碱金属和碱土金属-课件

碱金属和碱土金属本章要求掌握碱金属、碱土金属单质及其化合物的性质及结构与性质、存在、制备、用途之间的关系；掌握碱金属及碱土金属氢氧化物的溶解度、碱性和盐类溶解度、热稳定性的变化规律。23元素的丰度与分类元素的丰度与分类一、元素的丰度一、元素的丰度 化学元素在地壳（地球表面下化学元素在地壳（地球表面下16km16km厚的岩石厚的岩石层）中的含量。层）中的含量。O O、SiSi总质量约占地壳的总质量约占地壳的7575 O O、SiSi、AlAl、FeFe、CaCa、NaNa、K K、Mg 8Mg 8种元素的种元素的总质量占地壳的总质量占地壳的9999以上。以上。人体中大约含人体中大约含3030多种元素，其中多种元素，其中O O、C C、H H、N N、CaCa、P P、K K、S S、NaNa、AlAl、Mg 11Mg 11种常量元素约占人种常量元素约占人体质量的体质量的99.9599.95。4n普通元素和稀有元素元素的丰度与分类稀有元素稀有元素轻稀有金属：轻稀有金属：LiLi、RbRb、CsCs、Be;Be;高熔点稀有金属：高熔点稀有金属：TiTi、ZrZr、HfHf、V V、NbNb、TaTa、W W等等分散稀有元素：分散稀有元素：GaGa、InIn、TLTL、GeGe、SeSe、Te;Te;稀有气体稀有气体:He:He、NeNe、ArAr、KrKr、XeXe、Rn;Rn;稀土金属稀土金属:Sc:Sc、Y Y、Ln;Ln;铂系元素铂系元素:Ru:Ru、RhRh、PdPd、OsOs、IrIr、Pt;Pt;放射性稀有元素放射性稀有元素:Fr:Fr、RaRa、TcTc、PoPo、AtAt、锕系元素。、锕系元素。5s区元素概述nAA：LiLi、NaNa、K K、RbRb、CsCs、(Fr)(Fr)碱金属碱金属nsns1 1nA:BeA:Be、MgMg、CaCa、SrSr、BaBa、(Ra)(Ra)碱土金属碱土金属nsns2 2n 金属活性金属活性 碱金属碱金属 碱土金属碱土金属n 化合物以离子型为主化合物以离子型为主,大部分大部分LiLi、BeBe的化合物的化合物及部分及部分MgMg的化合物有明显的共价性。的化合物有明显的共价性。6s区元素的基本性质7Li BeLi BeNa MgNa MgK CaK CaRb CsRb CsCs BaCs Ba原原子子半半径径增增大大金金属属性性、还还原原性性增增强强电电离离能能、电电负负性性减减小小原子半径减小原子半径减小金属性、还原性减弱金属性、还原性减弱电离能、电负性增大电离能、电负性增大8大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静9一、物理性质一、物理性质n 通性 银白色光泽,熔沸点低，硬度小，密度小，导电性好，延展性好。n 1.储存：Li(=0.534gcm-3)，最轻的金属，浸在液体石蜡或封存在固体石蜡中，其它金属一般放在煤油中。n 2.切割：除Be、Mg外，余皆可用刀切割。最软Cs（硬度0.2）.n3.光电效应：Rb,Cs（电子活性极高）自动开关门n4.液态合金：K-Na;Na-Hgs区元素的单质10汞齐的生成汞齐的生成 许多金属都可以与汞混合，通过研磨生成合金，俗称汞齐。钠汞齐是最常见的一种，相当于钠的汞“溶液”，其颜色、状态、反应活性与Na和Hg的比例有关，钠的比例越大，颜色越深，粘稠度越大，反应活性越高。通过钠汞齐的生成，可以控制一些钠的剧烈反应程度。11（AA）2M+2H2M+2H2 2O2MOH+HO2MOH+H2 2 Li Na K Rb Cs Li Na K Rb Cs强强 现象：难熔现象：难熔 熔球熔球 H H2 2燃烧燃烧 爆炸爆炸 思考思考 Li Li的的E E最小，但与水的反应活性最弱最小，但与水的反应活性最弱 LiLi熔点高，生成的熔点高，生成的LiOHLiOH难熔难熔二、化学性质二、化学性质1.