第八章 主族金屬元素

1、無機化學(xué)高職高?；瘜W(xué)教材編寫組 編（第四版）第八章 主族金屬元素“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材第一節(jié) 堿金屬和堿土金屬第二節(jié) 鋁第三節(jié) 錫 鉛第四節(jié) 砷 銻 鉍學(xué)習(xí)指南習(xí) 題 本節(jié)重點：本節(jié)重點：v1.了解堿金屬和堿土金屬的基本性質(zhì)。v2.掌握堿金屬和堿土金屬的氧化物與氫氧化物的性質(zhì)及主要用途。v3.掌握堿金屬與堿土金屬鹽類的各項性質(zhì)。v4.金屬鋁、鋁的氧化物、鋁的氫氧化物及其鋁鹽的性質(zhì)。v5.錫和鉛單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)。 v6.砷銻鉍單質(zhì)及其重要化合物性質(zhì)變化規(guī)律。本節(jié)難點：本節(jié)難點：v1.堿金屬和堿土金屬性質(zhì)的遞變規(guī)律。v2.堿金屬和堿土金屬鹽類的溶解性與其他性質(zhì)的變化規(guī)律。v3.鋁的

2、親氧性和它的單質(zhì)及其化合物的兩性。v4.二價錫的還原性和水解性。v5.二氧化鉛的氧化性。v6.硫化物的難溶性和特定的顏色。一、堿金屬元素概述一、堿金屬元素概述 堿金屬： 鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁。鈁具有放射性它們氧化物的水溶液顯堿性。 堿金屬和堿土金屬原子的最外層電子排布分別為ns1和ns2，這兩族元素構(gòu)成了周期系s區(qū)元素。它們?nèi)菀资ネ鈱觭電子，故化學(xué)性質(zhì)活潑。大多數(shù)金屬可形成離子型化合物，但在某些情況下仍顯一定程度的共價性。其中鋰和鈹由于原子半徑相當(dāng)小，電離能相對地高于其他同族元素，形成共價鍵的傾向比較顯著。第一節(jié)第一節(jié) 堿金屬和堿土金屬堿金屬和堿土金屬 堿金屬的制備 堿金屬是銀白色柔軟的、

3、易熔輕金屬。在同周期元素中電離能最低，很易失去電子，表現(xiàn)出強烈的金屬性。它們與氧、硫、鹵素以及其他非金屬都能劇烈反應(yīng)，并能從許多金屬化合物中置換出金屬。因此，由于堿金屬的性質(zhì)很活潑，所以一般都用電解它們的熔融化合物的方法制取。鈉和鉀主要用電解熔融的氯化物制取。 堿金屬的焰色反應(yīng) 在火焰中加熱，各具特征的焰色，可以用來鑒定堿金屬。 金屬鈉和鉀 性質(zhì)： 鈉和鉀質(zhì)軟似蠟，易用小刀切開。新切斷面呈銀白色光澤，但在空氣中迅速變暗。鈉與水劇烈作用，生成NaOH和H 2，易引起燃燒和爆炸，需貯存在煤油或石蠟油中,鉀比鈉更活潑，制備、貯存和使用時應(yīng)更加小心。 用途： 鈉鉀的高活潑性冶金工業(yè)重要的還原劑； 強傳

4、熱性原子能工業(yè)中作核反應(yīng)堆的導(dǎo)熱劑； 鈉、鉀制備過氧化物氫化物及有機合成的原料； 制備：工業(yè)上制取鈉：電解廉價的熔融NaCl ； 工業(yè)上制取鉀：在熔融狀態(tài)下，用金屬鈉從ACL中置換出鉀，經(jīng)分級蒸餾(800880)得到金屬鉀。 金屬鉀因價格昂貴(約為鈉的10倍)，而限制了它的應(yīng)用，其生產(chǎn)規(guī)模也小得多。堿金屬的氫化物 白色固體，屬于離子晶體，其中的氫以H離子的形式存在。 堿金屬氫化物受熱時又能分解出H2氣而游離出堿金屬，其中只有LiH比較穩(wěn)定，分解溫度850，高于其熔點(650)。它們在潮濕空氣中能自動著火 。堿金屬的氧化物和氫氧化物1.鈉、鉀的氧化物 堿金屬在充足的空氣中燃燒時，所得產(chǎn)物并不相同

