主族金属元素碱金属和碱土金属课件

第八章 主族金属元素（一）碱 金属和碱土金属 第一节第一节 化学元素的自然资源化学元素的自然资源第二节第二节 碱金属碱金属第三节第三节 碱土金属碱土金属第八章 主族金属元素（一）碱 金属和碱土金1第一节第一节 化学元素的自然资源化学元素的自然资源1-1 地壳中元素的分布和存在类型地壳中元素的分布和存在类型(见见P169表表8-1）1-2 元素资源的存在形式和提取、利用元素资源的存在形式和提取、利用1 化学矿物2天然含盐水3 大气4 农副产品5 工业废料第一节 化学元素的自然资源1-1 地壳中元素的分布和存在2Gc2-704-18.8LiNaKRb CsBeMgCaSrBaGc2-704-18.8LiNaKRb CsBeMgCa3第二节 碱金属 2-1 碱金属元素概述1、价电子构型碱金属(IA):ns1 Li,Na,K,Rb,Cs,Fr第二节 碱金属 2-1 碱金属元素概述1、价电子构型Li42、单质的物理性质:有金属光泽密度小硬度小熔点低导电、导热性好图片Gc2-705-18.9s区单质的熔点变化2、单质的物理性质:有金属光泽图片Gc2-705-18.9s53、存在形式由于碱金属和碱土金属的化学性质很活泼，所以它们只能以化合状态存在于自然界中。主要矿物有：绿柱石:菱镁矿:萤石：天青石:大理石:钠长石:钾长石:明矾石:锂辉石:光卤石:石 膏:重晶石:3、存在形式绿柱石:菱镁矿:萤石：天青石:大理石:钠长石:钾62-2 金属钠和钾金属钠和钾u 钠和钾性质相似，质软，均能与水剧烈作用生成对应的碱钠和钾性质相似，质软，均能与水剧烈作用生成对应的碱和氢气，易引起燃烧和爆炸，需贮存于煤油和石蜡油中。和氢气，易引起燃烧和爆炸，需贮存于煤油和石蜡油中。u 钠和钾具有高的活泼性和强传热性，在冶金工业中是钠和钾具有高的活泼性和强传热性，在冶金工业中是重要的还原剂。重要的还原剂。2-2 金属钠和钾 钠和钾性质相似，质软，均能与水剧烈作用7u 制备方法：制备方法：1、电解熔融盐、电解熔融盐如：2NaCl =2Na+Cl2电解2 2、热还原法、热还原法 如：K2CO3+2C=2K+3CO3 3、金属置换法、金属置换法(工业上制取钾工业上制取钾)如：KCl+Na=NaCl+K1473K真空 制备方法：1、电解熔融盐如：2NaCl =2N82-3 碱金属的氢化物碱金属的氢化物 离子型氢化物离子型氢化物 LiH NaH KH RbH CsH -90.4 -57.3 -57.7-54.3 -49.3（1）均为白色晶体均为白色晶体,热稳定性差热稳定性差2-3 碱金属的氢化物LiH NaH KH 9（2)还原性强l钛的冶炼:l 剧烈水解:（2)还原性强钛的冶炼:剧烈水解:10l 形成配位氢化物铝氢化锂受潮时强烈水解 形成配位氢化物铝氢化锂受潮时强烈水解112-4 碱金属的氧化物和氢氧化物碱金属的氧化物和氢氧化物1、钠、钾的氧化物、钠、钾的氧化物单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2(1)与与H2O的作用的作用:（Li Cs剧烈程度）（BeO除外）2-4 碱金属的氧化物和氢氧化物1、钠、钾的氧化物单质在空气12(2)与与CO2的作用的作用：(2)与CO2的作用：13（3 3）与矿石一起熔融分解矿物）与矿石一起熔融分解矿物 熔矿时要使用铁或镍制坩埚，陶瓷、石英和铂制坩埚容易熔矿时要使用铁或镍制坩埚，陶瓷、石英和铂制坩埚容易被腐蚀被腐蚀.熔融的熔融的 Na2O2 与棉花、硫粉、铝粉等还原性物质会爆与棉花、硫粉、铝粉等还原性物质会爆炸炸,使用时要倍加小心。使用时要倍加小心。（3）与矿石一起熔融分解矿物 熔矿时要使用铁或镍制坩142 钠和钾的氢氧化物钠和钾的氢氧化物 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强 强 强 性质：易吸水溶解 溶解度与碱性(箭头指向)溶解度增大,碱性增强2 钠和钾的氢氧化物 LiOH N15NaOH、KOH的性质的性质碱金属的氢氧化物对纤维和皮肤有强烈的腐蚀作用，所以称碱金属的氢氧化物对纤维和皮肤有强烈的腐蚀作用，所以称它们为苛性碱。氢氧化钠和氢氧化钾通常分别称为苛性钠它们为苛性碱。氢氧化钠和氢氧化钾通常分别称为苛性钠(又名烧碱又名烧碱)和苛性钾。它们都是白色晶状固体，具有较低的和苛性钾。它们都是白色晶状固体，具有较低的熔点。除氢氧化锂外，其余碱金属的氢氧化物都易溶于水，熔点。除氢氧化锂外，其余碱金属的氢氧化物都易溶于水，并放出大量的热。在空气中容易吸湿潮解，所以固体并放出大量的热。