金属元素--课件

9.3 9.3 金属元素金属元素无机化学1 1pptppt课件课件在已知的112种元素中，金属占80%以上。通常可将金属分为黑色金属与有色金属两大类。黑色金属包括铁、锰和铬及其合金，主要是铁碳合金。有色金属是指铁、锰、铬之外的所有金属。2 2pptppt课件课件1.金属元素原子的价电子构型金属元素的通性金属元素的通性根据金属元素在周期表中的位置，分为P区金属（AA金属元素）、碱金属和碱土金属、过渡金属（BB元素）。金属的价电子构型有以下几种：A和A金属为ns12；AA金属为ns2np14；过渡金属为(n-1)d110ns12（Pd除外，为4d10），其中B和B为(n-1)d10ns12。3 3pptppt课件课件2.金属元素的化学活泼性及氧化态金属有较强的还原性。金属原子失去电子的难易决定了金属还原性的强弱，可由标准电极电势数值判断。各种金属的化学活泼性相差很大，所以它们在自然界中的存在形式也各不相同。少数不活泼的金属如铂、金只有游离状态的，而活泼金属如碱金属和碱土金属总是以化合态存在。4 4pptppt课件课件2.金属元素的化学活泼性及氧化态金属有较强的还原性。金属原子失去电子的难易决定了金属还原性的强弱，可由标准电极电势数值判断。各种金属的化学活泼性相差很大，所以它们在自然界中的存在形式也各不相同。少数不活泼的金属如铂、金只有游离状态的，而活泼金属如碱金属和碱土金属总是以化合态存在。5 5pptppt课件课件碱金属和碱土金属碱金属同周期元素中原子半径大，最外层电子电离能低，极易失去，表现出较强的化学活泼性，在金属活动顺序表中居于前列。碱土金属的化学活泼性略低于碱金属。碱金属和碱土金属元素的化合物多为离子型。它们在形成化合物时，均表现一种氧化态，即碱金属为+1，碱土金属为+2。6 6pptppt课件课件一、碱金属元素概述1 1、定义、定义 元元素素周周期期表表的的AA族族金金属属元元素素称称为为碱碱金金属属，包包 括括锂锂、钠钠、钾钾、铷铷、铯铯和和钫钫6 6种种元元素素。碱碱金金属属属属于于s s区区元元素素，其其原原子子价价电电子子层层构构型型为为nsns1 1，次次外外层层为为稀稀有有气气体体的的稳稳定定8 8电电子子结结构构。锂锂、铷铷和和铯铯是是稀有金属，钫是放射性元素。稀有金属，钫是放射性元素。7 7pptppt课件课件 物理性质物理性质 碱金属是银白色的柔软、易熔轻金属，碱金属是银白色的柔软、易熔轻金属，密度较小，可以用刀切割。与同一周期其它密度较小，可以用刀切割。与同一周期其它元素相比，碱金属的原子半径最大，固体中元素相比，碱金属的原子半径最大，固体中的金属键较弱，原子间的作用力较小，故密的金属键较弱，原子间的作用力较小，故密度、硬度小，熔点低。度、硬度小，熔点低。8 8pptppt课件课件碱金属的基本性质 元素元素性质性质锂锂 Li钠钠 Na钾钾 K铷铷 Rb铯铯 Cs原子序数原子序数311193755原子半径原子半径/pm152153.7227.2247.5265.4离子半径离子半径/pm6897133147167第一电离能第一电离能I I1 1 kJmol-1521499421405371第二电离能第二电离能I I2 272954591308826752436电负性电负性0.980.930.820.820.79标准电极电势标准电极电势(酸酸)-3.045-2.711-2.923-2.925-2.923密度密度/g cm-30.530.970.861.531.90硬度硬度(金刚石金刚石=10)=10)0.60.40.50.30.2M+(g)水合热水合热/kJmol-15194063222932649 9pptppt课件课件碱金属元素的特点：在在同同周周期期元元素素中中，原原子子半半径径最最大大，核核电电荷荷最最少少，最最外外层层的的ns s1 1电电子子离离核核较较远远，很很易易失失去去，第第一一电电离离能能最最低低，表表现现出出强强的的金金属属性性。