5、。鋰氧化鋰Li2O鈉過氧化鈉Na2O2鉀、銣、銫超氧化物KO2、RbO2、CsO2過氧化鈉(Na2O2)： Na2O2是淡黃色粉末或粒狀物，在空氣中由于表面生成了一層NaOH和Na2CO3而逐漸變成黃白色。有吸潮性，能侵蝕皮膚和粘膜。若遇棉花、碳或有機物，卻易引起燃燒或爆炸，在工業(yè)上列為強氧化劑，需要妥善貯運和使用。Na2O2的制備和性質(zhì)制備: 2Na+O2Na2燃燒性質(zhì):點擊觀看動畫演示 Na2O2和CO2的特色反應(yīng) 2Na2O2 + 2CO2 2Na2CO3 + O2 這種既能吸收CO2，又能提供O2的雙重作用，尤其適用于防毒面具、高空飛行和潛水作業(yè)等。 超氧化鉀 金屬鉀在充足的空氣中燃燒

6、時，生成超氧化鉀KO2。2.鈉、鉀的氫氧化物 堿金屬的氫氧化物都是白色固體，容易吸潮和吸收CO2。除LiOH外，在水中都有較大溶解度，溶解時放出大量熱。堿金屬的氫氧化物堿性： LiOHNaOHKOHRbOHCsOH NaOH和KOH在性質(zhì)、用途和制備方面都相似，但KOH價貴，因此用途不如NaOH廣泛。氫氧化鈉(NaOH)： 又稱燒堿、火堿、苛性堿 。制備：工業(yè)上電解飽和的食鹽水制備燒堿隔膜法。 隔膜電解槽 制備：制備燒堿的新工藝離子膜法。原理：同隔膜法。說明：1.在電解過程中，陽極室的NaCl濃度逐漸下降，應(yīng)不斷補充濃鹽水，維持NaCl的濃度2.陽膜既能允許陽離子通過，粗鹽中的Ca2+，Mg2

7、+，F(xiàn)e3+等雜質(zhì)也能進入陰極室，而生成氫氧化物沉淀，不僅會影響NaOH的質(zhì)量，也妨礙電解作用的順利進行，所以事先必須對食鹽進行精制。 問題：問題： 實驗室盛放堿的瓶子為什么不能用玻璃塞？鈉鹽和鉀鹽1.鈉鹽和鉀鹽的比較 鉀鹽的溶解度比鈉鹽??； 鈉鹽和鉀鹽有吸潮性，鈉鹽吸潮尤為顯著； 鉀鹽比較昂貴。例如： 配制火藥用KNO3，而不宜用吸潮性強的NaNO3；分析化學(xué)用的基準(zhǔn)試劑K2Cr2O7，也不能用Na2Cr2O7代替。2.幾種重要的鈉鹽和鉀鹽氯化鈉(NaCl) 食鹽，鹵水曝曬得到固體食鹽后再使用。工業(yè)NaCl的精制通常采用重結(jié)晶法。 碳酸鈉(NaCO3) 碳酸鈉有無水物和一水、七水、十水結(jié)晶水

