無機化學(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 主編無機化學(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)我國青海鉀鹽儲量占全國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)價電子構(gòu)型金屬半徑(pm)熔點()沸點()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)價電子構(gòu)型金屬

5、半徑（pm）熔點()沸點()硬度(金剛石=10)Be (鈹)42s2111127829704Mg (鎂)123s2160648.811072.0Ca (鈣)204s219783914841.5Sr (鍶)385s221576913841.8Ba (鋇)566s22177251640-因為 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 硬度 核電荷 原子半徑 熔、沸點 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)電負性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7電負性 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)與族號一致， 常見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Mg、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 M(s) + H+(aq) M+(aq) + H2(g)12 rGm = -zF = -zFE (H+/H2) - E (Li+/Li) = zFE (Li+/Li)E對堿金屬若不考慮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+)由上式可計算堿金屬在水溶液中轉(zhuǎn)變?yōu)樗想x子過程的rHm堿金屬轉(zhuǎn)變?yōu)樗想x子過程的有關(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、沸點較高，熔融時能夠?qū)щ?，其密度都比相?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強還原性 TiCl4 + 4NaH Ti + 4NaCl + 2H2受熱時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分解)400(分解)400(分解)BeOMgOCaOSrOBaO熔點/25302852261424301918硬度(金剛石=10)95.64.53.53.3M-O核間距/pm165210240257277由于陰、陽離子帶兩

15、個單位電荷，M-O核間距較小，MO具有較大晶格能，所以硬度大，熔點高。是重要建筑材料；可做熔礦劑；制取電石的原料常用來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 過氧化物和超氧化物 1. 在堿性介質(zhì)中是強氧化劑,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 過氧化物和超氧化物 Na2O2在熔融時不分解，遇到棉花、木炭或鋁粉等還原劑時，會發(fā)生爆炸，使用時應(yīng)特別小心。過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纖維、皮膚有強烈腐蝕作用10.5.1堿金屬和堿土金屬 (氫氧化物的堿性)* LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中強堿強堿強堿強堿強堿Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2兩性中強堿強堿強堿強堿與酸反應(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+的極化作用陽離子電荷陽離子半徑離子勢( ) = R 的 大，使OH鍵極性增強，則為酸式解離R 的 小，使RO鍵極性增強，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酸0.5127HClO4Cl強酸0.4529H2SO4S中強酸0.3638H3PO4P弱酸0.3240H2SiO3Si兩性0.24535Al(OH)3Al中強堿0.1772Mg(OH)2Mg強堿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 酸性強堿0.12136Ba強堿0.13118Sr強堿0.14100Ca中強堿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 溶解度增大隨著陽離子半徑的增大,陽離子與陰離子之間的吸引力減小,易被水分子拆開的緣故。因為 離子半徑 M() M()使陽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、沸點較高。常溫下 是固體，熔化時能導(dǎo)電。堿金屬、堿土金屬與無色陰離子形成的 化合物是無色或白色；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