化学人教版必修一《碱金属和碱土金属元素》课件

欢迎进入化学课堂 碱金属和碱土金属元素 通性单质各类氧化物氢氧化物盐类几种典型盐的生产 主要内容 单质的性质过氧化物和超氧化物的性质氢氧化物的性质及其递变规律盐类的性质K Na Ca2 Mg2 Ba2 的鉴定 基本要求 目录 10 1s区元素概述 10 2碱金属和碱土金属性质 10 3氧化物 10 5盐类 10 4氢氧化物 第一节s区元素概述 第一节 s区元素概述 元素周期表 A中的钠 钾氢氧化物是典型 碱 故 A族元素又称为碱金属 A有时称为 土金属 A中的钙 锶 钡氧化物性质介于 碱 与 土 族元素之间 所以把 A又称为碱土金属 A A为s区元素 10 1s区元素概述 以前把粘土的主要成分 既难溶于水又难熔融的Al2O3称为 土 碱金属和碱土金属的存在 主要矿物是钾石矿 KCl MgCl2 6H2O 我国青海钾盐储量占全国96 8 最重要的矿石是锂辉石 LiAlSi2O6 主要以NaCl形式存在于海洋 盐湖和岩石中 锂云母 芒硝 主要以菱镁石 MgCO3 白云石 MgCa CO3 2 存在 主要矿物是绿柱石 3BeO Al2O3 6SiO2 碱金属和碱土金属的存在 萤石 天青石 重晶石 白云石MgCa CO3 2 第二节s区元素概述 第二节 碱金属和碱土金属的性质 图片 Gc2 704 18 8 Gc2 711 18 14 Li Na K RbCs Be Mg Ca Sr Ba 活泼金属 因为原子的原子半径较大 核电荷较少其金属晶体中的金属键很不牢固故单质的熔 沸点较低 硬度较小 核电荷原子半径熔 沸点硬度 核电荷原子半径熔 沸点硬度 10 2碱金属和碱土金属的性质 熔点低于人的体温 放在手心里即可熔化 碱金属和Ca Sr Ba均可用刀切割Cs是最软的金属 为具有银白色 铯为灰色 光泽的金属 碱金属皆为体心立方晶格 碱土金属中 Be Mg为六方晶格 Ca Sr为面心立方晶格 Ba为体心立方晶格 失去电子的倾向大 受到光照射时 金属表面的电子易逸出 可制造光电管 由铯光电管制成的自动报警装置 可报告远处火警 制成的天文仪器可根据星光转变的电流大小测出太空中星体的亮度 推算星球与地球的距离 10 2碱金属和碱土金属的性质 碱金属具有密度小 硬度小 除了铍镁 都能用小刀切 熔点低 导电性强的特点 是典型的轻金属 碱土金属的密度 熔点和沸点则较碱金属为高 碱金属在常温下能形成液态合金 77 2 K和22 8 Na 熔点260 7K 和钠汞齐 熔点236 2K 前者由于具有较高的比热和较宽的液化范围而被用作核反应堆的冷却剂 后者由于具有缓和的还原性而常在有机合成中用作还原剂 氧化数与族号一致 常见的化合物以离子型为主由于Li Be2 半径小 其化合物具有一定共价性 10 2碱金属和碱土金属的性质 锂及其化合物的性质与本族其它碱金属差别较大 而与周期表中锂的右下角元素镁有很多相似之处 锂和铍表现出与同族元素不同的化学性质 碱金属元素在化合时 多以形成离子键为特征 但在某些情况下也显共价性 气态双原子分子 如Na2 Cs2等就是以共价键结合的 碱金属元素形成化合物时 锂的共价倾向最大 铯最小 碱金属和碱土金属化学性质活泼 且化学活泼性碱金属 碱土金属 10 2碱金属和碱土金属的性质 碱金属和碱土金属的一些重要反应 10 2碱金属和碱土金属的性质 2M 2H2O 2MOH H2 g Li Na K Ca 反应活性 Li Cs 根据标准电极电势 锂的活泼性应比铯更大 但实际上与水反应还不如钠剧烈 这是因为 1 锂的熔点较高 反应时产生的热量不足以使它熔化 而钠与水反应时放出的热可以使钠熔化 因而固体锂与水接触的机会不如液态钠 2 反应产物LiOH的溶解度较小 它覆盖在锂的表面 阻碍反应的进行 碱金属和碱土金属的一些重要反应 10 2碱金属和碱土金属的性质 在高温时碱金属和碱土金属还能夺取某些氧化物中的氧 如镁可使SiO2的硅还原成单质Si 或夺取氯化物中的氯 如金属钠可以从TiCl4中置换出金属钛 SiO2 2Mg Si 2MgOTiCl4 4Na Ti 4NaCl 碱金属和碱土金属的氨溶液 1 具有较高的导电性2 