堿金屬、堿土金屬

1、第第 12 章章堿金屬和堿土金屬堿金屬和堿土金屬12 1 金屬單質(zhì)金屬單質(zhì)12 1 1 物理性質(zhì)物理性質(zhì) IA Li Na K Rb Cs ns1 1IIA BeMgCa SrBans22 這些金屬單質(zhì)都具有銀白色這些金屬單質(zhì)都具有銀白色的金屬光澤，具有良好的導電性的金屬光澤，具有良好的導電性和延展性。和延展性。 由于堿土金屬的金屬鍵比堿金由于堿土金屬的金屬鍵比堿金屬的金屬鍵要強，所以堿土金屬屬的金屬鍵要強，所以堿土金屬的熔沸點、硬度、密度都比堿金的熔沸點、硬度、密度都比堿金屬高得多。屬高得多。 堿金屬和堿土金屬都是非?；顫姷慕饘僭?，同族堿金屬和堿土金屬都是非?；顫姷慕饘僭?，同族從從 Li

2、 到到 Cs 和從和從 Be 到到 Ba 活潑性依次增強?；顫娦砸来卧鰪姟?堿金屬和堿土金屬都有很強的還原性，與許多非金堿金屬和堿土金屬都有很強的還原性，與許多非金屬單質(zhì)直接反應生成離子型化合物。在絕大多數(shù)化合物中屬單質(zhì)直接反應生成離子型化合物。在絕大多數(shù)化合物中，它們以陽離子形式存在。，它們以陽離子形式存在。12 1 2 化學性質(zhì)化學性質(zhì) 1 堿金屬、堿土金屬與水堿金屬、堿土金屬與水的作用的作用2 M 2 H2O 2 MOH H2 (g)M1 (xy) NH3 M1(NH3)y e(NH3)xM2 (2xy) NH3 M2(NH3)y2 2 e(NH3)x 2 堿金屬、堿土金屬與液氨堿金屬、

3、堿土金屬與液氨的作用的作用 長期放置或有催化劑存在：長期放置或有催化劑存在： 2 Na 2 NH3 2 NaNH2 H2氨合電子結構示意圖氨合電子結構示意圖 (1) 熔融鹽電解熔融鹽電解: 此法可制備此法可制備 Li、Na、Mg、Ca、Ba 問題：加入問題：加入CaCl2有何作用有何作用? (p798) (2) 高溫還原高溫還原: 此法制備此法制備 K、Rb、Cs KCl Na NaCl K(g) 2 RbCl Ca CaCl2 Rb (g) 2 CsCl Ca CaCl2 Cs (g) 問題問題: 不活潑的金屬為何可置換活潑金屬不活潑的金屬為何可置換活潑金屬? 12 1 3 金屬單質(zhì)的制備金

4、屬單質(zhì)的制備 鉀的沸點鉀的沸點(766 C)比鈉的比鈉的(890 C)低，當反應體系的低，當反應體系的溫度控制在兩沸點之間，使金屬鉀變成氣態(tài)，金屬鈉和溫度控制在兩沸點之間，使金屬鉀變成氣態(tài)，金屬鈉和KCl、NaCl 仍保持在液態(tài)，鉀由液態(tài)變成氣態(tài)，熵值大仍保持在液態(tài)，鉀由液態(tài)變成氣態(tài)，熵值大為增加，反應的為增加，反應的 TrSm 項變大，有利于項變大，有利于rGm變成負值使變成負值使反應向右進行。反應向右進行。 同時，鉀為蒸氣狀態(tài)，設法使其不斷離開反應體系，同時，鉀為蒸氣狀態(tài)，設法使其不斷離開反應體系，讓體系中其分壓始終保持在較小的數(shù)值，有利于反應向右讓體系中其分壓始終保持在較小的數(shù)值，有利于

5、反應向右進行。進行。 12 2 含氧化合物含氧化合物12 2 1 氧化物氧化物 堿金屬形成三類氧化物：堿金屬形成三類氧化物： 正常氧化物正常氧化物(O2) 過氧化物過氧化物(O22) 超氧化物超氧化物(O2) 堿土金屬的氧化物可以通過其碳酸鹽、氫氧化物、堿土金屬的氧化物可以通過其碳酸鹽、氫氧化物、 硝酸鹽或硫酸鹽的熱分解來制備。硝酸鹽或硫酸鹽的熱分解來制備。 氧化物熱穩(wěn)定性總的趨勢是，同族從上到下依次降氧化物熱穩(wěn)定性總的趨勢是，同族從上到下依次降 低，熔點也按此順序降低。低，熔點也按此順序降低。(p800,mp:) 堿土金屬離子半徑較小，電荷高，其氧化物的晶格能堿土金屬離子半徑較小，電荷高，其