与水反应与水反应12 Li Na K Li Na K13 A M+2H A M+2H2 2OM(OH)OM(OH)2 2+H+H2 2 Be Mg Ca Sr Ba Be Mg Ca Sr Ba强强与水蒸气反应与水蒸气反应 与热水反应与热水反应 冷水中反应冷水中反应CaCa与水与水的反应的反应 2.2.与其它非金属反应与其它非金属反应，和和O O2 2,S,H,N,S,H,N2 2,X,X2 2等反应，空等反应，空气中易氧化气中易氧化14n3.作冶金、无机合成、有机合成的还原剂还原剂4.与液氨作用与液氨作用 CaCa、SrSr、BaBa及碱金属等与液氨作用生成蓝及碱金属等与液氨作用生成蓝色溶液色溶液,放置时能缓慢释放放置时能缓慢释放H H2 2。15 2Na(s)+2NH2Na(s)+2NH3 3(l)2Na(l)2Na+(am)+2NH(am)+2NH2 2-(am)(am)+H+H2 2(g)(g)M(S)M M(S)M+(am)+(am)+(am)(am)（深蓝色（深蓝色)在在-33-33液氨溶剂中液氨溶剂中 强还原能力强还原能力16三三.焰色反应焰色反应 CaCa、SrSr、BaBa、碱金属及其挥发性化合物，在无色火焰、碱金属及其挥发性化合物，在无色火焰中灼烧时，能使火焰呈现出一定颜色，可鉴定单个离子。中灼烧时，能使火焰呈现出一定颜色，可鉴定单个离子。Li:Li:红色红色Na:Na:黄色黄色K K、RbRb、CsCs：紫色（通过钴玻璃观察）：紫色（通过钴玻璃观察）CaCa：橙红：橙红SrSr：洋红：洋红Ba:Ba:绿绿用途：与其他组分混合可制信号剂和烟火剂用途：与其他组分混合可制信号剂和烟火剂17机理：金属原子的电子受高温火焰的激发而跃迁到高机理：金属原子的电子受高温火焰的激发而跃迁到高能级轨道上，当电子从高能级轨道返回低能级轨道时，能级轨道上，当电子从高能级轨道返回低能级轨道时，就会发射出一定波长的光束，从而使火焰呈现出特征就会发射出一定波长的光束，从而使火焰呈现出特征的颜色。的颜色。18四、存在与制备四、存在与制备n1.存在：自然界无游离态。n常见化合物俗名：n 芒硝(Na2SO410H2O)、元明粉（Na2SO4）、光卤石(KClMgCl26H2O)、生石膏(CaSO42H2O)、菱镁矿(MgCO3)、方解石(CaCO3)、重晶石(BaSO4，钡餐)、萤石(CaF2)、毒重石（BaCO3）192.2.制备制备：（：（1 1）熔盐电解法熔盐电解法熔盐熔盐:氯化物氯化物(熔点低）熔点低）+助熔剂助熔剂助熔剂助熔剂CaClCaCl2 2的作用的作用A A）降低电解质的熔点，防止钠挥发）降低电解质的熔点，防止钠挥发.（熔点：（熔点：NaClNaCl，1073K;Na1073K;Na：熔点：熔点371K371K；沸；沸点点1156K;1156K;混合盐，混合盐，873K.873K.）B B）减小）减小NaNa的分散性。的分散性。(混合物密度大，液混合物密度大，液NaNa可浮其上可浮其上)20熔盐电解法熔盐电解法法不适合制法不适合制K(RbK(Rb、Cs)Cs)A A）K K易溶于熔融易溶于熔融KClKCl中中B B）电解过程中产生的）电解过程中产生的KOKO2 2和和K K会发生爆炸反应会发生爆炸反应(2)(2)热还原法热还原法（用碳或碳化物做还原剂）21(3)(3)金属置换法金属置换法 主制主制K K、RbRb、Cs(Cs(高温、低压）高温、低压）思考思考 不活泼金属置换活泼金属，是不活泼金属置换活泼金属，是否与金属活泼性顺序矛盾？否与金属活泼性顺序矛盾？K KC CI I+N Na aN Na aC CI I+K K2 2R Rb bC Cl l+C Ca aC Ca aC Cl l2 2+2 2R Rb b2 2C Cs sA Al lO O2 2+M Mg gM Mg gA Al l2 2O O4 4+2 2C Cs s22一、氢化物一、氢化物1.制备：s区金属（Be、Mg除外）在氢气流中加热可分别生成相应的离子型（盐型）氢化物。