碱金属和碱土金属元素.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章,碱金属和碱土金属元素,The alkali metals and,the alkaline earth metals,无机化学,多媒体,电子教案,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,+,、,Ca,2+,、,Mg,2+,、,Ba,2+,的鉴定,基本要求,目 录,10-1 s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,元素周期表,A,0,1,1,H,A,A,A,A,A,A,2,He,2,3,Li,4,Be,5,B,6,C,7,N,8,O,9,F,10,Ne,3,11,Na,12,Mg,B,B,B,B,B,B,B,13,Al,14,Si,15,P,16,S,17,Cl,18,Ar,4,19,K,20,Ca,21,Sc,22,Ti,23,V,24,Cr,25,Mn,26,Fe,27,Co,28,Ni,29,Cu,30,Zn,31,Ga,32,Ge,33,As,34,Se,35,Br,36,Kr,5,37,Rb,38,Sr,39,Y,40,Zr,41,Ne,42,Mo,43,Tc,44,Re,45,Rh,46,Pa,47,Ag,48,Cd,49,In,50,Sn,51,Sb,52,Te,53,I,54,Xe,6,55,Cs,56,Ba,57-71,La,72,Hf,73,Ta,74,W,75,Re,76,Os,77,Ir,78,Pt,79,Au,80,Hg,81,Tl,82,Pb,83,Bi,84,Po,85,At,86,Rn,7,87,Fr,88,Ra,89-103,Ac,104,Rf,105,Db,106,Sg,107,Bh,108,Hs,109,Mt,110,Uun,111,Uuu,112,Uub,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,Li、Rb、Cs、Be,是轻稀有元素,Fr、Ra 是放射性元素,A、A为s区元素,10-1 s区元素概述,碱金属和碱土金属的存在,A,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr,锂,钠,钾,铷,铯,钫,lithium,sodium,potassium,rubidium,cesium,francium,A,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,铍,镁,钙,锶,钡,镭,beryllium,calcium,barium,magnesium,strontium,radium,主要矿物是钾石矿(KClMgCl,2,6H2O),我国青海钾盐储量占全国96.8%,最重要的矿石是锂辉石（LiAlSi,2,O,6,),主要以NaCl形式存在于海洋、盐湖和岩石中,锂云母:,芒硝:,A,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr,锂,钠,钾,铷,铯,钫,A,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,铍,镁,钙,锶,钡,镭,主要以菱镁石（MgCO,3,)、白云石MgCa(CO,3,),2,存在,主要矿物是绿柱石（3BeOAl,2,O,3,6SiO,2,),主要以方解石(CaCO,3,)、石膏CaSO,4,2H,2,O)、,天青石(SrSO,4,)、碳酸锶矿(SrCO,3,)、,重晶石(BaSO,4,)、毒重石(BaCO,3,),等碳酸盐、硫酸盐形式存在,碱金属和碱土金属的存在,萤石,天青石:,重晶石:,白云石 KCa(CO,3,),2,图片,Gc2-704-18.8,Gc2-711-18.14,Li,Na,K,Rb Cs,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,活泼金属,A,原子序数,价电子构型,金属半径(pm),熔点,(),沸点(),硬度,(金刚石=10),Li(锂),3,2s,1,152,180.5,1342,0.6,Na(钠),11,3s,1,186,97.82,882.9,0.4,K(钾),19,4s,1,227,63.25,760,0.5,Rb(铷),37,5s,1,248,38.89,686,0.3,Cs(铯),55,6s,1,265,28.40,669.3,0.2,A,原子序数,价电子构型,金属半径（pm）,熔点,(),沸点(),硬度,(金刚石=10),Be(铍),4,2s,2,111,1278,2970,4,Mg(镁),12,3s,2,160,648.8,1107,2.0,Ca(钙),20,4s,2,197,839,1484,1.5,Sr(锶),38,5s,2,215,769,1384,1.8,Ba(钡),56,6s,2,217,725,1640,-,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,电负性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7,电负性 