6、氧化物的晶格能大，因而其熔點比堿金屬氧化物的熔點高得多。大，因而其熔點比堿金屬氧化物的熔點高得多。 鋰以外的堿金屬氧化物的制備一般可以用堿金屬單質(zhì)鋰以外的堿金屬氧化物的制備一般可以用堿金屬單質(zhì)或疊氮化物還原其過氧化物、硝酸鹽或亞硝酸鹽制備?；虔B氮化物還原其過氧化物、硝酸鹽或亞硝酸鹽制備。12 2 2 氫氧化物氫氧化物 1 氫氧化物性質(zhì)氫氧化物性質(zhì) 堿金屬和堿土金屬的氫氧化物都是白色固體。堿金屬和堿土金屬的氫氧化物都是白色固體。 Be(OH)2為兩性氫氧化物，為兩性氫氧化物，LiOH和和Be(OH)2為中強為中強堿，其余氫氧化物都是堿，其余氫氧化物都是強堿強堿。 堿金屬的氫氧化物都堿金屬的氫氧化

7、物都易溶于水，在空氣中很容易吸，在空氣中很容易吸潮，它們?nèi)芙庥谒畷r放出大量的熱。除氫氧化鋰的溶解潮，它們?nèi)芙庥谒畷r放出大量的熱。除氫氧化鋰的溶解度稍小外，其余的堿金屬氫氧化物在常溫下可以形成很度稍小外，其余的堿金屬氫氧化物在常溫下可以形成很濃的溶液。溶解以后濃的溶液。溶解以后全部電離全部電離。 2 氫氧化物酸堿性判斷標準氫氧化物酸堿性判斷標準 R拉電子能力與離子勢有關拉電子能力與離子勢有關: Z/r (r以以pm為單位為單位) 解離方式與解離方式與 拉電子能力有關拉電子能力有關 0.22 0.32 兩性兩性 0.22 堿性堿性 0.32 酸性酸性 ROHRO H R OH LiOH 0.12

8、0.25 Be(OH)2 NaOH 0.10 0.18 Mg(OH)2KOH 0.09 0.15 Ca(OH)2RbOH 0.08 0.13 Sr(OH)2CsOH 0.07 0.12 Ba(OH)2 堿金屬氫氧化物均為堿性，堿金屬氫氧化物均為堿性，Be(OH)2為兩性，為兩性， 其它堿土金屬氫氧化物為堿性。其它堿土金屬氫氧化物為堿性。 12 3 鹽類鹽類12 3 1 鹽類的共同特點鹽類的共同特點重要鹽類：鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽重要鹽類：鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽(1) 晶體類型：絕大多數(shù)是離子晶體，晶體類型：絕大多數(shù)是離子晶體， 但堿土金屬鹵化物有一定的共價性。但堿土金屬鹵化物有

9、一定的共價性。(2 ) 一般無色或白色。一般無色或白色。(3) 溶解度：堿金屬鹽類一般易溶于水；溶解度：堿金屬鹽類一般易溶于水； 堿土金屬鹽除鹵化物、硝酸鹽外多數(shù)難溶。堿土金屬鹽除鹵化物、硝酸鹽外多數(shù)難溶。(4) 熱穩(wěn)定性：較高熱穩(wěn)定性：較高。12 3 2 鹽類的溶解性鹽類的溶解性 (1) IA鹽類易溶為主，難溶的有：鹽類易溶為主，難溶的有：NaAcZn(Ac)23UO2(Ac)29H2O、 NaSb(OH)6、KClO4、 Li3PO4、 K2PtCl6、 K2NaCo(ONO)6亮黃、亮黃、KB(C6H5)4（白色）（白色） 難溶鹽往往是在與大陰離子相配時出現(xiàn)。難溶鹽往往是在與大陰離子相配

10、時出現(xiàn)。 (2) IIA鹽類難溶居多，常見鹽類除氯化物、硝酸鹽、鹽類難溶居多，常見鹽類除氯化物、硝酸鹽、 MgSO4、MgCrO4外，其他難溶，如外，其他難溶，如MCO3、 MC2O4、M3(PO4)2、MSO4、 MCrO4 鈉鹽和鉀鹽的差異鈉鹽和鉀鹽的差異1、溶解度、溶解度2、吸濕性、吸濕性3、結晶水、結晶水Li幾乎全部、幾乎全部、Na 鹽鹽75% 鉀鹽鉀鹽25%水合水合焰色反應：焰色反應：晶型：晶型：形成復鹽：形成復鹽：Li除外均可形成復鹽。除外均可形成復鹽。熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性：重要的鹽：重要的鹽：BeX2 、 Mg（Ca、Ba）Cl2 、CaF2 碳酸正碳酸正鹽、酸式鹽。等鹽、酸式鹽。