8、合物，常見工業(yè)品不含結(jié)晶水，為白色粉末，又稱純堿、堿面或蘇打。 Na2CO3在飽和狀態(tài)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%)能強烈水解，使pH達到12 。氨堿法制取Na2CO3氨堿法（又稱蘇爾維法），生產(chǎn)時先向飽和食鹽水中通入氨氣至飽和，在通入CO2，生成的NH4HCO3立即與NaCl發(fā)生復(fù)反解反應(yīng)，析出溶解度較小的NaHCO3：NH3+CO3+H2ONH4HCO3NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl濾出NaHCO3，經(jīng)焙燒分解即得Na2CO3：2NaHCO3Na2CO3+ CO2+ H2O母液中含有大量NH4Cl，加入石灰水按下式置換出NH3，再返回循環(huán)使用：2NH4Cl+Ca（OH）2 CaC

9、l2+ 2NH3+2H2O碳酸氫鈉(NaHCO3) 又稱小蘇打、重碳酸鈉或焙堿，加熱至65便分解失去CO2，是食品工業(yè)的膨化劑 。蒸饅頭碳酸鉀(K2CO3) 又稱鉀堿，易溶于水，主要用于制硬質(zhì)玻璃和氰化鉀(KCN)。制備：路布蘭法 3草木灰法植物的籽殼(如向日葵子殼)焚燒浸取蒸發(fā)結(jié)晶K2CO3二、堿土金屬二、堿土金屬堿土金屬元素概述 堿土金屬：鈹、鎂、鈣、鍶、鋇和鐳。鐳是放射性 元素其中鈣、鍶、鋇的氧化物在性質(zhì)上介于“堿性的”堿金屬氧化物和“土性的”難溶的Al2O3等之間，所以稱為堿土金屬。 堿土金屬在自然界的存在相當(dāng)豐富，用途也相當(dāng)廣泛。鈹?shù)闹饕V物為綠柱石。鎂在自然界的豐度居第八位，略次于

10、鈉、鉀。海水中含鎂量達0.13%，陸地上含鎂礦石主要有白云石、菱鎂礦和光鹵石。鈣、鍶、鋇多以難溶的碳酸鹽或硫酸鹽存在，如方解石、天青石、重晶石等。A族元素 屬于s區(qū) 價電子構(gòu)型：ns2堿土金屬和堿金屬性質(zhì)比較 鎂制輕合金(與鋁或鈦)，作飛機和航天器的結(jié)構(gòu)材料。鈣在冶金工業(yè)中用作還原劑，鈣與鉛的合金可做軸承材料，鈣還可作有機溶劑的脫水劑。鋇在真空管的生產(chǎn)中用作脫氣劑。制作各種傳感器的敏感元件。鈹是優(yōu)良的宇航材料；鈹銅合金的彈性、硬度和抗腐性特別好，被用作手表游絲、高速軸承和海底電纜。鈹透過X射線的能力居金屬之首，常用來做X射線管的窗口材料；鈹能提供大量中子，是不可多得的中子源，又是反應(yīng)堆的減速劑

11、，因此被稱為原子能工業(yè)之寶。值得注意的是：鈹及其化合物都有毒性，能傷害肺、肝、腎和骨骼，使用時必須有嚴(yán)密的安全措施。堿土金屬的氧化物和氫氧化物氫氧化物 都是白色固體；溶解度比較??；熱穩(wěn)定性也比較低；堿性在同族中也都是由上而下依次遞增 。1.氧化鎂(MgO) 2.氧化鈣和氫氧化鈣氧化鈣(CaO) 又名石灰、生石灰，由自然界的石灰石、方解石、大理石等礦物煅燒而得： CaCO3 CaO+CO2 石灰遇水劇烈反應(yīng)，放出大量的熱并生成熟石灰或消石灰。 2CaO+H2O 2CaO(OH)2 氫氧化鈣 俗稱熟石灰或消石灰，它是一種強堿，溶解度很小且隨溫度升高而下降，通常配成石灰乳使用。Ca(OH) 2除作建

