無機化學-第十章堿金屬與堿土金屬.ppt

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1、第十三章 堿金屬和堿土金屬元素 無機化學多媒體電子教案 1.通性 2.單質(zhì) 3.各類氧化物 4.氫氧化物 5.鹽類 6.幾種典型鹽的生產(chǎn) 主要內(nèi)容 1.單質(zhì)的性質(zhì) 2.過氧化物和超氧化物的性質(zhì) 3.氫氧化物的性質(zhì)及其遞變規(guī)律 4.鹽類的性質(zhì) 5. K+、 Na+、 Ca2+、 Mg2+、 Ba2+ 的鑒定 基本要求 目 錄 10-1 s區(qū)元素概述 10-2 堿金屬和堿土金屬性質(zhì) 10-3 氧化物 10-5 鹽類 10-4 氫氧化物 第一節(jié) s區(qū)元素概述 第十章 堿金屬和堿土金屬元素 第一節(jié) s區(qū)元素概述 無機化學多媒體電子教案 元素周期表 A 0 1 1 H A A A A A A 2 He

2、2 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 3 11 Na 12 Mg B B B B B B B 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 4 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 5 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Ne 42 Mo 43 Tc 44 Re 45 Rh 46 Pa 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 5

3、2 Te 53 I 54 Xe 6 55 Cs 56 Ba 57- 71 La 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 7 87 Fr 88 Ra 89- 103 Ac 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 Uun 111 Uuu 112 Uub A中的鈉、鉀氫氧化物是典型 “堿”，故 A族元素又稱為堿金屬 A有時稱為“土金屬” A中的鈣、鍶、鋇氧化物性質(zhì)介于 “堿”與“土”族元素之間，所以把 A又稱為堿

4、土金屬 Li、 Rb、 Cs、 Be 是輕稀有元素 Fr、 Ra 是放射性元素 A、 A為 s區(qū)元素 10-1 s區(qū)元素概述 堿金屬和堿土金屬的存在 A Li Na K Rb Cs Fr 鋰 鈉 鉀 銣 銫 鈁 A Be Mg Ca Sr Ba Ra 鈹 鎂 鈣 鍶 鋇 鐳 主要礦物是鉀石礦 (KClMgCl26H2O) 我國青海鉀鹽儲量占全國 96.8% 最重要的礦石是鋰輝石 （ LiAlSi2O6) 主要以 NaCl形式存在于 海洋、鹽湖和巖石中 A Li Na K Rb Cs Fr 鋰 鈉 鉀 銣 銫 鈁 A Be Mg Ca Sr Ba Ra 鈹 鎂 鈣 鍶 鋇 鐳 主要以菱鎂石（ M

5、gCO3)、 白云石 MgCa(CO3)2存在 主要礦物是綠柱石 （ 3BeOAl2O3 6SiO2) 主要以方解石 (CaCO3)、石膏 CaSO42H2O)、 天青石 (SrSO4)、碳酸鍶礦 (SrCO3)、 重晶石 (BaSO4)、毒重石 (BaCO3) 等碳酸鹽、硫酸鹽形式存在 堿金屬和堿土金屬的存在 第二節(jié) s區(qū)元素概述 第十章 堿金屬和堿土金屬元素 第二節(jié) 堿金屬和 堿土金屬的性質(zhì) 無機化學多媒體電子教案 A 原子序數(shù) 價電子構型 金屬半徑 (pm) 熔點 ( ) 沸點( ) 硬度 (金剛石 =10) Li (鋰 ) 3 2s1 152 180.5 1342 0.6 Na (鈉

6、) 11 3s1 186 97.82 882.9 0.4 K (鉀 ) 19 4s1 227 63.25 760 0.5 Rb (銣 ) 37 5s1 248 38.89 686 0.3 Cs (銫 ) 55 6s1 265 28.40 669.3 0.2 A 原子序數(shù) 價電子構型 金屬半徑 （ pm） 熔點 ( ) 沸點( ) 硬度 (金剛石 =10) Be (鈹 ) 4 2s2 111 1278 2970 4 Mg (鎂 ) 12 3s2 160 648.8 1107 2.0 Ca (鈣 ) 20 4s2 197 839 1484 1.5 Sr (鍶 ) 38 5s2 215 769 13

7、84 1.8 Ba (鋇 ) 56 6s2 217 725 1640 - 因為 原子的原子半徑較大 、 核電荷較少 其金屬晶體中的金屬鍵很不牢固 故 單質(zhì)的 熔、沸點 較低， 硬度 較小 核電荷 原子半徑 熔、沸點 硬度 核電荷 原子半徑 熔、沸點 硬度 10-2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì) 熔點低于人的體溫 , 放在手心里即可熔化 堿金屬和 Ca、 Sr、 Ba均可用刀切割 Cs是最軟的金屬 為具有銀白色 (銫為灰色 )光澤的金屬 金屬性遞增 金屬性遞增 電負性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7 電負性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7 密度 0.53 0.97 0.86 1.53

