無機(jī)化學(xué)_13堿金屬與堿土金屬

1、化學(xué)與環(huán)境工程系堿金屬 堿土金屬The Elements of the Alkali and the Alkaline Earth Metals學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn): :v氧化物的化學(xué)性質(zhì)v堿土金屬氫氧化物的酸堿性變化規(guī)律v鹽的熱穩(wěn)定性變化規(guī)律v對(duì)角線規(guī)則學(xué)習(xí)難點(diǎn)學(xué)習(xí)難點(diǎn): :v鹽的熱穩(wěn)定性變化規(guī)律v對(duì)角線規(guī)則化學(xué)與環(huán)境工程系第一節(jié) 堿金屬和堿土金屬的通性第IA族包括鋰、鈉、鉀、銣、銫和鈁六種元素，由于它們的氫氧化物都是易溶于水的強(qiáng)堿，所以稱它們?yōu)閴A金屬元素。其中鈁是放射性元素。第IIA族包括鈹、鎂、鈣、鍶、鋇和鐳六種元素，由于鈣、鍶和鋇的氧化物在性質(zhì)上介于“堿性的”堿金屬氧化物和“土性的” 難熔

2、的氧化物Al2O3之間，所以稱它們?yōu)閴A土金屬。其中鐳是放射性元素。AALiNaKRbCsFrBeMgCaSrBaRa化學(xué)與環(huán)境工程系 表13-1 堿金屬元素的一些基本性質(zhì)為何電離能逐漸降低?從上往下，活潑性逐漸升高還是逐漸降低?電極電勢(shì)很小，具有強(qiáng)還原性化學(xué)與環(huán)境工程系 表13-2 堿土金屬元素的一些基本性質(zhì)問題：堿金屬和堿土金屬的氧化物誰的熔點(diǎn)更高，硬度更大Na2O和MgO均為離子晶體，后者中陽離子半徑更小，電荷更高，因而離子鍵能更大，熔點(diǎn)高，硬度大?；瘜W(xué)與環(huán)境工程系原子半徑增大金屬性、還原性增強(qiáng)電離能、電負(fù)性減小Li BeNa MgK Ca Rb SrCs Ba原子半徑減小金屬性、還原性減

3、弱電離能、電負(fù)性增大化學(xué)與環(huán)境工程系第二節(jié) 堿金屬和堿土金屬的單質(zhì) 在自然界中的存在在自然界中的存在 海水（NaCl、MgCl2 、KCl） 光鹵石(KClMgCl6H2O)。氯化物鈉長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石( (NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8)鉀長(zhǎng)石鉀長(zhǎng)石( (KAlSiKAlSi3 3O O8 8 ) )鋰輝石鋰輝石( (LiLi2 2AlAl2 2O O3 34SiO4SiO2 2) )硅酸鹽礦明礬明礬( (K K2 2SOSO4 4AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 324H24H2 2O O) )石膏石膏( (CaSOCaSO4 42H2H2 2O O) )重晶石重晶石( (Ba

4、SOBaSO4 4) )天青石天青石( (SrSOSrSO4 4) )硫酸鹽礦硫酸鹽礦大理石（大理石（ CaCOCaCO3 3 ）石灰石石灰石( (CaCOCaCO3 3) )菱鎂礦菱鎂礦( (MgCOMgCO3 3) )碳酸鹽礦碳酸鹽礦化學(xué)與環(huán)境工程系化學(xué)與環(huán)境工程系物理性質(zhì)物理性質(zhì)密度小，容易反應(yīng)。鉀鈉保存于煤油中，鋰保存于蠟中。硬度小用小刀可以切割它們。熔沸點(diǎn)較低隨原子量的增大而降低。導(dǎo)電性強(qiáng) Cs、Rb用于作光電材料。堿金屬單質(zhì)熔點(diǎn)熔點(diǎn)化學(xué)與環(huán)境工程系密度較小，硬度大。如如鎂和鈹用于制輕質(zhì)合金，如鎂鋁合金和電子合金，用于制造飛機(jī)部件，鈹銅合金具有強(qiáng)度大，硬度高彈性好等優(yōu)點(diǎn)。堿土金屬的導(dǎo)