在空气中容易吸湿潮解，所以固体NaOH是常用的干燥剂。它们还容易与空气中的是常用的干燥剂。它们还容易与空气中的CO2反应而生成碳反应而生成碳酸盐，所以要密封保存。酸盐，所以要密封保存。NaOH、KOH的性质碱金属的氢氧化物对纤维和皮肤有强烈的16l2A1+2NaOH+6H2O2NaAl(OH)4+3H2lA12O3+2NaOH 熔融熔融 2NaAlO2+H2OlSi+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2l SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O因为氢氧化钠、氢氧化钾易于熔化，又具有溶解某些金属氧因为氢氧化钠、氢氧化钾易于熔化，又具有溶解某些金属氧化物、非金属氧化物的能力，因此工业生产和分析工作中常化物、非金属氧化物的能力，因此工业生产和分析工作中常用于分解矿石。溶融的氢氧化钠腐蚀性更强，工业上熔化氢用于分解矿石。溶融的氢氧化钠腐蚀性更强，工业上熔化氢氧化钠一般用铸铁容器，在实验室可用银或镍的器皿氧化钠一般用铸铁容器，在实验室可用银或镍的器皿 2A1+2NaOH+6H2O2NaAl(OH)4+3H172-5 钠盐和钾盐钠盐和钾盐 碱金属盐类的最大特征是易溶于水，并且在水中完全碱金属盐类的最大特征是易溶于水，并且在水中完全电离，所有碱金属离子都是无色的。只有少数碱金属盐是电离，所有碱金属离子都是无色的。只有少数碱金属盐是难溶的。难溶的。1、钠盐和钾盐性质的差异、钠盐和钾盐性质的差异 (1)溶解度溶解度 钠、钾盐的溶解度都比较大，相对说来，钠盐更钠、钾盐的溶解度都比较大，相对说来，钠盐更大些。仅大些。仅NaHCO3的溶解度不大，的溶解度不大，NaCl的溶解度随温度的变化的溶解度随温度的变化不大，这是常见的钠盐中溶解性较特殊的不大，这是常见的钠盐中溶解性较特殊的。2-5 钠盐和钾盐 碱金属盐类的最大特征是易溶于水18(2)吸湿性吸湿性 钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此，化学分析钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此，化学分析工作中常用的标准试剂许多是钾盐，如用邻苯二甲酸氢钾标工作中常用的标准试剂许多是钾盐，如用邻苯二甲酸氢钾标定碱液的浓度，用重铬酸钾标定还原剂溶液的浓度。在配制定碱液的浓度，用重铬酸钾标定还原剂溶液的浓度。在配制炸药时用炸药时用KNO3或或KClO3，而不用相应的钠盐。，而不用相应的钠盐。(3)结晶水结晶水 含结晶水的钠盐比钾盐多。如含结晶水的钠盐比钾盐多。如Na2SO410H2O、K2SO4、Na2HPO410H2O等。等。(2)吸湿性 钠盐的吸湿性比相应的钾盐强。因此，化学分析19（1）氯化钠）氯化钠（2）碳酸钠）碳酸钠（3）碳酸氢钠）碳酸氢钠（4）碳酸钾）碳酸钾2、几种重要的钠盐和钾盐（1）氯化钠（2）碳酸钠（3）碳酸氢钠（4）碳酸钾220l联合制碱法联合制碱法l利用利用NH4Cl在低温时的溶解度比在低温时的溶解度比NaCl小的特性小的特性,在在510度下向母液中加入度下向母液中加入NaCl粉末粉末,可以得到可以得到NH4Cl做氮肥做氮肥,同时可以利用合成厂的废气同时可以利用合成厂的废气CO2,且不生成无用且不生成无用CaCl2联合制碱法21苏尔维法苏尔维法lNH3+CO2+H2O NH4HCO3lNH4HCO3+NaCl NaHCO3+NH4Cll2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2Ol 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2 NH3+2H2O优缺点:原料经济,NaCl利用低,CaCl2废液无法利用苏尔维法NH3+CO2+H2O 22第三节 碱土金属 3-1 碱土金属元素概述碱土金属元素概述1、价电子构型、价电子构型碱土金属碱土金属(IIA):ns2 Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra 都是活泼金属，都是活泼金属，2、碱土金属活泼型略低于碱金属，同一主族从上、碱土金属活泼型略低于碱金属，同一主族从上至下活泼性递增至下活泼性递增第三节 碱土金属 3-1 碱土金属元素概述1、价电子构型23LiNaKCaSrBa3、焰色反应LiNaKCaSrBa3、焰色反应24 碱金属和钙、锶、钡的挥发性盐在无色火焰中灼烧时，能碱金属和钙、锶、钡的挥发性盐在无色火焰中灼烧时，能使火焰呈现出一定颜色。