8、1.88 (kgcm-3) 密度 1.85 1.74 1.54 2.6 3.51 (kgcm-3) A Li(鋰 ) Na(鈉 ) K(鉀 ) Rb(銣 ) Cs(銫 ) A Be(鈹 ) Mg(鎂 ) Ca(鈣 ) Sr(鍶 ) Ba(鋇 ) 金屬性 金屬性 失去電子的傾向大，受到光照射時， 金屬表面的電子易逸出，可制造光電 管，由銫光電管制成的自動報警裝置， 可報告遠處火警；制成的天文儀器可 根據(jù)星光轉(zhuǎn)變的電流大小測出太空中 星體的亮度，推算星球與地球的距離。 堿金屬和堿土金屬的密度小，屬輕金屬 是最輕的元素 10-2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì) 電負性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7

9、 電負性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7 氧化數(shù) +1 +1 +1 +1 +1 氧化數(shù) +2 +2 +2 +2 +2 E (M+/M) -3.04 -2.713 -2.924 (-2.98) (-3.026) (V) E (M+/M) -1.99 -2.356 -2.84 -2.89 -2.92 (V) 密度 0.53 0.97 0.86 1.53 1.88 (kgcm-3) 密度 1.85 1.74 1.54 2.6 3.51 (kgcm-3) A Li(鋰 ) Na(鈉 ) K(鉀 ) Rb(銣 ) Cs(銫 ) A Be(鈹 ) Mg(鎂 ) Ca(鈣 ) Sr(鍶 ) Ba(鋇

10、 ) 氧化數(shù)與族號一致， 常見的化合物以離子型為主 由于 Li+、 Be2+半徑小， 其化合物具有一定共價性 *E (Li+)反常，是由于 Li的半徑較小，易與 水分子結合生成水合離子放出較多能量所致 10-2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì) 堿金屬 堿土金屬 可溶于液氨，形成深藍色溶液 堿金屬 M(s) + (x+y)NH3 M+(NH3)x+ e-(NH3)y 堿土金屬 M(s)+(x+2y)NH3 M2+(NH3)x+2e-(NH3)y 堿金屬和堿土金屬的氨溶液： 1. 具有較高的導電性 2. 與金屬本身相同的化學反應 3. 稀堿金屬氨溶液是還原劑 10-2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì) 堿金屬和堿土

11、金屬化學性質(zhì) 活潑 且 化學活潑性 堿金屬 堿土金屬 10-2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì) 金屬 反應物質(zhì) 反應式 堿金屬 堿土金屬 H2 2M + H2 2MH M + H2 MH2 堿金屬 Ca、 Sr、 Ba Mg H2O 2M + 2H2O 2MOH+H2 M + 2H2O M(OH)2+H2 M + H2O(g) MO + H2 堿金屬 堿土金屬 鹵素 2M + X2 2MX M + X2 MX2 Li Mg、 Ca、 Sr、 Ba N2 6M + N2 2M3N 3M + N 2 M3N2 堿金屬和堿土金屬的一些重要反應 10-2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì) 金屬 反應物質(zhì) 反應式 堿金屬

12、 Mg、 Ca、 Sr、 Ba S 2M + S M2S M + S MS Li Na K 、 Rb、 Cs 堿金屬 Ca、 Sr、 Ba O2 4M + O2 2M2O 2M + O2 M2O2 M + O2 MO2 2M + O2 2MO M + O2 MO2 堿金屬和堿土金屬的一些重要反應 10-2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì) 580 下電解 40%NaCl 和 60%CaCl2的混合物 鈉 450 下電解 55%LiCl和 45%KCl的熔融混合物 鋰 850 下， 用金屬還原氯化鉀 鉀 800 左右、減壓下， 用鈣還原氯化物 銣、銫 一般采用電解熔融鹽的方法 堿金屬的制備 一般采用電解熔

13、融鹽的方法 堿金屬的制備 1. 350-400 下電解 NaCl和 BeCl2的熔融鹽 2. 用鎂還原氯化鈹 鈹 1. 先脫去水合氯化鎂所含 的水，再電解 2. 硅熱還原 2(MgOCaO)+FeSi 2Mg+Ca2SiO4+Fe 鎂 一般采用電解熔融鹽的方法 堿金屬的制備 1. 700-800 下， 電解 CaCl2 和 KCl的混合物 2. 鋁熱法： 鈣 6CaO+2Al 3Ca+3CaOAl2O3 鋁熱法或硅還原法 鍶、鋇 M(s) + H+(aq) M+(aq) + H2(g) 1 2 E E E E (Li+/Li)可用焓變粗略估計 rGm = -zF = -zF (H+/H2) -