与金属本身相同的化学反应3 稀碱金属氨溶液是还原剂 10 2碱金属和碱土金属的性质 在碱金属的稀氨溶液中碱金属离解生成碱金属正离子和溶剂合电子 M s x y NH3 l M NH3 x e NH3 y 氨合电子 区别 Na NH3 l NaNH2 氨基化物 1 2H2 极特殊性 碱金属负离子M Cryp NH3 l M Cryp M NH3 x s 碱金属的用途 两族元素金属和化合物的重要性顺序如下 顺序大体是按世界年产量大小排列的 表示不出排序较后元素在某些特定应用领域的重要意义 金属 Na Li K Cs RbMg Ca Be Ba Sr化合物 Na K Li Cs RbCa Mg Ba Sr Be 金属锂 制造氢化锂 氨化锂和合成有机锂化合物 后者用做有机化学中的还原剂和催化剂 4 同位素受中子轰击产生热核武器的主要原料氚 2 制造合金Al Li 含锂3 因质量轻和强度大而用于空间飞行器 3 制造高功率长效电池 用于手表 计算机 心脏起搏器等 在此裂变中 1公斤锂具有的能量大约相当于两万吨优质煤炭 比U 235裂变产生的能量还要大8倍 1公斤锂至少可以发出340千瓦的电力 因此 有人说 金属锂未来的新能源 金属钠 1 过去钠的年产量与含铅抗震剂的使用量有关 2 作为还原剂制造某些难熔的金属如铀 钍 锆等 特别是还原制备钛 TiCl4 4Na Ti 4NaCl3 因具有高的导热性和低的中子吸收能力 被用做快速增殖反应堆的冷剂 4 最近被开发的新用途有制作钠电缆 钠基电池和钠硫电池等 金属钾 工业用途小 世界年产量只及钠的0 1 主要用于制造 生氧剂 和低熔点钠钾合金 用做干燥剂和还原剂 也用做核反应堆的冷却剂 金属铯和铷 消耗量极小 由于在光照下逸出电子 因而是制造光电池的良好材料 133Cs厘米波的振动频率 9192631770s 1 在长时间内保持稳定 因而将振动这次所需要的时间规定为SI制的时间单位s 利用此特性制作的铯原子钟 测准至1 0 10 9s 在空间科学的研究中用于高精度计时 最近由中科院研制的铯原子钟 200万年内误差不超过1s 1999年花费65万美元 安放在美国国家标准和技术研究所 2000万年内误差不超过1s 金属铍 属于 轻金属 世界铍耗量的70 80 用来制造铍铜合金 金属铍和铍基合金的弹性 质量比 拉伸应力和导热性都较高 因而用于各种空间飞行器 另外还用于制造氧化物陶瓷 原子能反应堆中的中子减速剂 金属镁 最轻的一种结构金属 也是用途最大的碱土金属 世界镁耗量的70 用来制造合金 广泛用于航空航天事业 也用于某些金属冶炼还原剂 一般采用电解熔融盐的方法 碱金属的制备 KCl Na NaCl K 高沸点制低沸点 一般采用电解熔融盐的方法 碱金属的制备 1 350 400 下电解NaCl和BeCl2的熔融盐2 用镁还原氯化铍 铍 一般采用电解熔融盐的方法 碱金属的制备 第三节氧化物 第三节 氧化物 类型 10 3氧化物 形成 10 3氧化物 10 3 1正常氧化物 10 3 1正常氧化物 碱土金属的氧化物均为白色在水中溶解度一般较小 由于阴 阳离子带两个单位电荷 M O核间距较小 MO具有较大晶格能 所以硬度大 熔点高 具有反射放射性射线的能力 常用作原子反应堆外壁砖块材料 常用来制造耐火材料和金属陶瓷 是重要建筑材料 可做熔矿剂 制取电石的原料 尽管在缺氧的空气中可以制得除锂以外的其它碱金属普通氧化物 但这种条件不易控制 所以其它碱金属的氧化物M2O必须采用间接方法来制备Na2O2 2Na 2Na2O2KN03 10K 6K2O N2 碱土金属在室温或加热下 能和氧气直接化合而生成氧化物MO 也可以从它们的碳酸盐或硝酸盐加热分解制得MO 例如 CaCO3 CaO CO2 2Sr NO3 2 2SrO 4NO2 O2 MnO2 Na2O2 Na2MnO4 1 在碱性介质中是强氧化剂 常用作熔矿剂 10 3 2过氧化物和超氧化物 2Fe CrO2 2 7Na2O2 4Na2CrO4 Fe2O3 3Na2O 2 室温下 与水或稀酸反应生成H2O2 例Na2O2 2H2O 2NaOH 2H2O2 Na2O2 H2SO4 Na2SO4 