1.0 0.9 0.8 0.8 0.7,氧化数 +1 +1 +1 +1 +1,氧化数 +2 +2 +2 +2 +2,E,(M+/M)-3.04 -2.713 -2.924 (-2.98)(-3.026),(,V,),E,(M,+,/M)-1.99 -2.356 -2.84 -2.89 -2.92,(,V,),密度 0.53 0.97 0.86 1.53 1.88,(kgcm,-3,),密度 1.85 1.74 1.54 2.6 3.51,(kgcm,-3,),A Li(锂)Na(钠)K(钾)Rb(铷)Cs(铯),A,Be(铍)Mg(镁)Ca(钙)Sr(锶)Ba(钡),氧化数与族号一致，,常见的化合物以离子型为主,由于Li,+,、Be,2+,半径小，,其化合物具有一定共价性,*,E,(Li,+,)反常，是由于Li的半径较小，易与水分子结合生成水合离子放出较多能量所致,10-2 碱金属和碱土金属的性质,r,H,m,的计算,M(s)+H,+,(aq)H,2,(g)+M,+,(aq),r,H,m,-,H,h,(H,+,),H,+,(g)+e,-,H(g),-I,1,(H),-,D,(H-H),M(g)M,+,(g)+e,-,I,1,(M),1,2,1,2,sub,H,m,H,h,(M,+,),1,2,r,H,m,=,sub,H,m,+,I,1,(M)+,H,h,(M,+,),+-,H,h,(H,+,)-,D,(H-H),-I,1,(H),由上式可计算碱金属在水溶液中转变为水合离子过程的r,H,m,碱金属转变为水合离子过程的有关数据,-246,-241,-250,-241,-275,r,H,m,/,(kJmol,-1,),-264,-293,-322,-409,-519,H,h,(M,+,),/,(kJmol,-1,),376,403,419,496,520,I,1,(M),/,(kJmol,-1,),78.8,85.8,90,108.7,161,sub,H,m,(M),/,(kJmol,-1,),Cs,Rb,K,Na,Li,返回,由上可看出，虽然,sub,H,m,(Li)和,I,1,(Li)较大，但,H,h,(Li,+,)较小，即Li,+,水合过程放出的能量特别大，而导致r,H,m,(Li)最小，r,G,m,最小，故,E,(Li,+,/Li)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,金属,反应物质,反应式,碱金属,碱土金属,H,2,2M+H,2,2MH,M+H,2,MH,2,碱金属,Ca,、,Sr,、,Ba,Mg,H,2,O,2M+2H,2,O,2MOH+H,2,M+2H,2,O,M(OH),2,+H,2,M+H,2,O(g),MO+H,2,碱金属,碱土金属,卤素,2M+X,2,2MX,M+X,2,MX,2,Li,Mg、Ca、,Sr、Ba,N,2,6M+N,2,2M,3,N,3M+N,2,M,3,N,2,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+2H,2,O 2MOH+H,2,（g）,Li,Na,K,Ca,反应活性：Li 1700,1275,350,(分解),400,(分解),400,(分解),BeO,MgO,CaO,SrO,BaO,熔点/,2530,2852,2614,2430,1918,硬度,(金刚石=10),9,5.6,4.5,3.5,3.3,M-O核间距,/pm,165,210,240,257,277,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,1.在碱性介质中是,强氧化剂,常用作熔矿剂,2.室温下，与水或稀酸反应生成,H,2,O,2,例 Na,2,O,2,+2H,2,O,2NaOH+2H,2,O,2,Na,2,O,2,+H,2,SO,4,Na,2,SO,4,+2H,2,O,2,2KO,2,+2H,2,O,2KOH+2H,2,O,2,+O,2,2KO,2,+H,2,SO,4,K,2,SO,4,+2H,2,O,2,+O,2,2H,2,O,2,2H,2,O+O,2,10-3-2,过氧化物和超氧化物,例 2Fe(CrO,2,),2,+7Na,2,O,2,4Na,2,CrO,4,+Fe,2,O,3,+3Na,2,O,3.与CO,2,反应放出,O,2,例,2Na,2,O,2,+2CO,2,2Na,2,CO,3,+O,2,4KO,2,+2CO,2,2K,2,CO,3,+3O,2,10-3-2,过氧化物和超氧化物,Na,2,O,2,在熔融时不分解，遇到棉花、,木炭或铝粉等还原剂时，会发生爆,炸，使用时应特别小心。,过氧化物和超氧化物常用做防毒面,具,、,高空飞行,、,潜水作业的供氧剂,。