14、 (Li+/Li) = zF (Li+/Li) E 對堿金屬若不考慮 rSm 的影響 可用 rHm代替 rGm rHm 的計算 M(s) + H+(aq) H2(g) + M+(aq) rHm - Hh (H+) H+(g) + e- H(g) -I1(H) - D (H-H) M(g) M+(g) +e- I1(M) 1 2 1 2 subHm H h (M+) 1 2 rHm = subHm + I1(M) + Hh (M+) + - Hh (H+) - D (H-H) -I1(H) 由上式可計算堿金屬在水溶液中 轉(zhuǎn)變?yōu)樗想x子過程的 rHm 堿金屬轉(zhuǎn)變?yōu)樗想x子過程的有關數(shù)據(jù) -246

15、-241 -250 -241 -275 rHm /(kJmol-1) -264 -293 -322 -409 -519 Hh (M+)/(kJmol-1) 376 403 419 496 520 I1(M)/(kJmol-1) 78.8 85.8 90 108.7 161 subHm(M)/(kJmol-1) Cs Rb K Na Li 返回 由上可看出， 雖然 subHm(Li) 和 I1(Li)較大， 但 Hh (Li+) 較小，即 Li+水合過程放出的能量 特別大，而導致 rHm(Li)最小， rGm 最小， 故 E (Li+/Li)最小。 第三節(jié)氧化物 第十章 堿金屬和堿土金屬元素 第

16、三節(jié) 氧化物 無機化學多媒體電子教案 類型 氧化數(shù) 氧存在形式 舉 例 過氧化物 -1 O22- Na2O2、 CaO 2 超氧化物 -1/2 O2- KO2 臭氧化物 -1/3 O3- KO3 低氧化物 Cs7O 正常氧化物 -2 O2- Na2O、 CaO 類型 10-3 氧化物 形成 類 型 在空氣中 直接形成 間接形成 正常氧化物 Li、 Be、 Mg A、 A族 Ca、 Sr、 Ba 所有元素 過氧化物 Na 除 Be外的 所有元素 超氧化物 Na、 K、 Rb、 Cs 除 Be、 Mg、 Li外所有元素 10-3 氧化物 10-3-1 正常氧化 物 10-3-1 正常氧化物 Li2

17、O Na2O K2O Rb2O Cs2O 顏色 白色 白色 淡黃色 亮黃色 橙紅色 熔點 / 1700 1275 350(分解 ) 400(分解 ) 400(分解 ) BeO MgO CaO SrO BaO 熔點 / 2530 2852 2614 2430 1918 硬度 (金剛石 =10) 9 5.6 4.5 3.5 3.3 M-O核間 距 /pm 165 210 240 257 277 堿土金屬的氧化物均為白色 在水中溶解度一般較小 由于陰、陽離子帶兩個單位電荷， M-O核間距較小， MO具有較大晶 格能，所以硬度大，熔點高。 具有反射放射性射線的能力， 常用作原子反應堆外壁磚塊材料。 常

18、用來制造耐火材料和金屬陶瓷 是重要建筑材料； 可做熔礦劑； 制取電石的原料 1. 在堿性介質(zhì)中是 強氧化劑 ,常用作熔礦劑 2. 室溫下，與水或稀酸反應生成 H2O2 例 Na2O2 + 2H2O 2NaOH + 2H2O2 Na2O2 + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O2 2KO2 + 2H2O 2KOH + 2H2O2 + O2 2KO2 + H2SO4 K2SO4 + 2H2O2 + O2 2H2O2 2H2O + O2 10-3-2 過氧化物和超氧化物 例 2Fe(CrO2)2+7Na2O2 4Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O 3. 與 CO2 反應放出 O2 例 2Na

19、2O2 + 2CO2 2Na2CO3 + O2 4KO2 + 2CO2 2K2CO3 + 3O2 10-3-2 過氧化物和超氧化物 Na2O2在熔融時不分解，遇到棉花、 木炭或鋁粉等還原劑時，會發(fā)生爆 炸，使用時應特別小心。 過氧化物和超氧化物常用做防毒面 具 、 高空飛行 、 潛水作業(yè)的供氧劑 。 10-3-2 過氧化物和超氧化物 MO3 MO2 + O2 1 2 10-3-3 臭氧化物 室溫下，緩慢分解為 MO2和 O2 與水反應生成 MOH和 O2 4MO3 + 2H2O 4MOH + 5O2 第四節(jié)氫氧化物 第十章 堿金屬和堿土金屬元素 第四節(jié) 氫氧化物 無機化學多媒體電子教案 堿金屬

