堿金屬和堿土金屬.ppt

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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、Na、K、Mg8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、Mg11種常量元素約占人體質(zhì)量的99.95％。,普通元素和稀有元素,元素的豐度與分類,s區(qū)元素概述,ⅠA：Li、Na、K、Rb、Cs、(Fr)——堿金屬ns1ⅡA:Be、Mg、Ca、Sr、Ba、(Ra)——堿土金屬ns2⑴金屬活性堿金屬>堿土金屬⑵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(jià)性。,s區(qū)元素的基本性質(zhì),LiBeNaMgKCaRbCsCsBa,原子半徑增大金屬性、還原性增強(qiáng)電離能、電負(fù)性減小,,,原子半徑減小金屬性、還原性減弱電離能、電負(fù)性增大,一、物理性質(zhì)通性銀白色光澤,熔沸點(diǎn)低，硬度小，密度小，導(dǎo)電性好，延展性好。1.儲(chǔ)存：Li(ρ=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。2.切割：除Be、Mg外，余皆可用刀切割。最軟Cs（硬度0.2）.3.光電效應(yīng)：Rb,Cs（電子活性極高）－自動(dòng)開(kāi)關(guān)門4.液態(tài)合金：K-Na;Na-Hg,s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(guò)研磨生成合金，俗稱汞齊。鈉汞齊是最常見(jiàn)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(guò)鈉汞齊的生成，可以控制一些鈉的劇烈反應(yīng)程度。,（ⅠA）2M+2H2O→2MOH+H2↑LiNaKRbCs,,強(qiáng),現(xiàn)象：難熔熔球H2燃燒爆炸[思考]Li的Eθ最小，但與水的反應(yīng)活性最弱Li熔點(diǎn)高，生成的LiOH難熔,二、化學(xué)性質(zhì),1.與水反應(yīng),LiNaK,ⅡAM+2H2O→M(OH)2+H2↑BeMgCaSrBa,,強(qiáng),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,3.作冶金、無(wú)機(jī)合成、有機(jī)合成的還原劑,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(shí)能緩慢釋放H2。,2Na(s)+2NH3(l)→2Na+(am)+2NH2-(am)+H2(g)M(S)→M+(am)+е－(am)（深藍(lán)色)[在-33液氨溶劑中]–強(qiáng)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(wú)色火焰中灼燒時(shí)，能使火焰呈現(xiàn)出一定顏色，可鑒定單個(gè)離子。,Li:紅色,Na:黃色,K、Rb、Cs：紫色（通過(guò)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(hào)劑和煙火劑,機(jī)理：金屬原子的電子受高溫火焰的激發(fā)而躍遷到高能級(jí)軌道上，當(dāng)電子從高能級(jí)軌道返回低能級(jí)軌道時(shí)，就會(huì)發(fā)射出一定波長(zhǎng)的光束，從而使火焰呈現(xiàn)出特征的顏色。,四、存在與制備1.存在：自然界無(wú)游離態(tài)。常見(jiàn)化合物俗名：芒硝(Na2SO410H2O)、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(diǎn)低）+助熔劑,助熔劑CaCl2的作用A）降低電解質(zhì)的熔點(diǎn)，防止鈉揮發(fā).（熔點(diǎn)：NaCl，1073K;Na：熔點(diǎn)371K；沸點(diǎn)1156K;混合鹽，873K.）,B）減小Na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(guò)程中產(chǎn)生的KO2和K會(huì)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？,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(diǎn)較高，熔融時(shí)能導(dǎo)電，可做儲(chǔ)氫材料和還原劑,二、氧化物正常氧化物過(guò)氧化物超氧化物臭氧化物ⅠANa2ONa2O2NaO2KO3ⅡACaOCaO2CaO4,過(guò)氧化物(O22-)超氧化物(O2-),[-O-O-]2－,(O2-),金屬氧化物*堿金屬在空氣中充分燃燒的產(chǎn)物,*堿土金屬在空氣中充分燃燒,MO均白色粉末,較穩(wěn)定。CaO,SrO,BaO溶于水,放熱。,Ca在空氣中充分燃燒的產(chǎn)物溶于水有何現(xiàn)象？,⑴普通氧化物,性質(zhì)：Li2ONa2OK2ORb2OCs2O顏色白白淡黃亮黃橙紅穩(wěn)定性較穩(wěn)定熔點(diǎn)前即分解,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(diǎn)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(diǎn)比堿金屬氧化物的熔點(diǎn)高得多。