《碱金属和碱土金属》PPT课件.ppt

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1、 本章要求1了解了解 s 区元素的物理性质。区元素的物理性质。6掌握对角线规则和锂、铍的特殊性。掌握对角线规则和锂、铍的特殊性。5掌握碳酸盐的分解规律。掌握碳酸盐的分解规律。4掌握掌握 s 区元素的重要盐类化合物的性质，会用热力区元素的重要盐类化合物的性质，会用热力 学观点解释盐类溶解性。学观点解释盐类溶解性。3掌握掌握s区元素的氢化物、氧化物、氢氧化物的性质，区元素的氢化物、氧化物、氢氧化物的性质，掌握氢氧化物的碱性变化规律。掌握氢氧化物的碱性变化规律。2了解主要元素单质的制备了解主要元素单质的制备,掌握钾和钠制备方法。掌握钾和钠制备方法。第1章 碱金属与碱土金属 Humphry Davy(

2、戴维17781829)利用利用电解法制取了金属电解法制取了金属K、Na、Ca、Mg、Sr、Ba，确认氯气是一种元素，确认氯气是一种元素，氢是一切酸类不，氢是一切酸类不可缺少的要素，为化学做出了杰出贡献。可缺少的要素，为化学做出了杰出贡献。1.1 概述 IAIAIIAIIAIIIBIIIBIVBIVBVBVBVIBVIBVIIVIIB BVIIIBVIIIBIBIBIIBIIBIIIAIIIAIVAIVAVAVAVIAVIAVIIVIIA AVIIIVIIIA A1 1HHeHe2 2LiBe B BC CN NOOF FNeNe3 3NaMgAlAlSiSiP PS SClClArAr4 4K

3、CaScScTiTiV VCrCrMMn nFeFeCoCoNiNiCuCuZnZnGaGaGeGeAsAsSeSeBrBrKrKr5 5RbSrY YZrZrNbNbMoMoTcTcRuRuRhRhPdPdAgAgCdCdInInSnSnSbSbTeTeI IXeXe6 6CsBaLaLaHfHfTaTaWWReReOsOsIrIrPtPtAuAuHgHgTlTlPbPbBiBiPoPoAtAtRnRn7 7FrRaAcAcRfRfDbDbSgSgBhBhHsHsMtMtDsDsRgRgCnCnLaLaCeCePrPrNdNdPmPmSmSmEuEuGdGdTbTbDyDyHoHoErErT

4、mTmYbYbLuLuAcAcThThPaPaU UNpNpPuPuAmAmCmCmBkBkCfCfEsEsFmFmMdMdNoNoLrLr元素周期表碱金属(IA)：ns1 Li,Na,K,Rb,Cs,Fr碱土金属(IIA)：ns2 Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra 都是活泼金属。都是活泼金属。1.1 概述1.易与H2直接化合成MH、MH2离子型化合物。2.是活泼金属，极易在空气中燃烧。与O2形成正常氧化物、过氧化物、超氧化物。3.易与H2O反应(除Be、Mg外)，生成相应氢氧化物（大多为强碱），与非金属作用形成相应的化合物（大多为离子型的，Li，Be的化合物多为共价型）。4.其盐类不发生水

5、解。注：它们的活泼性有差异通性：原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小IA IIALi BeNa MgK Ca Rb SrC s Ba ns1 ns2原子半径减小金属性、还原性减弱电离能、电负性增大NaLiK一、物理性质1.2 单质的性质BeMgCaSrBaRbCs单质的物理性质：有金属光泽密度小硬度小熔点低s区单质的熔点变化导电、导热性好Li2ONa2O2KO2镁带的燃烧二、化学性质1.单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO22.与其他非金属作用：单质与硫、氮、卤素反应，形成相应的化合物（一般为离子

6、型）。3.与水的作用：2 M+2 H2O =2 MOH+H2（g）4.碱金属、碱土金属与液氨的作用（1）低温纯液氨溶液M1(xy)NH3=M1(NH3)y e(NH3)x（蓝色）M2(2xy)NH3=M2(NH3)2y 2e(NH3)x（蓝色）（2）长时间放置或有催化剂时碱金属在液氨中的溶解度(-35)碱 金 属 元 素 M Li Na K Rb Cs 溶解度/(mol L-1)15.7 10.8 11.8 12.5 13.0 碱金属与液氨的反应很特别，在液氨中碱金属的溶解度达到了超出人们想象的程度.溶于液氨的反应如下：有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有同一吸收波长的蓝光。这暗示各种