20、氫氧化物又稱為苛性堿 因它對纖維、皮膚有強烈腐蝕作用 10-4 堿金屬和堿土金屬氫氧化物 易潮解 在空氣中吸收 CO2生成碳酸鹽 均為白色固體 10-4-1 堿金屬和堿土金屬 氫氧化物的堿性 * LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中強堿 強堿 強堿 強堿 強堿 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 兩性 中強堿 強堿 強堿 強堿 與酸反應 Be(OH)2 + 2H+ Be2+ + 2H2O 與堿反應 Be(OH)2+ 2OH- Be(OH)42- 10-4-2 堿金屬和堿土金屬 氫氧化物的溶解性 隨著陽離子半徑的增大 ,陽離子與陰離子之

21、間的吸引力減小 ,易被水分子拆開的緣故。 堿金屬的氫氧化物易溶于水， 但 LiOH溶解度較小。 溶解度 堿土金屬的氫氧化物 堿金屬氫氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr (OH)2 Ba (OH)2 溶解度增大 因為 離子半徑 M( ) M( ) 使陽離子與陰離子之間吸引力 M( ) M( ) R 的 大，使 OH鍵極性增強，則為酸式解離 R 的 小，使 RO鍵極性增強，則為堿式解離 RO- + H+ R O H R+ + OH- 酸式解離 堿式解離 R O H 在水中解離方式 氧化物水合物通式 R(OH)n R O H 解離方式取決于 R+的極化作用 陽離子電荷 陽離

22、子半徑 離子勢 ( ) = 氫氧化物酸堿性遞變規(guī)律 R-O規(guī)律 值 10 R-O-H酸堿性 堿性 兩性 酸性 例 第三周期元素氧化物水合物的酸堿性 最強酸 16.1 0.027 HClO4 Cl 強酸 14.4 0.029 H2SO4 S 中強酸 11.5 0.038 H3PO4 P 弱酸 10 0.040 H2SiO3 Si 兩性 7.49 0.0535 Al(OH)3 Al 中強堿 5.27 0.072 Mg(OH)2 Mg 強堿 3.13 0.102 NaOH Na 酸堿性 值 Rn+半徑 /(nm) 氧化物水合物 元素 氫氧化物酸堿性遞變規(guī)律 R-O規(guī)律 氫氧化物酸堿性遞變規(guī)律 R-O

23、規(guī)律 值 10 R-O-H酸堿性 堿性 兩性 酸性 返回 強堿 3.83 0.136 Ba 強堿 4.12 0.118 Sr 強堿 4.47 0.100 Ca 中強堿 5.27 0.072 Mg 兩性 6.67 0.045 Be(OH)2 Be 酸堿性 值 Rn2+半徑 氫氧化物 元素 例 堿土金屬元素氫氧化物的酸堿性 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 第五節(jié)鹽類 第十章 堿金屬和堿土金屬元素 第五節(jié) 鹽 類 無機化學多媒體電子教案 10-5 鹽類的性質(zhì) 絕大多數(shù)堿金屬、堿土金屬鹽類的晶體 屬于 離子晶體 ，熔、沸點較高。常溫下 是固體，熔化時能導電。 堿金屬、堿

24、土金屬與 無色陰離子 形成的 化合物是 無色或白色 ； 堿金屬、堿土金屬與 有色陰離子 形成的 化合物常呈 陰離子的顏色 。 如 鹵化物 、 硝酸鹽 、 碳酸鹽 、 硫酸鹽等為無色 BaCrO4為黃色、 KMnO4為紫色 鈹與易變形的陰離子的化合物為 共價 化合物 因為 Be2+半徑小，電荷較多，極化力較強。 如 BeCl2是共價化合物 ： 熔點低、易升華、能溶于有機溶劑中。 一般來說，堿金屬和堿土金屬鹽具有 較高的熱穩(wěn)定性 一般來說，堿金屬鹽 易溶于水 ； 堿土金屬：鈹鹽 大多數(shù)易溶 ， 鎂鹽 部分易溶 ， 鈣、鍶、鋇鹽 多為難溶 但硝酸鹽熱穩(wěn)定性較差 如 4LiNO3 2Li2O + 4N

25、O2+ O2 2NaNO3 2NaNO2 + O2 830 650 鈹鹽和可溶性鋇鹽 有毒 10-5 鹽類的性質(zhì) K+、 Na+、 Mg2+、 Ca2+、 Ba2+的鑒定 離子 鑒定試劑 鑒 定 反 應 Na+ KH2SbO4 Na + + H2SbO4- NaH2SbO4(白色 ) K+ Na3Co(NO2)6 2K+ + Na+ +Co(NO2)63- K2NaCo(NO2)6 (亮黃） Mg2+ 鎂試劑 Mg2+ +鎂試劑 天藍色 Ca2+ (NH4)2C2O4 Ca2+ + C2O42- CaC2O4 (白色 ) Ba2+ K2CrO4 Ba2+ +CrO42- BaCrO4 (黃色 ) 中性或弱堿性 中性或弱酸性 堿性