東北師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)課件：第12章堿金屬、堿土金屬

1、1堿金屬(IA ): ns1(因?yàn)樗鼈兊难趸锏乃芤猴@堿性) Li, Na, K, Rb, Cs, Fr堿土金屬(IIA ): ns2(因?yàn)樗鼈兊难趸锛嬗袎A性和土性) Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra土性 化學(xué)上把難溶于水和難熔融的性質(zhì)稱為 “土性” 都是活潑金屬概述2鋰輝石:鈉長(zhǎng)石:鉀長(zhǎng)石:光鹵石:明礬石:綠柱石:菱鎂礦:石 膏:大理石:螢 石:天青石:重晶石:本區(qū)元素均以礦物形式存在:3IA IIALi BeNa MgK Ca Rb SrCs Ba原子半徑減小電離能、電負(fù)性增大金屬性、還原性減弱原子半徑增大電離能、電負(fù)性減小金屬性、還原性增強(qiáng)4NaLiK12 1 金屬單質(zhì)1

2、2 1 1 物理性質(zhì)（表12-1）5RbCsBeMgCaSrBa除了鋰都可以保存在煤油中；鋰的密度比煤油小，通常保存在石蠟中 6物理性質(zhì)：有金屬光澤密度小: 鋰硬度小熔點(diǎn)低:銫s區(qū)單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)變化導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好7 堿金屬和堿土金屬都是非?；顫姷慕饘僭?，同族從 Li 到 Cs 和從 Be 到 Ba 活潑性依次增強(qiáng)。 堿金屬和堿土金屬都有很強(qiáng)的還原性，與許多非金屬單質(zhì)直接反應(yīng)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。12 1 2 化學(xué)性質(zhì) 1 與水的作用2M + 2H2O 2MOH + H2(g)8CaM 2 H2O = M(OH)2 H2 (g)LiNaK9注意：Li、Ca

3、、Sr、Ba與水反應(yīng)較平穩(wěn)，因?yàn)槠淙埸c(diǎn)較高，不易融化；而且其生成的氫氧化物溶解度小，覆蓋在金屬的表面阻礙了反應(yīng)繼續(xù)，減緩了金屬與水的反應(yīng)。Be和Mg的表面可以形成致密的氧化物保護(hù)膜，所以常溫下對(duì)水較穩(wěn)定。Mg在熱水中可以緩慢發(fā)生反應(yīng)，而Be與水蒸氣也不反應(yīng)。其他堿金屬與水反應(yīng)非常劇烈，可能發(fā)生爆炸。10M1 (xy) NH3 = M1(NH3)y e(NH3)xM2 (2xy) NH3 = M2(NH3)y2 2 e(NH3)x 2 與液氨的作用 長(zhǎng)期放置或有催化劑存在： 2 Na 2 NH3 = 2 NaNH2 H211 有趣的是，不論溶解的是何種金屬，稀溶液都具有同一吸收波長(zhǎng)的藍(lán)光.這暗示

4、各種金屬的溶液中存在著某一共同具有的物種.后來實(shí)驗(yàn)這個(gè)物種是氨合電子，電子處于46個(gè) NH3 的 “空穴” 中. 如果液氨保持干燥和足夠高的純度（特別是沒有過渡金屬離子存在），溶液就相當(dāng)穩(wěn)定. 鈉溶于某些干燥的有機(jī)溶劑（如醚）也會(huì)產(chǎn)生溶劑合電子的顏色. 用鈉回流干燥這些溶劑時(shí)，顏色的出現(xiàn)可看作溶劑處于干燥狀態(tài)的標(biāo)志.123 制備稀有金屬或貴金屬1314 堿金屬和堿土金屬的化合物在無色火焰中燃燒時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出一定的顏色，稱為焰色反應(yīng). 可以用來鑒定化合物中某元素的存在，特別是在野外.元 素 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 顏 色 深紅 黃 紫 紅紫 藍(lán) 橙紅 深紅 綠波長(zhǎng)(nm) 6

5、70.8 589.2 766.5 780.0 455.5 714.9 687.8 553.5 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 4、焰色反應(yīng)15Flame testHCl(aq)sampleLi deep redNa yellowK lilacRb bluish redCs blueCa brick redSr blood redBa apple green16 (1) 熔融鹽電解: 此法可制備 Li、Na、Mg、Ca、Ba 問題：加入CaCl2有何作用? (2) 熱還原法: 此法制備 K、Rb、Cs KCl Na NaCl K(g) 2 RbCl Ca CaCl2 Rb (g)