5、電性最好的是鎂和鈣，其它的導(dǎo)電能力較差堿土金屬單質(zhì)BeMgCaSrBa化學(xué)與環(huán)境工程系單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)A族是最活潑的金屬元素，其次是A族，同族中單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)由上到下活潑性增強(qiáng)切割一小塊鈉放在水中，可觀察到鈉浮在水面上與水激烈反應(yīng)而來回運(yùn)動(dòng)著：2Na+2H2O=2NaOH+H2鉀可在水面上燃燒呈現(xiàn)紫紅色火焰。1、Li反應(yīng)時(shí)由于產(chǎn)物溶解度小而覆蓋在金屬表面上，使反應(yīng)緩慢進(jìn)行。2、Li熔點(diǎn)較高，升華熱也大，難活化。如果將金屬Li放于水中呢？更劇烈還是溫和？與水反應(yīng)化學(xué)與環(huán)境工程系LiNaKCa與水作用2M + 2H2O 2MOH + H2(g)思考：將Be、Mg放于水中會(huì)發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)嗎？化學(xué)與環(huán)

6、境工程系焰色反應(yīng)化學(xué)與環(huán)境工程系4LiO22Li2O6LiN22Li3N4NaO22Na2ONa2OCO2Na2CO3堿金屬在常溫下可以與空氣中的O2、CO2、水汽等反應(yīng)堿土金屬一般要加熱才能進(jìn)行反應(yīng)。這是因?yàn)樗谋砻嫒菀咨裳趸けＷo(hù)層。 3CaN2=Ca3N2 3MgN2=Mg3N2在空氣在燃燒時(shí)，鈉生成過氧化物，鉀、銣、銫生成超氧化物與空氣反應(yīng)思考：活潑金屬應(yīng)當(dāng)如何保存？要避免與空氣接觸。鋰要保存于蠟中，鉀、鈉、鈣等應(yīng)保存于煤油中。常溫下鋰可與氮?dú)夥磻?yīng)化學(xué)與環(huán)境工程系Li2ONa2O2KO2鎂帶的燃燒(g)H2NH2M(l)2NH2M(s)223+-+與液氨作用化學(xué)與環(huán)境工程系想一想1、

7、為什么自然界沒有游離態(tài)的堿金屬和堿土金屬？它們主要以哪些形式存在？2、堿金屬有哪些特殊的物理性質(zhì)？1、答：因?yàn)閴A金屬和堿土金屬是最活潑的金屬，它們與空氣或水接觸時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)，因此它們總是以化合態(tài)存在于自然界，主要形式有鹵化物，硅酸鹽礦，硫酸鹽礦和碳酸鹽礦。2、堿金屬的特殊物理性質(zhì)：密度小、硬度小、導(dǎo)電性強(qiáng)、容易形成液態(tài)合金。化學(xué)與環(huán)境工程系3、工業(yè)上常用電解方法制備的堿金屬和堿土金屬有哪些？為什么不用電解法制備金屬鉀。工業(yè)上常用電解的方法制備的堿金屬是鋰和鈉，堿土金屬是鎂和鈣。鉀一般不用電解法制備，因?yàn)樗埸c(diǎn)低，易揮發(fā)，生成的K易溶在熔融的KCl中，難于分離，且電解中產(chǎn)生的超氧化物與金屬鉀會(huì)發(fā)

8、生爆炸。4、鈉不比鉀活潑，但工業(yè)上可用鈉與氯化鉀高溫反應(yīng)制備鉀，你知道其中原因嗎？低溫時(shí)，反應(yīng)：Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(l)，難進(jìn)行。溫度為900時(shí)，反應(yīng)：Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g)，鉀成為氣體揮發(fā)，使平衡向右移動(dòng)，反應(yīng)得以進(jìn)行?；瘜W(xué)與環(huán)境工程系氫氧化物氫氧化物堿金屬的氫氧化物對(duì)皮膚和纖維有強(qiáng)烈的腐蝕作用，所以又稱為荷性堿。物理性質(zhì)堿金屬和堿土金屬的氫氧化物均為白色固體，吸水容易潮解，溶于水時(shí)放熱。溶解性moll-1LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)

9、2 Sr(OH)2 Ba(OH)2810-6 510-4 1.810-2 6.710-2 210-1 Be(OH)2+NaOH=NaBe(OH)4Be(OH)2+2HCl= 2NaCl +2H2OBe(OH)2具有兩性，而后者沒有，利用此可區(qū)別問題：如何利用化學(xué)方法區(qū)別Be(OH)2與Mg(OH)2？ (重要)溶解度增大化學(xué)與環(huán)境工程系氫氧化物酸堿性判斷標(biāo)準(zhǔn)R吸電子能力與離子勢(shì)有關(guān):=Z/r (r以pm 為單位） LiOH Be(OH)2 NaOH Mg(OH)2 KOH Ca(OH)2 RbOH Sr(OH)2 CsOH Ba(OH)2ROHRO + H+ = R+ + OH解離方式與R+的