7、金属的溶液中存在着某一共同具有的物种。后来实验这个物种是氨合电子，电子处于46个 NH3 的“空穴”中。溶液的蓝色由溶剂合电子跃迁引起。溶剂合电子此蓝色稀溶液具有顺磁性，并随碱金属浓度增加顺磁性降低。？Li Be B CNa Mg Al Si 1.对角线规则：A 族的Li与A族的Mg，A族的Be与A族的Al，A 族的B与A族的Si，这三对元素在周期表中处于对角线位置：相应的两元素及其化合物的性质有许多相似之处。这种相似性称为对角线规则。1.3 锂、铍的特殊性 对角线规则原因：Z/r 比较相似。2.锂与镁的相似性：单质与氧作用生成正常氧化物；加热时直接与氮气反应生成相应氮化物，其他碱金属不 能直

8、接与氮气作用。氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大；氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶；氯化物共价性较强，均能溶于有机溶剂中；碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物；水合氯化物晶体受热发生水解，生成氢氧化物和HCl。4Li+O2 =2Li2 O 2Mg+O2=2MgO2Mg(NO3)2=2MgO+4NO2+O2 4LiNO3=2Li2O+4NO2+O2 LiClH2O=LiOH+HClMgCl26H2O=Mg(OH)Cl+HCl+5H2O 6Li+N2=2Li3N 3Mg+N2=Mg3N2 MgO+HCl 两者都是活泼金属，在空气中易形成致密的氧化膜保护层 卤化物均有共价型：在蒸气中，在蒸气中，氯氯化物两

9、分子化物两分子缔缔合。合。氧化物的熔点和硬度都很高 两性元素，氢氧化物也属两性3.Be、Al 相似性Al(OH)3+OH=Al(OH)4 Be(OH)2+2OH=Be(OH)42 Al、Be金属可与浓硝酸形成钝化膜。3.Be、Al 相似性碳化物与水反应生成甲烷盐都易水解Be2C+4 H2O 2 Be(OH)2 +CH4 Al4C3+12 H2O 4 Al(OH)3 +3 CH4 3.B、Si 的相似性 自然界均以化合物形式存在 易形成配合物，如 HBF4 和 H2SiF6 卤化物易水解 由于BB和SiSi键能较小，烷的数目比 碳烷烃少得多，且易水解 H3BO3 和 H2SiO3 在水中溶解度不

10、大 氧化物是难熔固体。BO、SiO十分稳定十分稳定 单质为原子型晶体，为原子型晶体，易与强碱反应 s区元素的单质(除Be、Mg外)均能与氢形成离子型氢化物。LiH NaH KH RbH CsH NaCl-90.4 -57.3 -57.7-54.3 -49.3 -4411.均为白色晶体，热稳定性差/kJmol-11.4 氢化物2.还原性强 钛的冶炼：剧烈水解：V)23.2)/H(H(2-=-E3.形成配位氢化物铝氢化锂受潮时强烈水解，具有强还原性三类氧化物稳定性:O2-O2-O22-正常氧化物(O2-)：过氧化物(O22-)：超氧化物(O2-)1.5 氧化物一、普通氧化物 M2O，MO1、生成、

11、生成:在空气中燃烧 4Li+O2=2Li2O 2Mg+O2=2MgO室温下直接作用 2Ca+O2=2CaO还原 Na2O2+2Na=2Na2O 10K+2KNO3=6K2O+N2 3 NaN3+NaNO2=2Na2O+5 N2 盐分解 CaCO3=CaO+CO2 2Ba(NO3)2=2BaO+4NO2+O2 氢氧化物脱水 2LiOH=Li2O+H2O2 2）氧化物热稳定性、熔点）氧化物热稳定性、熔点()()Li(1570)Na(1275)K Rb Cs(490)Be(2578)Mg(2806)Ca Sr Ba(1973)降低降低氧化物氧化物Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜色颜色白色白色