s区元素的化合物白色晶体，熔沸点较高，熔融时能导电，白色晶体，熔沸点较高，熔融时能导电，可做储氢材料和还原剂可做储氢材料和还原剂 23二、氧化物n 正常氧化物 过氧化物 超氧化物 臭氧化物nA Na2O Na2O2 NaO2 KO3nA CaO CaO2 CaO4过氧化物过氧化物(O(O2 22-2-)超氧化物超氧化物(O(O2 2-)-O-O-O-O-2 2(O2-)241.1.金属氧化物金属氧化物*碱金属在空气中充分燃烧的产物碱金属在空气中充分燃烧的产物*碱土金属在空气中充分燃烧碱土金属在空气中充分燃烧MOMO均白色粉末均白色粉末,较稳定。较稳定。CaO,SrO,BaOCaO,SrO,BaO溶于水溶于水,放热。放热。CaCa在空气中充分燃烧的产物溶于水有何现象？在空气中充分燃烧的产物溶于水有何现象？25普通氧化物普通氧化物制制备备4Li+O4Li+O2 22Li2Li2 2O ONaNa2 2O O2 2+2Na2Na+2Na2Na2 2O O2KNO2KNO3 3+10K6K+10K6K2 2O+NO+N2 2 性质：性质：LiLi2 2O NaO Na2 2O KO K2 2O RbO Rb2 2O CsO Cs2 2O O 颜色颜色 白白 白白 淡黄淡黄 亮黄亮黄 橙红橙红稳定性稳定性 较稳定较稳定 熔点前即分解熔点前即分解减弱减弱与水反应与水反应 LiOH MOHLiOH MOH热稳定性热稳定性：同族自上而下，碱金属和碱土金属的普通氧化物的热同族自上而下，碱金属和碱土金属的普通氧化物的热稳定性降低，熔点也降低；碱土金属离子半径较小，正电荷高，其稳定性降低，熔点也降低；碱土金属离子半径较小，正电荷高，其氧化物的晶格能大，因此其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多。氧化物的晶格能大，因此其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多。碱土金属的氧化物可通过其金属碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐或碱土金属的氧化物可通过其金属碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐或硫酸盐的热分解制备，均为白色。硫酸盐的热分解制备，均为白色。26过氧化物过氧化物 NaNa2 2O O2 2:2Na+O:2Na+O2 2NaNa2 2O O2 2(淡黄粉末）淡黄粉末）NaNa2 2O O2 2+2H+2H2 2O2NaOH+HO2NaOH+H2 2O O2 2(H(H2 2O+OO+O2 2）NaNa2 2O O2 2+H+H2 2SOSO4 4NaNa2 2SOSO4 4+H+H2 2O O2 2(H(H2 2O+OO+O2 2）2Na2Na2 2O O2 2+2CO+2CO2 22Na2Na2 2COCO3 3+O+O2 2 3Na3Na2 2O O2 2CrCr2 2O O3 32Na2Na2 2CrOCrO4 4+Na+Na2 2O O 3Na3Na2 2O O2 2+2NaCrO+2NaCrO2 2+2H+2H2 2O2NaO2Na2 2CrOCrO4 4+4NaOH+4NaOH MnOMnO2 2+Na+Na2 2O O2 2NaNa2 2MnOMnO4 4 (熔矿剂熔矿剂)碱性条件下为强氧化剂，遇棉花、木炭等爆炸。碱性条件下为强氧化剂，遇棉花、木炭等爆炸。除铍以外，碱金属和碱土金属都能形成过氧化物。最除铍以外，碱金属和碱土金属都能形成过氧化物。最重要的是重要的是Na2O2，CaO2和和BaO2。27实验室制实验室制H H2 2O O2 2的方法的方法2 2B Ba aO O+O O2 26 60 00 0-8 80 00 02 2B Ba aO O2 2B Ba aO O2 2H H2 2S SO O4 4B Ba aS SO O4 4+H H2 2O O2 228 超氧化物超氧化物只有半径大的阳离子的超氧化物稳定，同族的从上至只有半径大的阳离子的超氧化物稳定，同族的从上至下熔点依次升高下熔点依次升高K(RbK(Rb、Cs)+OCs)+O2 2MOMO2 2（橙黄，深棕，深黄）（橙黄，深棕，深黄）(过过)超氧化物广泛用做引火剂、供氧剂、漂白剂。