10、吸電子能力有關(guān) 0.22 堿性 0.22 0.32 兩性 0.32 酸性酸性增強(qiáng)堿性增強(qiáng)酸式離解堿式離解化學(xué)與環(huán)境工程系 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng) Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 兩性 中強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng) 強(qiáng)你能用有關(guān)理論解釋為何Be(OH)2具有兩性嗎？由此請(qǐng)你比較H2SO4、H4SiO4、H3PO4、HClO4的酸性強(qiáng)弱并解釋其中的原因（重要?。┨崾荆焊鶕?jù)中心原子或離子電荷數(shù)的高低來判斷，待斷裂鍵的數(shù)目來判斷酸式離解程度？化學(xué)與環(huán)境工程系 s區(qū)元素的單質(zhì)(除Be、Mg外)均能與氫形成離子型氫化物。LiH

11、NaH KH RbH CsH NaCl-90.4 -57.3 -57.7-54.3 -49.3 -4411.均為白色晶體， 熱穩(wěn)定性差/ kJmol-1fHm12.3.1 氫化物氫化物第三節(jié) 堿金屬和堿土金屬的化合物化學(xué)與環(huán)境工程系2.還原性強(qiáng) 鈦的冶煉：2LiOHTiTiO2LiH2+242H4NaClTiTiCl4NaH+劇烈水解：(g)HMOHOHMH22+(g)H2Ca(OH)OH2CaH2222+V)23. 2)/H(H(2-=-E化學(xué)與環(huán)境工程系氧化物氧化物普通氧化物普通氧化物過氧化物過氧化物超氧化物超氧化物臭氧化物臭氧化物L(fēng)i2O、MO (M = 堿土金屬)Na2O2、BaO2M

12、O2 (M = K、Rb、Cs)MO3 (M=K、Rb、Cs) :O:2- :OO: 2- :OO: -OOO-35抗磁性抗磁性順磁性順磁性結(jié) 構(gòu))g(OCO2Na2COO2Na232222+黃色粉末魔 術(shù)棉花自然化學(xué)與環(huán)境工程系1.形成三類氧化物622p2s2s 1穩(wěn)定性:O2- O2- O22-42p4p22p222s22s)()()()()(*KK正常氧化物(O2-)：過氧化物(O22-)：超氧化物(O2-)32p4p22p222s22s)()()()()(*KK12.3.2 氧化物氧化物你能判斷幾種離子的穩(wěn)定性強(qiáng)弱嗎？化學(xué)與環(huán)境工程系 453-473K4NaO2=2Na2O 573-6

13、73K2Na2OO2=2Na2O2 773-793K2BaOO2=2BaO2 燃燒MO2=MO2 臭氧與K、Rb、Cs的氫氧化物反應(yīng)，可以制得臭氧化物：6KOH + 4O3 = 4KO3 + 2KOH H2O + O2過氧化物超氧化物臭氧化物鈉在空氣中燃燒可制得黃色的過氧化鈉粉末氧化鋇在氧氣中燃燒可得白色的過氧化鋇鉀、銣、銫與氧氣可生成三種類型氧化物： M2O、M2O2、MO2。在空氣中燃燒時(shí)生成超氧化物用液氨結(jié)晶KO3可得桔紅色的KO3晶體化學(xué)與環(huán)境工程系堿土氧化物氧化劑漂白劑供氧劑引火劑堿土金屬BeO,MgO具有高的熔點(diǎn)和硬度， 用于制耐火材料和金屬陶瓷。CaO俗稱石灰或生石灰，作建筑材料

14、，也用做干燥劑。過氧化物、超氧化物、臭氧化物都是強(qiáng)氧化劑。由于它們的強(qiáng)氧化性，可用于紙張、織物等的漂白劑利用它們與二氧化碳反應(yīng)生成氧氣的性質(zhì)作為潛水、登山、高空作業(yè)的供氧劑過氧化鋇常用于爆破作業(yè)上作強(qiáng)火劑化學(xué)與環(huán)境工程系3.化學(xué)性質(zhì)與H2O的作用：2MOHOHOM22+（Li Cs劇烈程度）（BeO除外）22222OH2NaOHO2HONa+2MOHOHOM22+22222OOH2KOHO2H2KO+化學(xué)與環(huán)境工程系3222COLiCOOLi+)g(OCO2Na2COO2Na232222+)(g3OCO2K2CO4KO23222+與CO2的作用：化學(xué)與環(huán)境工程系1.晶體類型： 絕大多數(shù)是離子晶

