無(wú)機(jī)化學(xué)10堿金屬與堿土金屬精品課件

1、高等教育出版社崔建中 魯凡麗 田昀 編制 崔建中 主編無(wú)機(jī)化學(xué)電子教案(第二版)第十章 堿金屬和 堿土金屬元素第十章 堿金屬和 堿土金屬元素第一節(jié) s區(qū)元素概述A011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgBBBBBBB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs

2、56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112UubA、A為s區(qū)元素 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(shí)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又稱為堿土金屬 Li、Rb、Sr、Be 是輕稀有元素Fr、Ra 是放射性元素10.1 s區(qū)元素概述ALiNaKRbCsFr鋰鈉鉀銣銫鈁ABeMgCaSrBaRa鈹鎂鈣鍶

3、鋇鐳堿金屬和堿土金屬的存在最重要的礦石是鋰輝石（LiAlSi2O6)10.1 s區(qū)元素概述ALiNaKRbCsFr鋰鈉鉀銣銫鈁ABeMgCaSrBaRa鈹鎂鈣鍶鋇鐳堿金屬和堿土金屬的存在主要以NaCl形式存在于海洋、鹽湖和巖石中主要礦物是鉀石礦(KClMgCl26H2O)我國(guó)青海鉀鹽儲(chǔ)量占全國(guó)96.8%10.1 s區(qū)元素概述10.1 s區(qū)元素概述堿金屬和堿土金屬的存在ALiNaKRbCsFr鋰鈉鉀銣銫鈁ABeMgCaSrBaRa鈹鎂鈣鍶鋇鐳主要礦物是綠柱石（3BeOAl2O3 6SiO2)主要以菱鎂石（MgCO3)、白云石MgCa(CO3)2存在主要以方解石(CaCO3)、石膏CaSO42H2

4、O)、 天青石(SrSO4)、碳酸鍶礦(SrCO3)、 重晶石(BaSO4)、毒重石(BaCO3) 等碳酸鹽、硫酸鹽形式存在第二節(jié) 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)第十章 堿金屬和堿土金屬元素10.2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)10.2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)A原子序數(shù)價(jià)電子構(gòu)型金屬半徑(pm)熔點(diǎn)()沸點(diǎn)()硬度(金剛石=10)Li (鋰)32s1152180.513420.6Na (鈉)113s118697.82882.90.4K (鉀)194s122763.257600.5Rb (銣)375s124838.896860.3Cs (銫)556s126528.40669.30.2 A原子序數(shù)價(jià)電子構(gòu)型金屬

5、半徑（pm）熔點(diǎn)()沸點(diǎn)()硬度(金剛石=10)Be (鈹)42s2111127829704Mg (鎂)123s2160648.811072.0Ca (鈣)204s219783914841.5Sr (鍶)385s221576913841.8Ba (鋇)566s22177251640-因?yàn)?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(diǎn)較低，硬度較小堿金屬和Ca、Sr、Ba均可用刀切割Cs是最軟的金屬 熔點(diǎn)低于人的體溫,放在手心里即可熔化 核電荷 原子半徑 熔、沸點(diǎn) 硬度 核電荷 原子半徑 熔、沸點(diǎn) 硬度為具有銀白色(銫為灰色)光澤的金屬10.2 堿金屬和堿土金

6、屬的性質(zhì) 密度 0.53 0.97 0.86 1.53 1.88(gcm-3) 密度 1.85 1.74 1.54 2.6 3.51 (gcm-3)A Li(鋰) Na(鈉) K(鉀) Rb(銣) Cs(銫)A Be(鈹) Mg(鎂) Ca(鈣) Sr(鍶) Ba(鋇)電負(fù)性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7電負(fù)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 +2E (M+/M) -3.04 -2.713 -2.924 (-2.98) (-3.026) (V)E (M2+/M) -1.99 -2.356 -2.84 -2.89

7、 -2.92 (V)氧化數(shù)與族號(hào)一致， 常見(jiàn)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(jià)性 *E (Li+/Li)反常，是由于Li+的半徑較小，易與水分子結(jié)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(lán)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(dǎo)電性 2. 與金屬本身相同的化學(xué)反應(yīng) 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