超氧化物广泛用做引火剂、供氧剂、漂白剂。臭氧化物臭氧化物(KO(KO3 3、RbORbO3 3、CsOCsO3 3)3KOH(s)+2O3KOH(s)+2O3 3(g)2KO(g)2KO3 3(s)+KOH(s)+KOHH H2 2O(s)+1/2OO(s)+1/2O2 2(g)(g)RORO3 3不稳定不稳定RORO2 2+O+O2 2 4MO 4MO3 3+2H+2H2 2O4MOH+5OO4MOH+5O2 229三、氢氧化物三、氢氧化物1.1.碱金属氢氧化物碱金属氢氧化物物理性质物理性质：白色固体，除LiOH外，均易溶于水并放出大量热。固体在空气中易吸湿潮解，NaOH可用做干燥剂。对纤维、皮肤及其它有机物具有强腐蚀性-苛性碱（熔融或蒸浓NaOH时，可用Ag、Ni或Fe制容器）。n LiOH NaOH KOH RbOH CsOHLiOH NaOH KOH RbOH CsOH碱性碱性 中强中强 强强 强强 强强 强强水溶性水溶性 难难 易易 易易 易易 易易2.2.碱土金属氢氧化物碱土金属氢氧化物 Be(OH)2 Mg(OH)Be(OH)2 Mg(OH)2 2 Ca(OH)Ca(OH)2 2 Sr(OH)Sr(OH)2 2 Ba(OH)Ba(OH)2 2 两性两性 中强中强 强强 强强 强强 难溶难溶 难溶难溶 微溶微溶 易溶易溶 易溶易溶30判断主族金属氢氧化物的经验公式判断主族金属氢氧化物的经验公式RORO-+H+H+ROHRROHR+OH+OH-R R的的值越大，静电引力越强，值越大，静电引力越强，R R吸引氧原子电吸引氧原子电子云的能力越强，子云的能力越强，ROHROH的酸性越强。的酸性越强。31四、盐类四、盐类1.1.晶体类型晶体类型LiCl、BeCl2等共价，余多离子型,熔沸点较高。2.2.颜色颜色M+、M2+无论晶体还是水溶液均无色.若与之结合的阴离子（不包括X-）无色，则盐无色或白色;若阴离子有色，则化合物一般显阴离子的颜色，如BaCrO4(黄色),K2Cr2O7(橙红色)，KMnO4(紫红）。323.溶解性33碱土金属盐碱土金属盐:M(NO:M(NO3 3)2 2、M(ClOM(ClO3 3)2 2、M(ClOM(ClO4 4)2 2、M(Ac)M(Ac)2 2、MXMX2 2(X=Cl,Br,I)(X=Cl,Br,I)、BeFBeF2 2、BeSOBeSO4 4、BeCrOBeCrO4 4、MgSOMgSO4 4、MgCrOMgCrO4 4易溶易溶,余难溶余难溶.溶溶 解解 规规 律律1.Be1.Be盐多数易溶盐多数易溶,镁盐部分易溶镁盐部分易溶,Ca,Sr,Ba,Ca,Sr,Ba盐多盐多数难溶。数难溶。2.Ca2.Ca、SrSr、BaBa硫酸盐、铬酸盐的溶解度依次减硫酸盐、铬酸盐的溶解度依次减小；氟化物溶解度依次增大。小；氟化物溶解度依次增大。343.3.碳酸盐易溶于过量碳酸盐易溶于过量COCO2 2溶液溶液 CaCOCaCO3 3+CO+CO2 2Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2 硫酸盐易溶于浓硫酸硫酸盐易溶于浓硫酸 BaSOBaSO4 4+H+H2 2SOSO4 4Ba(HSOBa(HSO4 4)2 24.4.草酸钙是所有钙盐中溶解度最小的草酸钙是所有钙盐中溶解度最小的.5.MCO5.MCO3 3、MCMC2 2O O4 4、MCrOMCrO4 4、M M3 3(PO(PO4 4)2 2难溶于水易溶于强酸难溶于水易溶于强酸.CaC CaC2 2O O4 4+H+H+CaCa2+2+HC+HC2 2O O4 4-2BaCrO 2BaCrO4 4+2H+2H+2Ba2Ba2+2+Cr+Cr2 2O O7 72-2-+H+H2 2O O354.4.