15、體，熔沸點(diǎn)較高Be2+極化力強(qiáng)， BeCl2已過渡為共價(jià)化合物。離子性增強(qiáng)重要鹽類：鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽 BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔點(diǎn)/ 415 714 775 874 962NaCl與MgCl2的沸點(diǎn)誰高誰低？原因？化學(xué)與環(huán)境工程系碳酸鹽Na2CO3NaHCO3碳酸鈉俗名純堿，蘇打。含水鹽容易風(fēng)化,它水解呈強(qiáng)堿性，常用它代替NaOH用，用于制玻璃、搪瓷、肥皂、造紙、紡織和冶金等方面。碳酸氫鈉俗名叫小蘇打，主要用于食品和醫(yī)藥工業(yè)。1) 先用NH3將食鹽水飽和,然后通入CO2,使溶解度較小的NaHCO3析出：NH3NaClH2OCO2= NaHCO3N

16、H4Cl煅燒NaHCO3得Na2CO3: 600K2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O如何區(qū)別碳酸鈉和碳酸氫鈉？化學(xué)與環(huán)境工程系CaCO3=CaO+CO21098KCaO+H2O=Ca(OH)2碳酸鈣溶于含CO2的水中:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 含有 Ca(HCO3)2的水稱為硬水,它受熱時(shí)會(huì)生成沉淀:Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O石灰?guī)r溶洞的形成就是這個(gè)道理，巖石中的碳酸鈣被地下水（含有二氧化碳的水）溶解后再沉淀出來，就形成了鐘乳石和石筍。化學(xué)與環(huán)境工程系硫酸鋇它是溶解度最小的硫酸鹽，也是唯一無毒的鋇鹽。它的礦石稱重晶石，是制備其他鋇鹽的原料：

17、BaSO44C=BaS4CO BaS2HClBaCl2H2S BaSCO2H2OBaCO3H2S硫酸鎂MgSO47H2O是無色晶體，易溶于水，俗稱瀉鹽， 用于作食物中毒導(dǎo)瀉劑。硫酸鋇是唯一無毒的鋇鹽,能強(qiáng)烈阻止X 射線，醫(yī)學(xué)上用于消化道的X射線造影檢查。在為腸胃拍攝X光射線照片時(shí)，要先吃硫酸鋇，半小時(shí)以后再拍攝，就能呈現(xiàn)腸胃的形狀。BaSO4與ZnSO4的混合物叫作立德粉，或叫鋅鋇白，是白漆的原料。化學(xué)與環(huán)境工程系 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3T分 / 100 540 900 1290 1360總結(jié)：穩(wěn)定性 M2CO3 MCO3實(shí)質(zhì)上，碳酸鹽的熱穩(wěn)定性取決于金屬離

18、子的極化能力碳酸鹽的熱穩(wěn)定性總結(jié)：堿土金屬碳酸鹽的穩(wěn)定性隨金屬離子半徑的增大而增強(qiáng)MgCO3 CaCO3較容易受熱分解，而Na2CO3和K2CO3受熱較難分解你能總結(jié)出熱穩(wěn)定性的影響因素嗎？化學(xué)與環(huán)境工程系Be2+Mg2+Ca2+Sr2+ Ba2+ OM2+ O C 2 O MCO3(s) MO(s) +CO2愈來愈難分解問題1：酸式鹽與正鹽（NaHCO3和Na2CO3）誰的熱穩(wěn)定性差？問題2：堿金屬中Li2CO3、堿土金屬中Be2CO3的熱穩(wěn)定性特別低，原因是什么？COOO2-M2+問題3：請(qǐng)你想出兩種化學(xué)方法鑒別Be(OH)2和Mg(OH)2化學(xué)與環(huán)境工程系硝酸鹽的熱穩(wěn)定性由于堿金屬的原子

19、半徑在同周期元素中最大,離子的極化能力最弱,因此堿金屬鹽是最穩(wěn)定的鹽。只有鋰的鹽穩(wěn)定性較差。堿土金屬鹽的穩(wěn)定性比堿金屬鹽差。硝酸鹽的分解： 4LiNO3=2Li2O+4NO2+O2 2M(NO3)2=2MO+4NO2 +O2 (M=堿土離子)2NaNO3=2NaNO2+O2 (K、Rb、Cs的鹽分解類似)請(qǐng)你對(duì)于上述熱分解反應(yīng)的產(chǎn)物給予解釋化學(xué)與環(huán)境工程系Li Be B CNa Mg Al Si A 族的Li與A族的Mg， A族的Be與A族的Al， A 族的B與A族的Si，這三對(duì)元素在周期表中處于對(duì)角線位置：相應(yīng)的對(duì)角線上的兩元素及其化合物的性質(zhì)有許多相似之處。這種相似性稱為對(duì)角線規(guī)則。對(duì)角線規(guī)則化學(xué)與環(huán)境工程系對(duì)角線規(guī)則 Li Be B C Na Mg Al Si1. 3.1 B、Si的相似性 2B + 6NaOH = 2Na3BO3 +3H2 Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2 其單質(zhì)均為原子型晶體，BO