8、土金屬化學(xué)性質(zhì)活潑且 化學(xué)活潑性 堿金屬 堿土金屬10.2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)堿金屬和堿土金屬的一些重要反應(yīng)金屬反應(yīng)物質(zhì)反應(yīng)式堿金屬堿土金屬H22M + H2 2MH M + H2 MH2堿金屬Ca、Sr、BaMgH2O 2M + 2H2O 2MOH+H2 M + 2H2O M(OH)2+H2M + H2O(g) MO + H2堿金屬堿土金屬鹵素2M + X2 2MX M + X2 MX2LiMg、Ca、Sr、BaN26Li + N2 2Li3N3M + N2 M3N210.2 堿金屬和堿土金屬的性質(zhì)堿金屬和堿土金屬的一些重要反應(yīng)金屬反應(yīng)物質(zhì)反應(yīng)式堿金屬M(fèi)g、Ca、Sr、BaS 2M +

9、S M2S M + S MSLiNaK 、Rb、Cs堿土金屬Ca、Sr、BaO24Li + O2 2Li2O2Na + O2 Na2O2 M + O2 MO22M + O2 2MO M + O2 MO2堿金屬的制備一般采用電解熔融鹽的方法450下電解55%LiCl和 45%KCl的熔融混合物鋰580下電解40%NaCl和60%CaCl2的混合物 鈉850下，用金屬鈉還原氯化鉀鉀800左右、減壓下， 用鈣還原氯化物銣、銫堿金屬的制備一般采用電解熔融鹽的方法鈹1. 350-400下電解NaCl和 BeCl2的熔融鹽 2. 用鎂還原氯化鈹1. 先脫去水合氯化鎂所含 的水，再電解2. 硅熱還原 2(M

10、gOCaO)+FeSi 2Mg+Ca2SiO4+Fe 鎂堿金屬的制備一般采用電解熔融鹽的方法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E (Li+/Li)可用焓變粗略估計(jì) M(s) + H+(aq) M+(aq) + H2(g)12 rGm = -zF = -zFE (H+/H2) - E (Li+/Li) = zFE (Li+/Li)E對(duì)堿金屬若不考慮rSm 的影響可用rHm代替rGm 12rHm =subHm + I1(M) + hHm (M+) + -hHm (H+) - D (H-H) -

11、I1(H)rHm 的計(jì)算M(s) + H+(aq) H2(g) + M+(aq)rHm-hHm(H+)H+(g) + e- H(g)-I1(H)- D (H-H)M(g) M+(g) +e-I1(M)12 subHmhHm (M+)由上式可計(jì)算堿金屬在水溶液中轉(zhuǎn)變?yōu)樗想x子過(guò)程的rHm堿金屬轉(zhuǎn)變?yōu)樗想x子過(guò)程的有關(guān)數(shù)據(jù) 由上可看出， 雖然subHm(Li) 和I1(Li)較大， 但hHm (Li+) 較小，即Li+水合過(guò)程放出的能量特別大，而導(dǎo)致rHm(Li)最小， rGm 最小， 故E (Li+/Li)最小。 -246-241-250-241-275rHm /(kJmol-1)-264-29

12、3-322-409-519hHm (M+)/(kJmol-1)376403419496520 I1(M)/(kJmol-1)78.885.890108.7161subHm(M)/(kJmol-1)CsRbKNaLi 第十章 堿金屬和 堿土金屬元素第三節(jié) 氫化物10.3 氫化物2M + H2 2MH (M代表堿金屬)M + H2 MH2(M代表Ca、Sr、Ba) 制備注意1. 離子型氫化物2. 純離子型氫化物都是白色晶體;不純的通常為淺灰色至黑色, 其性質(zhì)類似鹽, 又稱為類鹽型氫化物。 3. 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高，熔融時(shí)能夠?qū)щ姡涿芏榷急认鄳?yīng)的金屬的密度大得多。 10.3 氫化物性質(zhì)易與水反應(yīng)而產(chǎn)生

13、氫氣 LiH + H2O LiOH + H2 CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2強(qiáng)還原性 TiCl4 + 4NaH Ti + 4NaCl + 2H2受熱時(shí)可以分解為氫氣和游離金屬 2MH 2M + H2 MH2 M + H210.3 氫化物性質(zhì)可形成復(fù)合氫化物 4LiH + AlCl3LiA1H4 +4H2O LiOH +Al(OH)3 +4H2LiAlH4 + 3LiCl第十章 堿金屬和 堿土金屬元素第四節(jié) 氧化物10.4 氧化物 類型類型氧化數(shù)氧存在形式舉 例過(guò)氧化物-1O2Na2O2、CaO2超氧化物-1/2O2 KO2 臭氧化物-1/3O3KO3低氧化物Cs7O正常氧化