这叫使火焰呈现出一定颜色。这叫“焰色反应焰色反应”。碱金属和钙、锶、钡的盐，在灼烧时为什么能产生不同的碱金属和钙、锶、钡的盐，在灼烧时为什么能产生不同的颜色呢？颜色呢？因为当金属或其盐在火焰上灼烧时，原子被激发，电子接因为当金属或其盐在火焰上灼烧时，原子被激发，电子接受了能量从较低的能级跳到较高能级，但处在较高能级的电子受了能量从较低的能级跳到较高能级，但处在较高能级的电子是很不稳定很快跳回到低能级，这时就将多余的能量以光的形是很不稳定很快跳回到低能级，这时就将多余的能量以光的形式放出。原子的结构不同，就发出不同波长的光，所以光的颜式放出。原子的结构不同，就发出不同波长的光，所以光的颜色也不同。碱金属和碱土金属等能产生可见光谱，而且每一种色也不同。碱金属和碱土金属等能产生可见光谱，而且每一种金属原子的光谱线比较简单，所以容易观察识别。金属原子的光谱线比较简单，所以容易观察识别。碱金属和钙、锶、钡的挥发性盐在无色火焰中灼烧时25对角线规则 Li Be B C Na Mg Al Si 4 、锂锂、铍的特殊性、铍的特殊性 对角线规则对角线规则（1）内容对角线规则 Li 26（2）锂与镁的相似性：锂与镁的相似性：单质与氧作用生成正常氧化物单质与氧作用生成正常氧化物氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大氢氧化物均为中强碱，且水中溶解度不大氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶氟化物、碳酸盐、磷酸盐均难溶氯化物均能溶于有机溶剂中氯化物均能溶于有机溶剂中碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物碳酸盐受热分解，产物为相应氧化物（2）锂与镁的相似性：273-2 碱土金属的氧化物和氢氧化物1.单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物单质在空气中燃烧，形成相应的氧化物：BeO MgO CaO SrO Ba2O23-2 碱土金属的氧化物和氢氧化物1.单质在空气中燃烧，28 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强中强 强强 强强 强强 强强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性两性 中强中强 强强 强强 强强（除BeO外）性质：性质：易吸水溶解易吸水溶解 溶解度与碱性溶解度与碱性(箭头指向)溶解度增大,碱性增强2 氢氧化物氢氧化物 LiOH NaOH KOH29金属氢氧化物金属氢氧化物MOH的离解的离解lM-O-H M+OH-lM-O-H MO-+H+l=z/r (z:M离子的电荷；离子的电荷；r：离子半径离子半径)l 1/20.22MOH显碱性显碱性l 1/2 在在 0.220.32间间 MOH显两性显两性 1/2 0.32 MOH显酸性显酸性金属氢氧化物MOH的离解M-O-H 30溶解度MOH易溶于水，放热碱土金属溶解度（20）溶解度MOH易溶于水，放热31重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐3-3 碱土金属的盐类碱土金属的盐类（1)晶体类型：晶体类型：绝大多数是离子晶体绝大多数是离子晶体 但碱土金属卤化物有一定的共价性。但碱土金属卤化物有一定的共价性。Be2+极化力强极化力强 BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2熔点熔点/405 714 782 876 962 离子性增强重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐3-3 碱土金属的盐32(2)一般无色或白色一般无色或白色(3)溶解度：溶解度：碱金属盐类一般易溶于水；碱金属盐类一般易溶于水；碱土金属盐类除卤化物、硝酸盐外多数溶解度碱土金属盐类除卤化物、硝酸盐外多数溶解度较小。较小。(4)热稳定性：热稳定性：较高较高。(2)一般无色或白色33 硝酸盐热稳定性差 BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3T分/100 540 900 1290 13602 稳定性 M2CO3 MCO3COOO 硝酸盐热稳定性差2 稳定性 M2CO3 MCO34