碱金属和碱土金属.ppt

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。,元素的丰度与分类,一、元素的丰度化学元素在地壳（地球表面下16km厚的岩石层）中的含量。O、Si总质量约占地壳的75O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg8种元素的总质量占地壳的99以上。人体中大约含30多种元素，其中O、C、H、N、Ca、P、K、S、Na、Al、Mg11种常量元素约占人体质量的99.95。,普通元素和稀有元素,元素的丰度与分类,s区元素概述,A：Li、Na、K、Rb、Cs、(Fr)碱金属ns1A:Be、Mg、Ca、Sr、Ba、(Ra)碱土金属ns2金属活性碱金属碱土金属化合物以离子型为主,大部分Li、Be的化合物及部分Mg的化合物有明显的共价性。,s区元素的基本性质,LiBeNaMgKCaRbCsCsBa,原子半径增大金属性、还原性增强电离能、电负性减小,原子半径减小金属性、还原性减弱电离能、电负性增大,一、物理性质通性银白色光泽,熔沸点低，硬度小，密度小，导电性好，延展性好。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。2.切割：除Be、Mg外，余皆可用刀切割。最软Cs（硬度0.2）.3.光电效应：Rb,Cs（电子活性极高）自动开关门4.液态合金：K-Na;Na-Hg,s区元素的单质,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。,（A）2M+2H2O2MOH+H2LiNaKRbCs,强,现象：难熔熔球H2燃烧爆炸思考Li的E最小，但与水的反应活性最弱Li熔点高，生成的LiOH难熔,二、化学性质,1.与水反应,LiNaK,AM+2H2OM(OH)2+H2BeMgCaSrBa,强,与水蒸气反应与热水反应冷水中反应,Ca与水的反应,2.与其它非金属反应，和O2,S,H,N2,X2等反应，空气中易氧化,3.作冶金、无机合成、有机合成的还原剂,4.与液氨作用Ca、Sr、Ba及碱金属等与液氨作用生成蓝色溶液,放置时能缓慢释放H2。,2Na(s)+2NH3(l)2Na+(am)+2NH2-(am)+H2(g)M(S)M+(am)+(am)（深蓝色)在-33液氨溶剂中强还原能力,三.焰色反应Ca、Sr、Ba、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。,Li:红色,Na:黄色,K、Rb、Cs：紫色（通过钴玻璃观察）,Ca：橙红,Sr：洋红,Ba:绿,用途：与其他组分混合可制信号剂和烟火剂,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，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。,四、存在与制备1.存在：自然界无游离态。常见化合物俗名：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）,2.制备：（1）熔盐电解法熔盐:氯化物(熔点低）+助熔剂,助熔剂CaCl2的作用A）降低电解质的熔点，防止钠挥发.（熔点：NaCl，1073K;Na：熔点371K；沸点1156K;混合盐，873K.）,B）减小Na的分散性。(混合物密度大，液Na可浮其上),熔盐电解法法不适合制K(Rb、Cs)A）K易溶于熔融KCl中B）电解过程中产生的KO2和K会发生爆炸反应,(2)热还原法（用碳或碳化物做还原剂）,(3)金属置换法主制K、Rb、Cs(高温、低压）,思考不活泼金属置换活泼金属，是否与金属活泼性顺序矛盾？,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，可做储氢材料和还原剂,二、氧化物正常氧化物过氧化物超氧化物臭氧化物ANa2ONa2O2NaO2KO3ACaOCaO2CaO4,过氧化物(O22-)超氧化物(O2-),-O-O-2,(O2-),金属氧化物*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,MO均白色粉末,较稳定。CaO,SrO,BaO溶于水,放热。,Ca在空气中充分燃烧的产物溶于水有何现象？,普通氧化物,性质：Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜色白白淡黄亮黄橙红稳定性较稳定熔点前即分解,与水反应LiOHMOH,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。,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。,过氧化物Na2O2:2Na+O2Na2O2(淡黄粉末）,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。最重要的是Na2O2，CaO2和BaO2。,实验室制H2O2的方法,超氧化物只有半径大的阳离子的超氧化物稳定，同族的从上至下熔点依次升高K(Rb、Cs)+O2MO2（橙黄，深棕，深黄）(过)超氧化物广泛用做引火剂、供氧剂、漂白剂。臭氧化物(KO3、RbO3、CsO3)3KOH(s)+2O3(g)2KO3(s)+KOHH2O(s)+1/2O2(g)RO3不稳定RO2+O24MO3+2H2O4MOH+5O2,三、氢氧化物,1.碱金属氢氧化物物理性质：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）。LiOHNaOHKOHRbOHCsOH碱性中强强强强强水溶性难易易易易,2.碱土金属氢氧化物Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2两性中强强强强难溶难溶微溶易溶易溶,判断主族金属氢氧化物的经验公式,RO-+H+ROHR+OH-,R的值越大，静电引力越强，R吸引氧原子电子云的能力越强，ROH的酸性越强。,四、盐类,1.晶体类型LiCl、BeCl2等共价，余多离子型,熔沸点较高。2.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）。,3.溶解性,碱土金属盐:M(NO3)2、M(ClO3)2、M(ClO4)2、M(Ac)2、MX2(X=Cl,Br,I)、BeF2、BeSO4、BeCrO4、MgSO4、MgCrO4易溶,余难溶.溶解规律1.Be盐多数易溶,镁盐部分易溶,Ca,Sr,Ba盐多数难溶。2.Ca、Sr、Ba硫酸盐、铬酸盐的溶解度依次减小；氟化物溶解度依次增大。,3.碳酸盐易溶于过量CO2溶液CaCO3+CO2Ca(HCO3)2硫酸盐易溶于浓硫酸BaSO4+H2SO4Ba(HSO4)24.草酸钙是所有钙盐中溶解度最小的.5.MCO3、MC2O4、MCrO4、M3(PO4)2难溶于水易溶于强酸.CaC2O4+H+Ca2+HC2O4-2BaCrO4+2H+2Ba2+Cr2O72-+H2O,4.热稳定性,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MgCO3的分解温度为5400C；MgCO3：9000C；BaCO3：13600C。,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。,5.形成结晶水合物的倾向碱金属LiNaKRbCs,M+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。碱土金属规律不明显。6.水解性碱金属弱酸盐均水解-碱性碱土金属：BeCl24H2OBeO+2HCl+3H2OMgCl26H2OMg(OH)ClMgO,7.形成复盐的能力光卤石类：MClMgCl26H2OM=K+、Rb+、Cs+,8、形成配合物的能力S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。碱土金属（Be除外）均可与EDTA形成稳定的配合物。,IA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IIA族里的Mg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: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?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,非金属性增强,金属性增强,五、对角线规则,铍和铝的相似性,IIA族的Be也很特殊,其性质和IIIA族中的Al有些相近: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;无水氯化物BeCl2,AlCl3共价成份大,可溶于醇、醚、易升华,其余IIA族的MCl2是离子晶体;Be,Al和冷浓HNO3接触时,钝化,其余IIA族金属易于和HNO3反应.Li和Mg、Be和Al，连同上一章的B和Si的相似性体现着斜线(对角线)规律.,作业,12-1(1,3,5,6,7,8)12-5(2)12-1112-13,