它它们们与与氧氧、硫硫、卤卤素素以以及及其其它它非非金金属属都都能能剧剧烈烈反反应应，并并能能从从许许多多金金属属化化合合物物中中置置换换出出金金属属。碱碱金金属属自自上上而而下下原原子子半半径径和和离离子子半半径径依依次次增增大大，其其活活泼泼性性有有规规律律地地增增强强。例例如如，钠钠和和水水剧剧烈烈反反应应，钾钾更更为为剧剧烈烈，而而铷铷、铯铯遇遇水水则则有有爆爆炸炸危危险险。锂锂的的活活泼泼性性比比其其他他碱碱金金属属大大为为逊逊色色，与与水水的反应较缓慢。的反应较缓慢。1010pptppt课件课件碱金属的焰色反应 碱碱金金属属在在火火焰焰中中加加热热，各各具具特特征征的的焰焰色色，可用作定性鉴定：可用作定性鉴定：锂 钠 钾 铷 铯红色 黄色 紫色 红紫色 蓝色1111pptppt课件课件碱金属用途很广 有有机机锂锂化化合合物物，是是有有机机合合成成中中的的重重要要试试剂剂；锂锂与与镁镁、铝铝的的合合金金，被被称称为为超超轻轻金金属属，具具质质轻轻、强强度度大大、塑塑性性好好等等优优点点，广广泛泛用用于于航航空空、航航天天器器的的制制造造中中；锂锂可可制制成成锂锂电电池池和和锂锂离离子子电电池池高高能能电电池池；钾钾和和钠钠主主要要用用来来作作还还原原剂剂，钾钾和和钠钠是是动动物物生生存存的的必必需元素；铯被广泛用在光电管、铯原子钟等。需元素；铯被广泛用在光电管、铯原子钟等。1212pptppt课件课件金属钠和钾 钾和钠的性质十分相似，质软似钾和钠的性质十分相似，质软似蜡，可以用小刀进行切割。新切蜡，可以用小刀进行切割。新切面呈银白色光泽，但暴露在空气面呈银白色光泽，但暴露在空气中会因氧化而迅速变暗。钠遇到中会因氧化而迅速变暗。钠遇到水会发生剧烈反应，生成水会发生剧烈反应，生成NaOH和和H2，因此需密闭储存在煤油或，因此需密闭储存在煤油或石蜡中。钾比钠更活泼，因此制石蜡中。钾比钠更活泼，因此制备、储运和使用时应更加小心。备、储运和使用时应更加小心。1313pptppt课件课件钠钾的用途和制备钠钾的用途和制备1 1、用途：、用途：钠钾的高活泼性钠钾的高活泼性冶金工业重要的还原剂；冶金工业重要的还原剂；强传热性强传热性原子能工业中作核反应堆的导热剂；原子能工业中作核反应堆的导热剂；钠、钾钠、钾制备过氧化物、氢化物及有机合成的原制备过氧化物、氢化物及有机合成的原料；钠光灯用于公路照明。料；钠光灯用于公路照明。2 2、制备、制备：工业上制取钠：电解廉价的熔融工业上制取钠：电解廉价的熔融NaCl；工工 业上制取钾：在熔融状态下，用金属钠从业上制取钾：在熔融状态下，用金属钠从KCl中置换出钾，经分级蒸馏中置换出钾，经分级蒸馏(800(800880)880)得到金属得到金属钾。钾。金属钾因价格昂贵(约为钠的10倍)，而限制了它的应用，其生产规模也小得多。