12、筑材料外，還用于制造漂白粉，在硬水軟化、制藥、橡膠和石油工業(yè)中亦有廣泛應(yīng)用。 堿土金屬的鹽類1.堿土金屬鹽類的通性2.由堿土金屬礦制取相應(yīng)的鹽鎂鹽和鈣鹽 利用它們碳酸鹽受熱分解為氧化物，然后與酸反應(yīng)；或者使礦石直接與酸反應(yīng)，皆可得到相應(yīng)的鹽。 氯化鈣(CaCl2) 實驗室用石灰石與鹽酸反應(yīng)制備，所含的鐵離子，錳離子等雜質(zhì)，可加入石灰乳以沉淀除去： CaCO3+2HCl CaCl2+CO2+H2OCaCl2有無水物和二水合物 2Fe3+ +3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 +3Ca2+ Mg2+ +Ca(OH)2 Mg(OH)2 +Ca2+ 無水CaCl2有強吸水性，用于O2,N2,CO2,H

13、Cl,H2S等氣體以及醛、酮、醚等有機試劑的干燥。但是它能與氨、乙醇形成加合物CaCl28NH3, CaCl24C2H5OH因此不能干燥這些物質(zhì)。 CaCl2H2O可用作制冷劑，用它和冰混合，可獲得-55低溫，如果用來融化公路上的積雪，效果比NaCl更好（食鹽-冰只能達到-21 ）。(2) 鍶鹽 天青石(含SrSO65%85%)是生產(chǎn)鍶鹽的主要原料。因為SrSO4既不溶于水，也不為一般的酸所分解，所以工業(yè)上首先將它轉(zhuǎn)化為可溶于強酸的SrCO，然后再制備其他鍶鹽。硫酸鈣 CaSO42H2O:生石膏，部分脫水后成熟石膏或燒石膏。-型半水硫酸鈣： - CaSO412H2O建筑石膏白色粉末，有吸潮性、

14、與水的混合漿體可固結(jié)、強度大、制作高強度石膏構(gòu)件，石膏板，鑄造模型。 -型半水硫酸鈣： - CaSO412H2O熟石膏、燒石膏，石膏塑像，雕塑模型，醫(yī)用外科繃帶，制粉筆。 硝酸鍶是制造紅色煙火及信號彈的主要原料。(3) 鋇鹽 BaSO4 重晶石的主要成分，工業(yè)上通常將重晶石與碳一起焙燒，使之還原為BaS，再與鹽酸反應(yīng)生成BCl2: BaSO4 +2C BaS+2CO2 BaS+2HClBaCl2+H2S BaSO4具有強烈的阻止X射線的功能，在醫(yī)療中用作“鋼餐造影”。例如：硝酸鍶的制備 SrSO4(S)+Na2CO3SrSO3(S)+Na2SO4 SrCO3+2HNO3Sr (NO3)2+CO

15、2+H2O硬水軟化和純水制備 硬水 天然水中溶有較多的鈣鹽、鎂鹽時稱為硬水。暫時硬水 若以鈣、鎂的酸式碳酸鹽存在，稱為暫時硬水，煮沸就能分解而沉淀出來：永久硬水 若為鈣、鎂的硫酸鹽或氯化物，不能靠加熱的方法除去，這種水稱為永久硬水。水的質(zhì)量指標(biāo)硬度 我國規(guī)定的硬度標(biāo)準(zhǔn)是：1L水中含的鈣鹽、鎂鹽折合成CaO和MgO的總量相當(dāng)于10 mg CaO(將MgO也換算成CaO)時，其硬度為1。硬水軟化和純水制備 去離子水去離子水 同時使用陰陽離子交換樹脂凈化的水成為去離子水。(3) (3) 電滲析法電滲析法工作原理同生產(chǎn)氫氧化鈉的離子膜法工作原理同生產(chǎn)氫氧化鈉的離子膜法電電滲滲析析器器從從水水中中脫脫鹽