14、物-2ONa2O、CaO2-2-10.4 氧化物 類 型在空氣中 直接形成間接形成正常氧化物L(fēng)i、Be、Mg、Ca、Sr、BaA、A族所有元素 過(guò)氧化物Na除Be外的 所有元素超氧化物 Na、K、Rb、Cs除Be、Mg、Li外所有元素形成10.4 氧化物10.4.1 正常氧化物 Li2ONa2OK2ORb2OCs2O顏色白色白色淡黃色亮黃色橙紅色熔點(diǎn)分解)400(分解)400(分解)BeOMgOCaOSrOBaO熔點(diǎn)/25302852261424301918硬度(金剛石=10)95.64.53.53.3M-O核間距/pm165210240257277由于陰、陽(yáng)離子帶兩

15、個(gè)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(diǎn)高。是重要建筑材料；可做熔礦劑；制取電石的原料常用來(lái)制造耐火材料和金屬陶瓷具有反射放射性射線的能力，常用作原子反應(yīng)堆外壁磚塊材料。堿土金屬的氧化物均為白色 在水中溶解度一般較小10.4.2 過(guò)氧化物和超氧化物 1. 在堿性介質(zhì)中是強(qiáng)氧化劑,常用作熔礦劑例 2Fe(CrO2)2+7Na2O2 4Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O2. 室溫下，與水或稀酸反應(yīng)生成H2O2例 Na2O2 + 2H2O 2NaOH + H2O2 Na2O2 + H2SO4 Na2SO4 + H2O2 2KO2 + 2H2O 2KOH + H2O2 +

16、 O2 2KO2 + H2SO4 K2SO4 + H2O2 + O22H2O2 2H2O + O210.4.2 過(guò)氧化物和超氧化物 3. 與CO2 反應(yīng)放出O2 例 2Na2O2 + 2CO2 2Na2CO3 + O24KO2 + 2CO2 2K2CO3 + 3O210.4.2 過(guò)氧化物和超氧化物 Na2O2在熔融時(shí)不分解，遇到棉花、木炭或鋁粉等還原劑時(shí)，會(huì)發(fā)生爆炸，使用時(shí)應(yīng)特別小心。過(guò)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。10.4.3 臭氧化物 與水反應(yīng)生成MOH和O24MO3 + 2H2O 4MOH + 5O2室溫下，緩慢分解為MO2和O2MO3 MO2 + O212

17、第十章 堿金屬和 堿土金屬元素第五節(jié) 氫氧化物10.5 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堿金屬氫氧化物又稱為苛性堿因它對(duì)纖維、皮膚有強(qiáng)烈腐蝕作用10.5.1堿金屬和堿土金屬 (氫氧化物的堿性)* LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2兩性中強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿強(qiáng)堿與酸反應(yīng) Be(OH)2 + 2H+ Be2+ + 2H2O與堿反應(yīng) Be(OH)2+ 2OH- Be(OH)42- 氫氧化物酸堿性遞變規(guī)律R-O規(guī)律氧化物水合物通式 R(OH)nRO- + H+ R O H R+ + OH-酸

18、式解離 堿式解離R O H 在水中解離方式R O H 解離方式取決于Rn+的極化作用陽(yáng)離子電荷陽(yáng)離子半徑離子勢(shì)( ) = R 的 大，使OH鍵極性增強(qiáng)，則為酸式解離R 的 小，使RO鍵極性增強(qiáng)，則為堿式解離氫氧化物酸堿性遞變規(guī)律R-O規(guī)律 值 0.32R-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(qiáng)酸0.5127HClO4Cl強(qiáng)酸0.4529H2SO4S中強(qiáng)酸0.3638H3PO4P弱酸0.3240H2SiO3Si兩性0.24535Al(OH)3Al中強(qiáng)堿0.1772Mg(OH)2Mg強(qiáng)堿0.1102NaOHNa酸堿性Rn+半徑/(pm)氧化物水合物元素值氫氧化物酸堿

19、性遞變規(guī)律R-O規(guī)律 值 0.32R-O-H酸堿性 堿性 兩性 酸性強(qiáng)堿0.12136Ba強(qiáng)堿0.13118Sr強(qiáng)堿0.14100Ca中強(qiáng)堿0.1772Mg兩性0.2727Be(OH)2Be酸堿性 值R2+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)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)210.5.2堿金屬和堿土金屬-氫氧化物的溶解性 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 溶解度增大隨著陽(yáng)離子半徑的增大,陽(yáng)離子與陰離子之間的吸引力減小,易被水分子拆開(kāi)的緣故。因?yàn)?離子半徑 M() M()使陽(yáng)離子與陰離子之間吸引力 M() M()第十章 堿金屬和 堿土金屬元素第六節(jié) 鹽類10.6 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(diǎn)較高。常溫下 是固體，熔化時(shí)能導(dǎo)電。堿金屬、堿土金屬與無(wú)色陰離子形成的 化合物是無(wú)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