1414pptppt课件课件碱金属的氧化物和过氧化物碱金属的氧化物和过氧化物一、一、氧化物：碱金属在充足的空气中燃烧，产物并不同碱金属在充足的空气中燃烧，产物并不同 锂锂氧化锂氧化锂 Li2O 钠钠过氧化钠过氧化钠 Na2O2 钾、铷、铯钾、铷、铯超氧化物超氧化物 KO2、RbO2、CsO21515pptppt课件课件碱金属的氧化物和过氧化物碱金属的氧化物和过氧化物1 1、氧化物、氧化物 碱金属中除锂外，其它碱金属的正常氧化物是用碱金属中除锂外，其它碱金属的正常氧化物是用金属与金属与 它们的过氧化物或硝酸盐作用制得的。它们的过氧化物或硝酸盐作用制得的。NaNa2 2O O2 22Na=2Na2Na=2Na2 2O O 2KNO2KNO3 310K=6K10K=6K2 2O ON N2 2 碱金属氧化物与水反应生成相应的氢氧化物。碱金属氧化物与水反应生成相应的氢氧化物。1616pptppt课件课件碱金属的氧化物和过氧化物碱金属的氧化物和过氧化物 2 2、过氧化物、过氧化物 所所有有碱碱金金属属都都可可形形成成过过氧氧化化物物，其其中中只只有有钠钠的的过过氧氧化化 物是由金属在空气中燃烧直接得到的物是由金属在空气中燃烧直接得到的：2 Na+O2=Na2O2 最重要的是过氧化钠最重要的是过氧化钠Na2O2。燃烧燃烧1717pptppt课件课件 2、过氧化物 纯纯的的Na2O2是是白白色色粉粉末末，工工业业品品含含有有一一定定量量杂杂质质。在在碱碱性性介介质质中中Na2O2 是是强强氧氧化化剂剂，常常用用作作分分解解矿矿石石的的溶溶剂剂，使使不不溶溶于于水水和和酸酸的的矿矿石石，被被氧氧化化分分解解为可溶于水的化合物，例如：为可溶于水的化合物，例如：Cr2O33 Na2O2=2Na2CrO4Na2O MnO2 Na2O2 =Na2MnO4共熔共熔共熔共熔1818pptppt课件课件2、过氧化物 Na2O2与水或稀酸作用可以产生过氧化氢：与水或稀酸作用可以产生过氧化氢：Na2O2 2H2O=2NaOH+H2O2 Na2O2 H2SO4=Na2SO4+H2O2 2H2O2=2H2O+O2 Na2O2与与CO2产生下列反应：产生下列反应：2Na2O2 2CO2=2Na2CO3+O2 基于这个反应，基于这个反应，Na2O2 应用于高空飞行或水下工应用于高空飞行或水下工作时的作时的 CO2吸收剂和供氧剂，以此来吸收人体呼出吸收剂和供氧剂，以此来吸收人体呼出的的CO2和补充人体所需的和补充人体所需的O2。1919pptppt课件课件超氧化物超氧化物超氧化钾超氧化钾 金属钾在充足的空气中燃烧时，生成超氧化钾金属钾在充足的空气中燃烧时，生成超氧化钾KO2 1、KO2具有强氧化性，与水、具有强氧化性，与水、CO2 反应生成氧气：反应生成氧气：2KO2+2H2O=O2+2K+2OH-+H2O2 4KO2+2CO2=2K2CO3+3O22、KO2和和Na 2O 2一样，多用于宇航、水下、矿井、一样，多用于宇航、水下、矿井、高山作业时需用的高山作业时需用的CO2吸收剂和供氧剂。吸收剂和供氧剂。2020pptppt课件课件碱金属的氢氧化物碱金属的氢氧化物 碱碱金金属属的的氢氢氧氧化化物物都都是是白白色色固固体体，容容易易潮潮解解和和吸吸收收空空气气中中的的CO2（须须密密封封保保存存），易易溶溶于于水水，溶溶解解时时放放出出大大量量的的热热，仅仅LiOH的的溶溶解解度度较较小小。除除LiOH是是中中强强碱碱外外，其其余余都都是是强强碱碱，对对于于纤纤维维、皮皮肤肤有有强强烈烈的的腐腐蚀蚀作作用，因此叫苛性碱。碱性按以下顺序变化：用，因此叫苛性碱。