16、鹽 N和P典型的非金屬元素，As半(準(zhǔn))金屬，Sb和Bi為金屬元素。AA，同周期元素原子金屬性漸弱，非金屬性漸強(稀有氣體除外)，故F為最強的非金屬元素。同族元素自上而下，金屬性逐漸增強，非金屬性漸弱；其最高正氧化值均等于價層電子數(shù)。一、一、p p區(qū)元素概述區(qū)元素概述 第二節(jié)第二節(jié) 鋁鋁 二、二、 鋁鋁 金屬鋁 1.鋁的性質(zhì) 純鋁是銀白色的輕金屬，無毒，富有延展性，具有很高的導(dǎo)電、傳熱性和抗腐蝕性，無磁性，不發(fā)生火花放電。 在金屬中，鋁的導(dǎo)電、傳熱能力僅次于銀和銅，延性僅次于金。鋁及其合金能被鑄、輾、擠、鍛、拉或用機床加工，易于制成筒、管、棒、線、板或箔。 鋁的典型化學(xué)性質(zhì) 缺電子性、親氧性和

17、兩性。 1.氧化鋁和氫氧化鋁 氧化鋁為白色無定形粉末，它是離子晶體，熔點高，硬度大。根據(jù)制備方法不同，又有多種變體，常見的有-Al2O3和-Al2O3 。三、鋁的常見化合物2.氫氧化鋁氫氧化鋁的性質(zhì)Al(OH)3在不同pH的堿性溶液中的溶解度是不同的 鋁鹽 1.鋁的鹵化物無水AlCl3 400時，氯化鋁以雙聚分子Al2Cl6 存在800時雙聚分子才完全分解為單分子。氯原子氯原子鋁原子鋁原子AlClAlCl3 3二聚分子構(gòu)型二聚分子構(gòu)型制備：三氯化鋁雙聚分子的結(jié)構(gòu)水合三氯化鋁(AlCl36H2O) 無色結(jié)晶，工業(yè)級AlCl36H2O呈淡黃色，吸濕性強，易潮解同時水解。 用作精密鑄造的硬化劑、凈化

18、水的凝聚劑以及木材防腐及醫(yī)藥等方面。2.硫酸鋁和礬硫酸鋁Al2(SO4)3 無水硫酸鋁為白色粉末，從飽和溶液中析出的白色針狀結(jié)晶為Al2(SO4)318H2O。受熱時會逐漸失去結(jié)晶水，至250失去全部結(jié)晶水。約600時即分解成Al2O3。易溶于水，水解呈堿性。 錫、鉛的單質(zhì)錫、鉛的單質(zhì) 錫錫 錫是銀白色金屬，質(zhì)軟，熔點低。富有展性。銀光閃閃的錫箔，曾經(jīng)是優(yōu)良的包裝材料。錫在空氣中不易被氧化，能長期保持其光澤。食品工業(yè)的罐頭盒多由它（馬口鐵：鍍錫鐵）制耐腐蝕，價格便宜，又無毒。第三節(jié)第三節(jié) 錫錫 鉛鉛錫的主要用途： 大量用于制造合金：焊錫、保險絲等低熔點合金；鉛字： Pb，Sb，Sn的合金；青銅

19、：Cu，Sn合金。錫的化學(xué)性質(zhì) 錫是A族元素，價層電子結(jié)構(gòu)分別為5s25p2，能形成+2，+4兩種氧化值的化合物。錫屬于中等活潑金屬，與鹵素、硫等非金屬可以直接化合 。 鉛鉛是很軟的重金屬，用手指甲就能在鉛上刻痕。新切開的斷面很亮，但不久就會鈍化變暗生成一層致密的堿式碳酸鉛；鉛能擋住 X 射線和核裂變射線。主要用途：主要用途： 制作鉛玻璃、鉛圍裙和放射源容器等防護用品；在化學(xué)工業(yè)中常用鉛作反應(yīng)器的襯里；鉛大量用于制造合金：焊錫、保險絲；鉛字：Pb，Sb，Sn合金組成；青銅：Cu，Sn合金；蓄電池的極板：Pb，Sb合金等。值得注意！值得注意！ 鉛及鉛的化合物都是有毒物質(zhì)，并且進入人體后不易排出而