热稳定性热稳定性36含氧酸盐的热稳定性：阳离子电荷越高，半径越小，极化能含氧酸盐的热稳定性：阳离子电荷越高，半径越小，极化能力越强，其含氧酸盐越不稳定，分解温度越低。如力越强，其含氧酸盐越不稳定，分解温度越低。如MgCO3的的分解温度为分解温度为540 0C；MgCO3：900 0C；BaCO3：1360 0C。锂和碱土金属离子的极化能力较强，硝酸盐的分解产物为金锂和碱土金属离子的极化能力较强，硝酸盐的分解产物为金属氧化物、二氧化氮和氧气。属氧化物、二氧化氮和氧气。375.5.形成结晶水合物的倾向形成结晶水合物的倾向碱金属碱金属 Li Na K Rb CsLi Na K Rb Cs减小减小 M M+离子半径越小，作用于水分子的电场越强，水离子半径越小，作用于水分子的电场越强，水合热越大，水合物越稳定。合热越大，水合物越稳定。碱土金属规律不明显。碱土金属规律不明显。6.6.水解性水解性碱金属弱酸盐均水解碱金属弱酸盐均水解-碱性碱性碱土金属：碱土金属：BeClBeCl2 24H4H2 2OBeO+2HCl+3HOBeO+2HCl+3H2 2O O MgCl MgCl2 26H6H2 2OMg(OH)ClMgOOMg(OH)ClMgO387.7.形成复盐的能力形成复盐的能力光卤石类：光卤石类：MClMClMgClMgCl2 26H6H2 2O M=KO M=K+、RbRb+、CsCs+矾类矾类M M2 2SOSO4 4 MSO MSO4 46H6H2 2O OM M2 2SOSO4 4 M M2 2(SO(SO4 4)3 324H24H2 2O OM()=NHM()=NH4 4+、NaNa+、K K+、RbRb+、CsCs+M()=FeM()=Fe2+2+、CoCo2+2+、NiNi2+2+、ZnZn2+2+、CuCu2+2+、HgHg2+2+M()=FeM()=Fe3+3+、CrCr3+3+、AIAI3+3+8 8、形成配合物的能力、形成配合物的能力S S区金属形成配合物的能力较弱，可与穴醚、冠醚形区金属形成配合物的能力较弱，可与穴醚、冠醚形成稳定配合物。成稳定配合物。碱土金属（碱土金属（BeBe除外）均可与除外）均可与EDTAEDTA形成稳定的配合物。形成稳定的配合物。39IA族中,锂半径r最小,极化能力强,表现出与 Na 和 K 等的不同性质,它与它与IIA族里的族里的Mg 相似相似.*LiOH,Li2CO3,LiNO3都不稳定,极化作用大,而LiHCO3更难于存在;*在氧气中燃烧，只生成Li2O,和 Mg 相似;*Li,Mg 都可以和 N2 直接化合,其余碱金属不能;*Li,Mg的氟化物、碳酸盐、硫酸盐难溶,而其它碱金属无此性质;*Li,Mg 结晶水合氯化物，受热分解时水解.问题问题:LiH的稳定和LiOH,Li2CO3,LiNO3等的不稳定原因,都是因为Li的半径小,极化作用大.差别是什么差别是什么?极化使Li-H键增强,所以LiH稳定,而含氧酸盐中,极化加强了Li-O键,削弱了 O 和其它原子间的键强,因而易分解:Li2CO3-Li2O+CO2(1000K以上,部分分解)4LiNO3-2Li2O+2N2O4+O2(773K)与其它碱金属硝酸盐分解成亚硝酸盐和NO2,不同于此反应.锂的特性锂的特性40非金属性增强非金属性增强金金属属性性增增强强五、对角线规则4142铍和铝的相似性铍和铝的相似性 IIA族的族的Be也很特殊也很特殊,其性质和其性质和IIIA族中的族中的Al有些相近有些相近:v 氧化物和氢氧化物两性氧化物和氢氧化物两性,IIA族其余的氧化物和氢氧化物显碱性族其余的氧化物和氢氧化物显碱性;v无水氯化物无水氯化物 BeCl2,AlCl3共价成份大共价成份大,可溶于醇、醚、易升华可溶于醇、醚、易升华,其余其余IIA族的族的MCl2是离子晶体是离子晶体;vBe,Al和冷浓和冷浓HNO3接触时接触时,钝化钝化,其余其余IIA族金属易于和族金属易于和HNO3反应反应.vLi和和Mg、Be和和Al，连同上一章的，连同上一章的B和和Si的相似性体现着斜线的相似性体现着斜线(对角线对角线)规律规律.43