12、白色白色淡黄色淡黄色亮黄色亮黄色橙红色橙红色氧化物氧化物BeOMgOCaOSrOBaO颜色颜色白色白色白色白色白色白色白色白色白色白色升 高2 2、性质、性质:1 1）氧化物颜色）氧化物颜色Li2O熔点高（其它的未到熔点已经分解），原因：Li半径小，晶格能大。3）水合作用:M2O+H2O=2MOH+Q，LiCs反应速度增加MO+H2O=M(OH)2+Q，BeO和 MgO不溶于水，CaBa反应速度增加 CaO吸收酒精中的水4）碱性：Na2O+CO2=Na2CO3 CaO+SiO2=CaSiO3，除矿渣反应3、应用：建筑材料，耐火材料，干燥剂，CO2吸收剂，碱。二、过氧化物:离子型化合物过氧化物M

13、2O2中含有过氧离子O22-或-O-O-2-。其分子轨道式如下：KK(2s)2(2s*)2(2p)2(2p)2(2p)2(2p*)2(2p*)2 成键和反键轨道大致抵消，由填充2p轨道的电子形成 一个 键,键级为1。M2O2 MO2 热稳定性热稳定性 Li Na Mg 低低 K Ca Rb Sr Cs Ba 高高 高高 低低取决于：半径大小的匹配程度，大配大稳定。能量效应：体积较大的过氧阴离子、超氧阴离子和臭氧阴离子更易被较大的金属阳离子所稳定。1、生成：在空气中燃烧 2Na+O2=Na2O2 4Na+O2=2Na2O 2Na2O+O2=2Na2O2控制氧气的量 2M+O2=MO2 M=Sr,

14、Ba和H2O2 作用 LiOHH2O+H2O2 LiOOH H2O Li2O2 2、性质：1）强碱性与水及酸反应 Na2O2+2H2O 2NaOH+H2O2 2NaOH+1/2O2+H2O冷冷热热453473K573673K Na2O2+H2SO4=Na2SO4+H2O2 BaO2+H2SO4=BaSO4+H2O2 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O22）氧化性）氧化性 Cr2O3难溶难溶+3Na2O2=2Na2CrO4易溶易溶+Na2O MnO+Na2O2=Na2MnO43）还原性）还原性 2 MnO4-+5 Na2O2+16H+=5O2+10Na+2Mn2+8H2O用做分解矿用做分

15、解矿石的熔剂石的熔剂用于防毒面用于防毒面具，高空飞具，高空飞行，潜艇行，潜艇实验室制实验室制备备H2O23、过氧化物的应用氧化剂，引火剂：避免与有机物、强还原剂混合漂白剂热熔剂使用耐碱金属容器，铁、镍器三、超氧化物 MO2 O2-MO2是钾、铷、铯在空气中燃烧的产物。KK(2s)2(2s*)2(2p)2(2p)2(2p)2(2p*)2(2p*)1 键级=1.5有色，KO2橙黄色，RbO2深棕色，CsO2深黄色顺磁性，强氧化性，碱性，不稳定性 2MO2+2H2O=H2O2+2MOH+O2 4MO2+2CO2=2M2CO3+3O2 4KO2=2K2O+3O2 应用：供氧剂四、臭氧化物 3KOH+2

16、O3=2KO3+KOHH2O(s)+1/2O2Rb,Cs进行相同的反应。缓慢分解 KO3=KO2+1/2O2过氧、超氧、臭氧化物的共性：强碱性，强氧化性，释放氧氧化物氧化物过氧化物过氧化物超氧化物和超氧化物和臭氧化物臭氧化物Li BeNa MgK CaRb SrCs Ba 碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。易吸水而潮解MOH易溶于水，并放出大量的热。碱土金属溶解度（20）氢氧化物Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 溶解度/molL-1 810-6 2.110-4 2.310-2 6.610-2 1.210-1溶解度增大1.6 氢氧化物 LiOH

17、 NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强 强 强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性 中强 强 强 强(箭头指向)碱性增强，溶解度增大。碱性2.氢氧化物酸碱性判断标准R拉电子能力与离子势有关:=Z/r(r以pm 为单位）LiOH Be(OH)2 NaOH Mg(OH)2 KOH Ca(OH)2 RbOH Sr(OH)2 CsOH Ba(OH)2ROHRO+H+=R+OH解离方式与拉电子能力有关 0.22 碱性碱性 0.22 0.32 两性两性 0.32 酸性酸性酸性增强酸性增强碱碱性性增增强强（1）晶体类型：绝大多数是离子晶体，但碱