6、2 CsCl Ca CaCl2 Cs (g) 問題: 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17 鉀的沸點(diǎn)(766 C)比鈉的(890 C)低，當(dāng)反應(yīng)體系的溫度控制在兩沸點(diǎn)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)，熵值大為增加，反應(yīng)的 TrSm 項(xiàng)變大，有利于rGm變成負(fù)值使反應(yīng)向右進(jìn)行。 同時(shí)，鉀為蒸氣狀態(tài)，設(shè)法使其不斷離開反應(yīng)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(yīng)向右進(jìn)行。18 12 2 含氧化合物12 2 1 氧化物 堿金屬和堿土金屬的單質(zhì)在空氣中燃燒，形成相應(yīng)的三類氧化物： 正常氧化物O2、過氧化物O22、

7、超氧化物O2；與臭氧反應(yīng)生產(chǎn)臭氧化物O3-；Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2鎂帶的燃燒19穩(wěn)定性:O2- O2- O22- “能量效應(yīng)”要求體積較大的過氧陰離子、超氧陰離子和臭氧陰離子更易被較大的金屬陽離子所穩(wěn)定.正常氧化物(O2-)過氧化物(O22-)超氧化物(O2-)20 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。 氧化物熱穩(wěn)定性總的趨勢(shì)是，同族從上到下依次降低，熔點(diǎn)也按此順序降低。 堿土金屬離子半徑較小，電荷高，其氧化物的晶格能大，因而其熔點(diǎn)比堿金屬氧化物的熔點(diǎn)高得多。 鋰以外的堿金屬氧化物的制備一般

8、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。2112 2 2 氫氧化物 1 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。 Be(OH)2為兩性氫氧化物，LiOH和Mg(OH)2為中強(qiáng)堿，其余氫氧化物都是強(qiáng)堿。 堿金屬的氫氧化物都易溶于水，在空氣中很容易吸潮，它們?nèi)芙庥谒畷r(shí)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濃的溶液。22堿土金屬溶解度（20） 氫氧化物Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 溶解度/mol L-1 810-6 2.110-4 2.310-2 6.610-2 1.210

9、-1溶解度增大23 2 氫氧化物酸堿性判斷標(biāo)準(zhǔn) R拉電子能力與離子勢(shì)有關(guān): Z/r (r以pm為單位) 解離方式與 拉電子能力有關(guān) 0.22 0.32 兩性 0.22 堿性 0.32 酸性 ROHRO H R OH24 LiOH 0.13 0.27 Be(OH)2 NaOH 0.10 0.17 Mg(OH)2 KOH 0.085 0.14 Ca(OH)2RbOH 0.08 0.13 Sr(OH)2 CsOH 0.077 0.12 Ba(OH)2 堿金屬氫氧化物均為堿性，Be(OH)2為兩性， 其它堿土金屬氫氧化物為堿性。2512 3 鹽類12 3 1 鹽類的共同特點(diǎn)重要鹽類：鹵化物、硝酸鹽、硫

10、酸鹽、碳酸鹽(1) 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(jià)性。(2) 一般無色或白色。(3) 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。(4) 熱穩(wěn)定性：較高。2612 3 2 鹽類的溶解性(1) IA鹽類易溶為主，難溶的有：LiF、LiCO3、K2PtCl6、NaSb(OH)6、KClO4、 Li3PO4、K2NaCo(NO2)3 難溶鹽往往是在與大陰離子相配時(shí)出現(xiàn)。 (2) IIA鹽類難溶居多，常見鹽類除氯化物、硝酸 鹽外， 其他難溶，如MCO3、MC2O4、 M3(PO4)2、MSO4、 MCrO427 (3) 離子型鹽類溶解度的定性判斷標(biāo)準(zhǔn)巴素洛規(guī)則：陰陽離子電荷絕對(duì)值相同, 陰陽離子半徑較為接近則難溶，否則，易溶。 比較一下兩組溶解度：LiF LiIBaSO4 BeSO4 9-17電子構(gòu)型 8電子構(gòu)型 c. 電荷相等、電子結(jié)構(gòu)相同的離子，半徑小的具有較強(qiáng)的極化能力