2H2O2 2KO2 2H2O 2KOH 2H2O2 O2 2KO2 H2SO4 K2SO4 2H2O2 O2 2H2O2 2H2O O2 碱土金属的过氧化物以BaO2较为重要 在773 793K时 将氧气通过氧化钡即可制得 2BaO O2773 793K2BaO2BaO2与稀酸反应生成H2O2 这是H2O2的实验室制法 BaO2 H2SO4 BaSO4 H2O2 3 与CO2反应放出O2 例2Na2O2 2CO2 2Na2CO3 O2 4KO2 2CO2 2K2CO3 3O2 10 3 2过氧化物和超氧化物 10 3 2过氧化物和超氧化物 MO3 MO2 O2 10 3 3臭氧化物 氢化物离子型氢化物 除Be Mg LiHNaHKHRbHCsHNaCl 90 4 57 3 57 7 54 3 49 3 441 均为白色晶体 热稳定性差 还原性强 1 钛的冶炼 2 剧烈水解 形成配位氢化物 氢化铝锂 受潮时强烈水解 第四节氢氧化物 第四节 氢氧化物 碱金属氢氧化物又称为苛性碱因它对纤维 皮肤有强烈腐蚀作用 10 4碱金属和碱土金属氢氧化物 10 4 1碱金属和碱土金属氢氧化物的碱性 alkalescence 与酸反应Be OH 2 2H Be2 2H2O与碱反应Be OH 2 2OH Be OH 4 2 10 4 2碱金属和碱土金属氢氧化物的溶解性 随着阳离子半径的增大 阳离子与阴离子之间的吸引力减小 易被水分子拆开的缘故 因为离子半径M M 使阳离子与阴离子之间吸引力M M R的大 使O H键极性增强 则为酸式解离 R的小 使R O键极性增强 则为碱式解离 氧化物水合物通式R OH n 氢氧化物酸碱性递变规律 R O规律 Ionicpotential 值10R O H酸碱性碱性两性酸性 氢氧化物酸碱性递变规律 R O规律 氢氧化物酸碱性递变规律 R O规律 值10R O H酸碱性碱性两性酸性 返回 化学反应方程式 2Al 2NaOH 6H2O 2Na Al OH 4 3H2 Zn 2NaOH 2H2O Na2 Al OH 4 H2 Al2O3 2NaOH熔融2NaAlO2 H2O Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2 SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O 配置氢氧化钠溶液注意事项 第五节盐类 第五节 盐类 10 5盐类的性质 如卤化物 硝酸盐 碳酸盐 硫酸盐等为无色BaCrO4为黄色 KMnO4为紫色 铍与易变形的阴离子的化合物为共价化合物因为Be2 半径小 电荷较多 极化力较强 如BeCl2是共价化合物 熔点低 易升华 能溶于有机溶剂中 一般来说 碱金属和碱土金属盐具有较高的热稳定性 10 5盐类的性质 碳酸盐热稳定性BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3T分 10054090012901360 LiBeBCNaMgAlSi 锂 铍的特殊性对角线规则 锂与镁的相似性 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 氟化物 碳酸盐 磷酸盐均难溶 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 二 钠盐和钾盐性质的差异钠盐和钾盐性质很相似 但也有差别 重要的有三点 1 溶解度钠 钾盐的溶解度都比较大 相对说来 钠盐更大些 仅NaHCO3的溶解度不大 NaCl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 2 吸湿性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KNO3或KClO3 而不用相应的钠盐 3 结晶水含结晶水的钠盐比钾盐多 如Na2SO4 10H2O K2SO4 Na2HPO4 10H2O等 K Na Mg2 Ca2 Ba2 的鉴定 中性或弱酸性 碱性 三 焰色反应 钙火焰呈橙红色 锶呈洋红色 