,堿土金屬的氧化物可通過(guò)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。,⑵過(guò)氧化物Na2O2:2Na+O2→Na2O2(淡黃粉末）,堿性條件下為強(qiáng)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(guò)氧化物。最重要的是Na2O2，CaO2和BaO2。,實(shí)驗(yàn)室制H2O2的方法,⑶超氧化物只有半徑大的陽(yáng)離子的超氧化物穩(wěn)定，同族的從上至下熔點(diǎn)依次升高K(Rb、Cs)+O2→MO2（橙黃，深棕，深黃）(過(guò))超氧化物廣泛用做引火劑、供氧劑、漂白劑。⑷臭氧化物(KO3、RbO3、CsO3)3KOH(s)+2O3(g)→2KO3(s)+KOHH2O(s)+1/2O2(g)RO3不穩(wěn)定→RO2+O24MO3+2H2O→4MOH+5O2↑,三、氫氧化物,1.堿金屬氫氧化物物理性質(zhì)：⑴白色固體，除LiOH外，均易溶于水并放出大量熱。⑵固體在空氣中易吸濕潮解，NaOH可用做干燥劑。⑶對(duì)纖維、皮膚及其它有機(jī)物具有強(qiáng)腐蝕性-苛性堿（熔融或蒸濃NaOH時(shí)，可用Ag、Ni或Fe制容器）。LiOHNaOHKOHRbOHCsOH堿性中強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)水溶性難易易易易,2.堿土金屬氫氧化物Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2兩性中強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)難溶難溶微溶易溶易溶,判斷主族金屬氫氧化物的經(jīng)驗(yàn)公式,RO-+H+←ROH→R++OH-,R的φ值越大，靜電引力越強(qiáng)，R吸引氧原子電子云的能力越強(qiáng)，ROH的酸性越強(qiáng)。,四、鹽類,1.晶體類型LiCl、BeCl2等共價(jià)，余多離子型,熔沸點(diǎn)較高。2.顏色M+、M2+無(wú)論晶體還是水溶液均無(wú)色.若與之結(jié)合的陰離子（不包括X-）無(wú)色，則鹽無(wú)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,堿土金屬鹽:M(NO3)2、M(ClO3)2、M(ClO4)2、M(Ac)2、MX2(X=Cl,Br,I)、BeF2、BeSO4、BeCrO4、MgSO4、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??；氟化物溶解度依次增大。,3.碳酸鹽易溶于過(guò)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難溶于水易溶于強(qiáng)酸.CaC2O4+H+→Ca2++HC2O4-2BaCrO4+2H+→2Ba2++Cr2O72-+H2O,4.熱穩(wěn)定性,含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性：陽(yáng)離子電荷越高，半徑越小，極化能力越強(qiáng)，其含氧酸鹽越不穩(wěn)定，分解溫度越低。如MgCO3的分解溫度為5400C；MgCO3：9000C；BaCO3：13600C。,鋰和堿土金屬離子的極化能力較強(qiáng)，硝酸鹽的分解產(chǎn)物為金屬氧化物、二氧化氮和氧氣。,,5.形成結(jié)晶水合物的傾向堿金屬LiNaKRbCs,M+離子半徑越小，作用于水分子的電場(chǎng)越強(qiáng)，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：BeCl24H2O→BeO+2HCl+3H2OMgCl26H2O→Mg(OH)Cl→MgO,7.形成復(fù)鹽的能力光鹵石類：MClMgCl26H2OM=K+、Rb+、Cs+,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(qiáng),表現(xiàn)出與Na和K等的不同性質(zhì),它與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(wú)此性質(zhì);*Li,Mg結(jié)晶水合氯化物，受熱分解時(shí)水解.問(wèn)題:LiH的穩(wěn)定和LiOH,Li2CO3,LiNO3等的不穩(wěn)定原因,都是因?yàn)長(zhǎng)i的半徑小,極化作用大.差別是什么?極化使Li-H鍵增強(qiáng),所以LiH穩(wěn)定,而含氧酸鹽中,極化加強(qiáng)了Li-O鍵,削弱了O和其它原子間的鍵強(qiáng),因而易分解:Li2CO3---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,,非金屬性增強(qiáng),,金屬性增強(qiáng),,,,五、對(duì)角線規(guī)則,鈹和鋁的相似性,IIA族的Be也很特殊,其性質(zhì)和IIIA族中的Al有些相近: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;無(wú)水氯化物BeCl2,AlCl3共價(jià)成份大,可溶于醇、醚、易升華,其余IIA族的MCl2是離子晶體;Be,Al和冷濃HNO3接觸時(shí),鈍化,其余IIA族金屬易于和HNO3反應(yīng).Li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(duì)角線)規(guī)律.,作業(yè),12-1(1,3,5,6,7,8)12-5(2)12-1112-13,