18、土金属卤化物有一定的共价性。例如：Be2+极化力强，BeCl2已过渡为共价 化合物。离子性增强重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐。BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点/415 714 775 874 962 1.7 盐类1.特点（2）一般无色或白色。阳离子基本无色，盐的颜色取决于阴离子的颜色。（3）溶解度：A盐类易溶，A盐类难溶，一般与大直径阴离子相配时易形成难溶的A盐。A易溶为主难溶:K2PtCl6、NaSb(OH)6、KClO4、Li3PO4、K2NaCo(NO2)3A难溶为主如：MCO3、MC2O4、M3(PO4)2、MSO4、MCrO4碱土金属碳酸盐的稳

19、定性随金属离子半径的增大而增强。BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3T分/100 540 900 1290 1360稳定性 M2CO3 MCO32-M2+2.热稳定性940K2 KNO3(s)2 KNO2(s)+O2(g)硝酸盐热稳定性差。热稳定性取决于热稳定性取决于M离子对离子对O的反极化能力。的反极化能力。（C对对O的作用称为正极化）的作用称为正极化）3.复盐(1)(1)矾矾硫酸盐形成的复盐：硫酸盐形成的复盐：M2SO4MgSO46H2O M=K、Rb、Cs 软钾镁矾软钾镁矾 MM(SO4)26H2O KAl(SO4)26H2O (2)(2)光卤石：光卤石：MClMg

20、Cl26H2O 问：问：LiLi+为什么难以形成复盐？由于半径特别小。为什么难以形成复盐？由于半径特别小。4.焰色反应可以用来鉴定化合物中某元素的存在，特别是在野外。元 素 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 颜 色 深红 黄 紫 红紫 蓝 橙红 深红 绿波长/nm 670.8 589.2 766.5 780.0 455.5 714.9 687.8 553.5 1.8 应用1、锂电池：金属锂作为负极种类：Li-I2、Li-Ag2CrO4、Li-(CF)n、Li-MnO2、Li-SO2、LiO-SOCl2应用：心脏起搏器、电子手表、计算器、录音机、通信心脏起搏器、电子手表、计算器、录音

21、机、通信 设备、导弹点火等。设备、导弹点火等。正极（多种）：MnO2+Li+e LiMnO2电解质（多种）：有机溶剂+锂盐电池符号：电池符号：Li|LiClO4+有机溶剂有机溶剂|MnO2负极：Li-eLi+原理：2、锂离子电池锂离子电池由日本索尼公司于锂离子电池由日本索尼公司于19901990年最先开发成功年最先开发成功 负极：锂离子嵌入碳中负极：锂离子嵌入碳中 正极：正极：LixCoO2或或LixNiO2和和LixMnO4 电解液：电解液：LiPFLiPF6 6二乙烯碳酸酯（二乙烯碳酸酯（ECEC）二甲基碳酸酯（二甲基碳酸酯（DMCDMC）锂离子二次电池充放电时的反应式为锂离子二次电池充放

22、电时的反应式为 充电充电 LiCoO2 C=Li1xCoO2 LixC 放电放电3.盐湖无机盐工业的重要宝库 每升水中含盐量大于每升水中含盐量大于50g的湖泊称为盐湖。除主要成分氯的湖泊称为盐湖。除主要成分氯化钠外，盐湖其他成分有相当大的差异。可分为氯化物、硫酸化钠外，盐湖其他成分有相当大的差异。可分为氯化物、硫酸盐、碳酸盐三种类型，硫酸盐型又可分为硫酸镁和硫酸钠两个盐、碳酸盐三种类型，硫酸盐型又可分为硫酸镁和硫酸钠两个亚型。亚型。我国内蒙古以碳酸盐型盐湖为主，新疆以硫酸盐型盐湖我国内蒙古以碳酸盐型盐湖为主，新疆以硫酸盐型盐湖为主，青海柴达木盆地则以硫酸镁为主，青海柴达木盆地则以硫酸镁-氯化物