11、等Na2SO410H2O芒硝、芒硝、CaSO42H2O石膏、石膏、BaSO4重晶石、重晶石、MgSO47H2O硫酸鎂硫酸鎂 (3) 離子型鹽類溶解度的定性判斷標準離子型鹽類溶解度的定性判斷標準 巴素洛規(guī)則：陰陽離子電荷絕對值相同巴素洛規(guī)則：陰陽離子電荷絕對值相同, 陰陽離子半徑陰陽離子半徑 較為接近則難溶，否則，易溶。較為接近則難溶，否則，易溶。 比較一下兩組溶解度：比較一下兩組溶解度：LiF LiIBaSO4 BeSO4 MCO3(s) MO(s) CO2 碳酸鹽的熱穩(wěn)定性取決于碳酸鹽的熱穩(wěn)定性取決于M離子的反極化能力離子的反極化能力愈愈來來愈愈難難分分解解物質(zhì)物質(zhì)BeCO3MgCO3CaC

12、O3SrCO3 BaCO3分解溫度分解溫度 / K298813118315631663 12 4 鋰的特殊性及對角線規(guī)則鋰的特殊性及對角線規(guī)則 鋰與同族的元素不類似，而和鎂類似。鋰與同族的元素不類似，而和鎂類似。12 4 1 化合物的溶解性化合物的溶解性 鋰和鎂的氫氧化物鋰和鎂的氫氧化物LiOH和和Mg(OH)2的溶解度都很小，的溶解度都很小，而其它堿金屬氫氧化物都易溶于水。而其它堿金屬氫氧化物都易溶于水。 鋰與鎂的氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽都是難溶鹽，而鋰與鎂的氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽都是難溶鹽，而堿金屬的氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽都易溶于水。例如，氟堿金屬的氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽都易溶于水。例如，氟

13、化鈉的溶解度約是氟化鋰的化鈉的溶解度約是氟化鋰的10倍，磷酸鈉的溶解度約是磷倍，磷酸鈉的溶解度約是磷酸鋰的酸鋰的200倍。倍。12 4 2 Li、Mg 的相似性一些反應的相似性一些反應 4 Li O2 2 Li2 O 2 Mg O2 2 MgO 6 Li N2 2 Li3N 3 Mg N2 Mg3N2 2 Mg(NO3)2 2 MgO 4 NO2 O2 4 LiNO3 2 Li2O 4 NO2 O2 2 NaNO3 2 NaNO2 O2 LiClH2O LiOH HCl MgCl26H2O Mg(OH)Cl HCl 5 H2O Mg(OH)Cl MgO HCl12 4 3 對角線規(guī)則對角線規(guī)則

14、CSiLiNaBeMgBAl 以上三對處于對角線上的元素及其化合物的性質(zhì)有許以上三對處于對角線上的元素及其化合物的性質(zhì)有許多相似之處，叫做對角線規(guī)則。多相似之處，叫做對角線規(guī)則。 這是由于對角線位置上的鄰近兩個元素的電荷數(shù)和半這是由于對角線位置上的鄰近兩個元素的電荷數(shù)和半徑對極化作用的影響恰好相反，使得它們離子極化力相近徑對極化作用的影響恰好相反，使得它們離子極化力相近而引起的。而引起的。12 4 4 為什么為什么E (Li/Li)特別負特別負? E (Li/Li) 3.05 V E (Na/Na) 2.72 VE (K/K) 2.92 V rH H升升(M) I1(M) Hh(M) Hh(H) I1(H) 1/2 D(H2)I1(M)I1(H)M(g) H (g)M(g) H (g)HhHh1/2DH升升 M (s) H (aq) M (aq) 1/2 H2rH E(Li/Li) 特別負是主要是由于鋰離子半徑小，水合特別負是主要是由于鋰離子半徑小，水合作用強，水合熱特別大的緣故。作用強，水合熱特別大的緣故。 性性 質(zhì)質(zhì)H升升/kJmol1I(M)/kJmol1Hh(M)/kJmol1H (M) /kJmol1H (H) /kJmol1總焓變總焓變Hm