,10-3-2,过氧化物和超氧化物,MO,3,MO,2,+O,2,1,2,10-3-3 臭氧化物,室温下，缓慢分解为,MO,2,和,O,2,与水反应生成,MOH,和,O,2,4MO,3,+2H,2,O,4MOH+5O,2,氢化物,离子型氢化物（除Be、Mg）,LiH NaH KH RbH CsH NaCl,-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,hydroxide,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,易潮解,在空气中吸收CO,2,生成碳酸盐,均为白色固体,10-4-1,碱金属和碱土金属,氢氧化物的碱性(,alkalescence,),LiOH,NaOH,KOH,RbOH,CsOH,中强碱,强碱,强碱,强碱,强碱,Be(OH),2,Mg(OH),2,Ca(OH),2,Sr(OH),2,Ba(OH),2,两性,中强碱,强碱,强碱,强碱,与酸反应 Be(OH),2,+2H,+,Be,2+,+2H,2,O,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(,solubility,),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。,碱金属的氢氧化物易溶于水，,但,LiOH,溶解度较小。,溶解度,碱土金属的氢氧化物,碱金属氢氧化物,Be(OH),2,Mg(OH),2,Ca(OH),2,Sr(OH),2,Ba(OH),2,溶解度增大,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OH键极性增强，则为酸式解离,R 的 小，使RO键极性增强，则为碱式解离,RO,-,+H,+,R O H,R,+,+OH,-,酸式解离,碱式解离,R O H 在水中解离方式,氧化物水合物通式,R(OH),n,R O H 解离方式取决于,R,+,的极化作用,阳离子电荷,阳离子半径,离子势()=,氢氧化物酸碱性递变规律,R-O规律,Ionic potential,值,10,R-O-H酸碱性,碱性,两性,酸性,例 第三周期元素氧化物水合物的酸碱性,最强酸,16.1,0.027,HClO,4,Cl,强酸,14.4,0.029,H,2,SO,4,S,中强酸,11.5,0.038,H,3,PO,4,P,弱酸,10,0.040,H,2,SiO,3,Si,两性,7.49,0.0535,Al(OH),3,Al,中强碱,5.27,0.072,Mg(OH),2,Mg,强碱,3.13,0.102,NaOH,Na,酸碱性,值,R,n+,半径,/(nm),氧化物水合物,元素,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,10,R-O-H酸碱性,碱性,两性,酸性,返回,强碱,3.83,0.136,Ba,强碱,4.12,0.118,Sr,强碱,4.47,0.100,Ca,中强碱,5.27,0.072,Mg,两性,6.67,0.045,Be(OH),2,Be,酸碱性,值,Rn,2+,半径,氢氧化物,元素,例 碱土金属元素氢氧化物的酸碱性,Mg(OH),2,Ca(OH),2,Sr(OH),2,Ba(OH),2,第五节盐类,第五节,盐 类,salts,10-5 盐类的性质,绝大多数碱金属、碱土金属盐类的晶体,属于,离子晶体,，熔、沸点较高。常温下,是固体，熔化时能导电。,碱金属、碱土金属与,无色阴离子,形成的,化合物是,无色或白色,；,碱金属、碱土金属与,有色阴离子,形成的,化合物常呈,阴离子的颜色,。,如 卤化物,、,硝酸盐,、,碳酸盐,、,硫酸盐等为无色,BaCrO,4,为黄色、KMnO,4,为紫色,铍与易变形的阴离子的化合物为,共价,化合物,因为Be,2+,半径小，电荷较多，极化力较强。,如,BeCl,2,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,一般来说，碱金属盐,易溶于水,；,碱土金属：铍盐,大多数易溶,，,镁盐,部分易溶,，,钙、锶、钡盐,多为难溶,但硝酸盐热稳定性较差,如 4LiNO,3,2Li,2,O+4NO,2,+O,2,2NaNO,3,2NaNO,2,+O,2,830,650,铍盐和可溶性钡盐,有毒,10-5 盐类的性质,碳酸盐热稳定性,BeCO,3,MgCO,3,CaCO,3,SrCO,3,BaCO,3,T,分,/100 540 900 1290 1360,Li Be B C,Na Mg Al Si,锂、铍的特殊性,对角线规则,diagonal relationship,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,K,+,、Na,+,、Mg,2+,、Ca,2+,、Ba,2+,的鉴定,离子,鉴定试剂,鉴 定 反 应,Na,+,KH,2,SbO,4,Na,+,+H,2,SbO,4,-,NaH,2,SbO,4,(白色),K,+,Na,3,Co(NO,2,),6,2K,+,+Na,+,+Co(NO,2,),6,3-,K,2,NaCo(NO,2,),6,(亮黄）,Mg,2+,镁试剂,Mg,2+,+镁试剂,天蓝色,Ca,2+,(NH,4,),2,C,2,O,4,Ca,2+,+C,2,O,4,2-,CaC,2,O,4,(白色),Ba,2+,K,2,CrO,4,Ba,2+,+CrO,4,2-,BaCrO,4,(黄色,),中性或弱碱性,中性或弱酸性,碱性,