NO (高 溫 ）含 氧 酸 鹽 的 熱 穩(wěn) 定 性 ： 陽 離 子 電 荷 越 高 ， 半 徑 越 小 ， 極 化 能力 越 強 ， 其 含 氧 酸 鹽 越 不 穩(wěn) 定 ， 分 解 溫 度 越 低 。 如 MgCO3的分 解 溫 度 為 540 0C； MgCO3： 900 0C； BaCO3： 1360 0C。鋰 和 堿 土 金 屬 離 子 的 極 化 能 力 較 強 ， 硝 酸 鹽 的 分 解 產(chǎn) 物 為金 屬 氧

24、化 物 、 二 氧 化 氮 和 氧 氣 。 5.形 成 結(jié) 晶 水 合 物 的 傾 向堿 金 屬 Li Na K Rb Cs 減 小 M+離 子 半 徑 越 小 ， 作 用 于 水 分 子 的 電 場 越 強 ， 水合 熱 越 大 ， 水 合 物 越 穩(wěn) 定 。 堿 土 金 屬 規(guī) 律 不 明 顯 。6.水 解 性堿 金 屬 弱 酸 鹽 均 水 解 -堿 性堿 土 金 屬 ： BeCl 24H2O BeO+2HCl+3H2O MgCl26H2O Mg(OH)Cl MgO 7.形 成 復(fù) 鹽 的 能 力光 鹵 石 類 ： MClMgCl26H2O M=K+、 Rb+、 Cs+礬 類 M2SO4

25、MSO46H2OM2SO4 M2(SO4)324H2OM( )=NH4+、 Na+、 K+、 Rb+、 Cs+M( )=Fe2+、 Co2+、 Ni2+、 Zn2+、 Cu2+、 Hg2+M( )=Fe3+、 Cr3+、 AI3+8、 形 成 配 合 物 的 能 力S區(qū) 金 屬 形 成 配 合 物 的 能 力 較 弱 ， 可 與 穴 醚 、 冠 醚 形成 穩(wěn) 定 配 合 物 。堿 土 金 屬 （ Be除 外 ） 均 可 與 EDTA形 成 穩(wěn) 定 的 配 合 物 。 IA族 中 , 鋰 半 徑 r最 小 , 極 化 能 力 強 , 表 現(xiàn) 出 與 Na 和 K 等 的 不 同 性質(zhì) , 它 與

26、 IIA族 里 的 Mg 相 似 .*LiOH, Li2CO3, LiNO3都 不 穩(wěn) 定 , 極 化 作 用 大 , 而 LiHCO3更 難 于 存 在 ;*在 氧 氣 中 燃 燒 ， 只 生 成 Li2O, 和 Mg 相 似 ;*Li, Mg 都 可 以 和 N2 直 接 化 合 , 其 余 堿 金 屬 不 能 ;*Li, Mg的 氟 化 物 、 碳 酸 鹽 、 硫 酸 鹽 難 溶 , 而 其 它 堿 金 屬 無 此 性 質(zhì) ;*Li, Mg 結(jié) 晶 水 合 氯 化 物 ， 受 熱 分 解 時 水 解 . 問 題 : LiH的 穩(wěn) 定 和 LiOH, Li2CO3, LiNO3等 的 不

27、穩(wěn) 定 原 因 , 都 是因 為 Li的 半 徑 小 , 極 化 作 用 大 . 差 別 是 什 么 ? 極 化 使 Li-H鍵 增 強 , 所 以 LiH穩(wěn) 定 , 而 含 氧 酸 鹽 中 , 極 化 加 強 了 Li-O鍵 , 削 弱 了 O 和 其 它 原 子 間 的 鍵 強 , 因 而 易 分 解 : Li 2CO3 - Li2O + CO2 (1000K以 上 , 部 分 分 解 ) 4LiNO3 - 2Li2O + 2N2O4 + O2 (773K) 與 其 它 堿 金 屬 硝 酸 鹽 分 解 成 亞 硝 酸 鹽 和 NO2, 不 同 于 此 反 應(yīng) . 鋰 的 特 性 非 金 屬

28、 性 增 強金屬性增強 五 、 對 角 線 規(guī) 則 鋰 鎂氧 中 燃 燒 產(chǎn) 物 4 Li + O2 2 Li2O 2 Mg + O2 2 MgO化 合 物 溶 解 性 LiF、 Li2CO3、 Li3PO4都 難溶 MgF2、 MgCO3、Mg3(PO4)3都 難 溶硝 酸 鹽 熱 分 解 4 LiNO3 2 Li2O + 4 NO2 + O2 2 Mg(NO3)2 2 MgO + 4 NO2 + O2生 成 氮 化 物 6 Li + N 2 2 Li3N 6 Li + 2 N2 2 Mg3N2 鈹 和 鋁 的 相 似 性 IIA族 的 Be也 很 特 殊 , 其 性 質(zhì) 和 IIIA族 中

29、 的 Al有 些 相 近 :v 氧 化 物 和 氫 氧 化 物 兩 性 , IIA族 其 余 的 氧 化 物 和 氫 氧 化 物 顯 堿 性 ; v無 水 氯 化 物 BeCl2, AlCl3共 價 成 份 大 , 可 溶 于 醇 、 醚 、 易 升 華 , 其 余 IIA族 的MCl2是 離 子 晶 體 ; vBe, Al和 冷 濃 HNO3接 觸 時 , 鈍 化 , 其 余 IIA族 金 屬 易 于 和 HNO3反 應(yīng) . vLi和 Mg、 Be和 Al， 連 同 上 一 章 的 B和 Si的 相 似 性 體 現(xiàn) 著 斜 線 (對 角 線 )規(guī) 律 . 作 業(yè)12-1 (1, 3, 5, 6, 7, 8) 12-5 (2)12-1112-13