碱性按以下顺序变化：LiOHNaOHKOHRbOHCsOH NaOHNaOH和和KOHKOH在在性性质质、用用途途和和制制备备方方面面都都相相似似，但但KOHKOH价价贵，因此用途不如贵，因此用途不如NaOHNaOH广泛。广泛。2121pptppt课件课件问题：实验室盛装NaOH的瓶子为什么不能用玻璃塞？实实验验室室盛盛NaOH溶溶液液的的玻玻璃璃瓶瓶需需用用橡橡胶胶塞塞，不不能能用用玻玻璃璃塞塞。否否则则存存放放时时间间过过长长，NaOH与与瓶瓶口口玻玻璃璃中中的的SiO2生生成成粘粘性性的的Na2SiO3，把玻璃塞和瓶口粘结在一把玻璃塞和瓶口粘结在一起而不易打开。起而不易打开。固体固体NaOHNaOH具有很强的吸水性，是常用的干燥剂具有很强的吸水性，是常用的干燥剂2222pptppt课件课件氢氧化钠NaOH 又称火碱、烧碱、苛性钠，是重要化工原料又称火碱、烧碱、苛性钠，是重要化工原料 ，广泛，广泛用于造纸、制革、制皂、纺织、玻璃、搪瓷、无机用于造纸、制革、制皂、纺织、玻璃、搪瓷、无机和有机合成等工业中。和有机合成等工业中。工业制法：电解饱和的食盐水制备烧碱工业制法：电解饱和的食盐水制备烧碱隔膜法隔膜法2323pptppt课件课件9.2.5 碱金属盐类的通性（1 1）晶晶体体类类型型：绝绝大大多多数数属属于于离离子子晶晶体体。LiLi+半半径径很很小小，极极化化力力较较强强，它它的的某某些些盐盐如如卤卤化化物物表表现现出出不不同同程程度度的的共共价价性性。碱碱金金属属盐盐具具有有较较高高的的熔熔、沸沸点点，常常温温下下是是固固体体，熔熔化化时时能能导导电电，在在水水中完全离解。中完全离解。（2）颜颜色色 碱碱金金属属离离子子都都是是无无色色的的，若若阴阴离离子子有有色色，则则其其化化合合物物一一般般常常显显阴阴离离子子的的颜颜色色。如如CrO42-是是黄黄色色的的，K2CrO4也也为为黄黄色；色；MnO4-是紫红色的，是紫红色的，KMnO4也为紫红色。也为紫红色。（3 3）热热稳稳定定性性 碱碱金金属属盐盐一一般般具具有有较较高高的的热热稳稳定定性性。唯唯有有其其硝硝酸盐的热稳定性差，加热易分解。酸盐的热稳定性差，加热易分解。（4 4）溶解度溶解度 碱金属的盐类一般都易溶于水，仅有少数难溶。碱金属的盐类一般都易溶于水，仅有少数难溶。2424pptppt课件课件几种重要的钠盐和钾盐 1 1、氯化钠NaCl 食食盐盐是是人人类类赖赖以以生生存存的的物物质质，也也是是化化学学工工业业的的基基本本原原料料。NaCl广广泛泛存存在在于于海海洋洋、盐盐湖湖和和岩岩盐盐中中。工工业业NaCl的的精精制制通通常常采采用用重重结结晶晶法法。粗粗盐盐中中常常含含有有SO42-、Ca2+、Mg2+、Fe3+、K+等等杂杂质质，依依次次加加入入适适量量的的BaCl2、Na2CO3和和NaOH使使其其沉沉淀淀析析出，得到精盐。出，得到精盐。2525pptppt课件课件几种重要的钠盐和钾盐2、碳酸钠Na2CO3 Na2CO3有有无无水水物物和和一一水水、七七水水、十十水水结结晶晶水水合合物物，常常见见工工业业品品不不含含结结晶晶水水，为为白白色色粉粉末末，又又称称纯纯碱碱、碱碱面面或或苏苏打打。Na2CO3在在饱饱和和状状态态(质质量量分分数约为数约为20%)能强烈水解，使能强烈水解，使pH达到达到12。