23、型为主；西藏则氯化物型为主；西藏则以碳酸盐以碳酸盐-硫酸盐型为主。硫酸盐型为主。不同类型的盐湖资源要采用不同的加工工艺，产品也不不同类型的盐湖资源要采用不同的加工工艺，产品也不同。除食盐外，通常盐湖资源的特色产品是钾盐、镁化合物、同。除食盐外，通常盐湖资源的特色产品是钾盐、镁化合物、硼酸和硼酸盐、溴硼酸和硼酸盐、溴(碘碘)及锂化合物等。及锂化合物等。1.9 专题讨论 锂的水合数与水合能(kJmol-1)r rM+M+r rM+(aq)M+(aq)n水合水合 H H水合水合 Li+78 340 25.3 530 Na+98 276 16.6 420 K+133 232 10.5 340 Rb+1

24、49 228 10.0 315 Cs+165 228 9.9 280 E Li+/Li特别负，为什么?E Li+/Li =3.05v E Na+/Na=2.72vE K+/K =2.93v1.锂的特殊性 Li Na KrH 279 239 251rS 51.3 74.6 104.7rG 294 261 282 E池池 +3.05 +2.71 +2.92EM+/M 3.05 +2.71 2.92 H升 I1 HhLi 161 520 522Na 108.5 496 406 K 90 419 322M(s)+H+(aq)M+(aq)+1/2 H2M(g)+H+(g)M+(g)+H(g)H升升(M)

25、Hh(H+)+I1(M)I1(H)+Hh(M+)1/2DH2 =H升(M)+I1(M)+Hh(M+)Hh(H+)+I1(H)+1/2DH2=H升+I1+Hh(M)438 rH=2.离子晶体盐类溶解性的判断标准（1）溶解自由能变：溶解自由能变：MX(s)=M+(aq)+X-(aq)s sG以溶解度以溶解度0.01 molL-1作为易溶和难溶的作为易溶和难溶的“界线界线”MX(s)=Mn(aq)Xn-(aq)(n=1或或2)KSP=MnXn-=(0.01)2=1104 则：则：Gs=-RTlnKSP=22.8 kJmol-1 Gs 22.8kJmol-1 属难溶盐。属难溶盐。1-1或或2-2型型

26、1-2或或2-1型型 1-3或或3-1型型 2-3或或3-2型型Gs界线界线kJmol-1 22.8 30.8 38.5 45.6 s sG MX(s)M+(aq)+X-(aq)（2）半定量规则：半定量规则：M+(g)+X-(g)G1 1G2 2s sG=G1 1+G2 2 =H1 1+H2 2-T(S S1 1+S S2 2)U U+Hh h 比较比较U U与与Hh h绝对值绝对值 H Hh h U U 溶解度溶解度KI KI -826-826 763763 12.212.2NaI NaI -711-711 703703 11.811.8 LiF LiF -1034-1034 1039103

27、9 0.10.1CsF CsF -779-779 730730 24.224.2溶溶解解度度增增大大溶溶解解度度减减小小（3）巴索洛规则：巴索洛规则：当阴、阳离子电荷绝对值相同当阴、阳离子电荷绝对值相同,阴、阳离子半径阴、阳离子半径较为接近则难溶，否则，易溶。较为接近则难溶，否则，易溶。F-、OH-SO42-、CrO42-、I-BaSO4 BeSO4LiF LiICsI CsF IAMClO4NaSb(OH)6K2PtCl6CuCl53-Cr(NH)63+IIA(1)熔融盐电解熔融盐电解:此法可制备此法可制备Li、Na、Mg、Ca、Ba 问题：加入问题：加入CaCl2有何作用有何作用?(2)高温还原高温还原:此法制备此法制备K、Rb、Cs KCl+Na=NaCl+K(g)不活泼的金属为何可置换活泼金属不活泼的金属为何可置换活泼金属?2RbCl+Ca=CaCl2+Rb(g)2CsCl+Ca=CaCl2+Cs(g)1.8 制备简介1.单质制备2.重晶石制备钡盐 600800 BaSO4+2C=BaS+2CO2 (或CO)BaSBaCl2BaSO4BaCO3Ba(OH)2+Ba(HS)2Ba(NO3)2HNO3Ba(NO3)2