20、導(dǎo)致積累性中毒，所以食具、水管等不可用鉛制造。鉛的化學(xué)性質(zhì) Pb為A族元素，價層電子結(jié)構(gòu)分別為6s26p2，能形成+2，+4兩種氧化值的化合物。鉛屬于中等活潑金屬，與鹵素、硫等非金屬可以直接化合。 錫、鉛的化合物 1.概述(1) 錫、鉛氧化物及其水合物的酸堿性例如：Sn(OH)2溶于酸、堿的反應(yīng)： Sn(OH)2+2HClSnCl2+2H2O Sn(OH)2+2NaOHNa2Sn(OH)4 或 Sn(OH)2+2NaOH Na2SnO2+2H2O (2) 錫、鉛化合物的氧化還原性 Sn() 是典型的還原劑，在堿性介質(zhì)中的還原性更強，因此用于鑒定Sn 2+，Hg 2+和Bi()。點擊觀看Sn()

21、的還原性Pb()Pb() 是強氧化劑，在酸性溶液中使用，效果顯著。它能把Mn()氧化成Mn()；點擊觀看Pb（IV）的氧化性 砷、銻、鉍的單質(zhì)砷、銻、鉍的單質(zhì) As，Sb，Bi，其原子的次外層都有18個電子，在性質(zhì)上彼此更為相似，有砷分族之稱。 As，Sb，Bi都是親硫元素，在自然界主要以硫化物礦存在。如雄黃(As4S4)、雌黃(As2S3)、輝銻礦Sb2S3)、輝鉍礦(Bi2S3)等。我國銻的蘊藏量居世界第一位。 As，Sb，Bi與A族元素生成的金屬間化合物，如砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦(InAs)等都是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料。第四節(jié)第四節(jié) 砷砷 銻銻 鉍鉍 As，Sb，Bi的

22、化學(xué)性質(zhì)不太活潑，但與鹵素中的氯能直接作用。在常見無機酸中只有HNO3和它們有顯著的化學(xué)反應(yīng)。但是，所得產(chǎn)物各不相同 ：3 As+5HNO3+2H2O3H3AsO4+5NO6Sb+10HNO3+3xH2O 3Sb2O5xH2O +10NO +5H2OBi+6HNO3 Bi(NO3)3+3NO2 + 3H2O砷、銻、鉍的化合物砷、銻、鉍的化合物 1.概述(1) 砷、銻、鉍的氧化物和氫氧化物的酸堿性 As，Sb，Bi都有氧化值為+3和+5的兩個系列氧化物。 As()和Sb()的氧化物和氫氧化物都是兩性物質(zhì)，而Bi2O3和Bi(OH)3卻只表現(xiàn)出堿性，它們只溶于酸而不與堿作用。 As()，Sb()，

23、Bi()的氧化物和氫氧化物都是兩性偏酸的化合物。(2) 砷、銻、鉍化合物的氧化還原性 +5氧化值化合物的氧化性按As，Sb，Bi的順序遞增As、Sb、Bi化合物性質(zhì)遞變規(guī)律 (3) 硫化物的難溶性和酸堿性 硫化物的難溶 +3，+5氧化值M2S3和M2S5硫化物Bi()不能生成Bi2S5，均難溶于6 molL-1 HCl中。且有顏色。主要應(yīng)用在醫(yī)藥、橡膠、顏料、火柴及焰火等工業(yè)。鹵化物酸堿性 As，Sb的硫化物亦表現(xiàn)出兩性 。例如： As2S3+3Na2S2Na3AsS3（硫代亞砷酸鈉） As2S5+3Na2S2Na3AsS5 （硫代砷酸鈉）2.砷的化合物 砷的化合物多數(shù)有毒，常見的砷化物有As2O3和Na3As