钡呈绿色 锂呈红色 钠呈黄色 钾铷铯呈紫色 制造各色焰火 例如红色焰火的简单配方 质量百分比KClO334 Sr NO3 2炭粉10 镁粉4 松香7 绿色焰火配方 质量百分比Ba ClO3 238 Ba NO3 240 S22 四 晶型 五 形成结晶水合物的倾向 碱金属离子的水合能力从Li Cs是降低的 这也反映在盐类形成结晶水合物的倾向上 几乎所有的锂盐是水合的 钠盐约有75 是水合的 钾盐有25 是水合物 铷盐和铯盐仅有少数是水合盐 在常见的碱金属盐中 卤化物大多是无水的 硝酸盐中只有锂形成水合物 LiNO3 H2O和LiNO3 3H2O 硫酸盐只有Li2SO4 H2O和Na2SO4 10H2O 碳酸盐中除Li2CO3无水合物外 其余皆有不同形式的水合物 其水分子数分别为 Na2CO3K2CO3Rb2CO3Cs2CO31 7 101 51 53 5 六 形成复盐的能力 除锂以外 碱金属还能形成一系列复盐 复盐有以下几种类型 光卤石类 通式为M Cl MgCl2 H2O 其中M K Rb Cs 如光卤石KCl MgCl2 6H2O 通式为M 2SO4 MgSO4 6H2O的矾类 其中M K Rb Cs 如软钾镁矾K2SO4 MgSO4 6H2O 通式为M M SO4 2 12H2O的矾类 其中M Na K Rb Cs M Al3 Cr3 Fe3 Co3 Ga3 V3 等离子 如明矾KAl SO4 2 12H2O 七 热稳定性 一般碱金属盐具有较高的热稳定性 卤化物在高温时挥发而难分解 硫酸盐在高温下既难挥发 又难分解 碳酸盐除Li2CO3在1543K以上分解为Li2O和CO2外 其余更难分解 唯有硝酸盐热稳定性较低 加热到一定温度就可分解 例如 4LiNO3976K2Li2O 4NO2 O2 2NaNO31003K2NaNO2 O2 2KNO3943K2KNO2 O2 碱土金属的卤化物 硫酸盐 碳酸盐对热也较稳定 但它们的碳酸盐热稳定性较碱金属碳酸盐要低 BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3 373K813K1173K1563K1633K 八 几种重要的盐 卤化铍是共价型聚合物 BeX2 n 不导电 能升华 蒸气中有BeCl2和 BeCl2 2分子 无水氯化镁是制取金属镁的原料 光卤石和海水是取得氯化镁的主要资源 氯化镁常况下以MgCl2 6H2O形式存在 用加热水合物的方法不能得到无水盐 因为它会水解 MgCl2 6H2O 408KMg OH Cl HCl 5H2OMg OH Cl770KMgO HCl 无水氯化钙有很强的吸水性 是一种重要的干燥剂 由于它能与气态氨和乙醇形成加成物 所以不能用于干燥氨气和乙醇 氯化钙和冰 1 44 1 的混合物是实验室常用的致冷剂 可获得218K的低温 Na2SO4 10H2O俗称芒硝 由于它有很大的熔化热 是一种较好的相变贮热材料的主要组分 可用于低温贮存太阳能 白天它吸收太阳能而熔融 夜间冷却结晶就释放出热能 无水硫酸钠俗称元明粉 大量用于玻璃 造纸 水玻璃 陶瓷等工业中 也用于制硫化钠和硫代硫酸钠等 CaSO4 2H2O俗称生石膏 加热至393K左右它部分脱水而成熟石膏CaSO4 1 2H2O 这个反应是可逆的 2CaSO4 2H2O393K2CaSO4 1 2H2O 3H2O熟石膏与水混合成糊状后放置一段时间会变成二水合盐 这时逐渐硬化并膨胀 故用以制模型 塑像 粉笔和石膏绷带等 石膏还是生产水泥的原料之一和轻质建筑材料 把石膏加热到773K以上 得到无水石膏 它不能与水化合 重晶石可作白色涂料 钡白 在橡胶 造纸工业中作白色填料 硫酸钡是唯一无毒钡盐 用于肠胃系统X射线造影剂 溶解度增大 溶解度减小 补充巴索洛规则 当阴阳离子电荷绝对值相同 阴阳离子半径较为接近则难溶 否则 易溶 F OH SO42 CrO42 I BaSO4BeSO4 LiFLiI CsICsF AMClO4Na Sb OH 6 K2 PtCl 6 A 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全