工业上常用氨碱法或联合制碱法制取NaNa2 2COCO3 32626pptppt课件课件几种重要的钠盐和钾盐3、碳酸氢钠碳酸氢钠(NaHCO3)又又称称小小苏苏打打、重重碳碳酸酸钠钠或或焙焙碱碱，加加热热至至65便分解失去便分解失去CO2，是食品工业的膨化剂，是食品工业的膨化剂。NaHCO3溶溶液液中中存存在在着着水水解解和和离离解解的的双双重重平平衡衡，溶溶液液显显弱弱碱碱性性，0.1mol L-1 NaHCO3溶溶液，液，pH为为8.3。2727pptppt课件课件钠盐和钾盐的比较1、钾盐的溶解度比钠盐小；、钾盐的溶解度比钠盐小；2、钠盐和钾盐有吸潮性，钠盐吸潮尤为显著；、钠盐和钾盐有吸潮性，钠盐吸潮尤为显著；3、钾盐比较昂贵。、钾盐比较昂贵。例如：配制火药用例如：配制火药用KNO3，而不宜用吸潮性强的，而不宜用吸潮性强的NaNO3；分析化学用的基准试剂；分析化学用的基准试剂K2Cr2O7，也不能，也不能用用Na2Cr2O7代替。代替。2828pptppt课件课件Na+和和K+的鉴定的鉴定2929pptppt课件课件P区金属P区金属的金属性比较弱。除铝外在自然界多以各种组成的硫化物矿存在。过渡元素原子的共同特点是最外层只有12个s电子，次外层有110个电子。除s电子外，d电子可以部分或全部参加成键，使过渡元素表现出多种氧化态。过渡元素的原子半径一般比主族元素小。同一周期元素的原子半径从左到右只略有减小，同一族的过渡元素的原子半径自上而下也增加不大。过渡元素3030pptppt课件课件1.金属的物理性质金属单质通性常温时除汞是液体外，其余金属都是固体。锂、钠、钾比水轻，其他金属密度较大金属硬度一般较大，如铬、钨坚硬如钢。但有些质软，可用刀切，如钠、钾。以金刚石的硬度为10.有金属光泽。绝大多数金属呈钢灰色或银白色光泽。此外铜显红色、金显黄色、铅显灰蓝色、铋显淡红色。大多数金属有良好的导电性和导热性。导电性强的金属导热性也好。大多数金属有延性，可抽成丝。大多数金属有展性，可压成薄片。金属熔点差别较大。钨是最难熔的金属，汞在常温下是液体，铯和镓在手上受热就能熔化。3131pptppt课件课件2.金属的化学性质碱金属和碱土金属(Be、Mg除外)在空气中极易被氧化。有些金属如铍、铝、铬、锰、钴、镍形成的氧化物结构致密，它紧密覆盖在金属表面，防止金属继续被氧化。所以这些金属在空气中不易被腐蚀。铁在空气中易被腐蚀是因为生成的氧化物结构松散，不起保护作用。金属与氧的作用3232pptppt课件课件金属与水作用生成金属氢氧化物和氢气。反应能否发生与金属的活泼性和生成物的可溶性有关。电极电势小于-0.41V的金属都可与水反应。钠、钾在常温下就与水剧烈反应，钙与水作用缓慢，铁在炽热条件下与水蒸气反应。但有些金属如镁、铝，生成的氢氧化物难溶于水，覆盖在金属表面，使反应难于继续进行，因此这些金属在常温时也不溶于水。镁只能与沸水反应。金属与水的作用3333pptppt课件课件在酸性溶液中，电极电势为负值的金属都可以与非氧化性酸反应放出氢气。但有的金属与酸作用生成难溶沉淀，覆盖在金属表面而使反应难于进行，如铅难溶于硫酸，就是因为生成的PbSO4难溶并覆盖在铅的表面。电极电势为正值的金属不能被非氧化性酸氧化，只能被氧化性酸（硝酸和浓硫酸）氧化。铝、铬、铁等金属在冷的浓硫酸、浓硝酸中由于钝化而不溶。金属与酸的反应3434pptppt课件课件金属与碱的反应除少数显两性的金属外，一般都不与碱反应。金属与碱的反应可以看成是金属先与水反应生成氢氧化物和氢气，然后氢氧化物再与碱作用。3535pptppt课件课件