暨南大学有机无机化学碱和碱土金属课件.ppt

第,10,章 碱金属和碱土金属,10.1,碱和碱土金属的性质,10.2,碱和碱土金属的氧化物,本章目录,10.3,碱和碱土金属的氢氧化物,10.4,碱和碱土金属的盐类,0,II,A,I,A,II,B,IV,B,III,B,V,B,VI,B,VII,B,VIII,I,B,VII,A,III,A,IV,A,V,A,VI,A,H,氢,He,氦,Li,锂,Be,铍,B,硼,C,碳,N,氮,O,氧,F,氟,Ne,氖,Na,钠,Mg,镁,Al,铝,Si,硅,P,磷,S,硫,Cl,氯,Ar,氩,K,钾,Ca,钙,Sc,钪,Ti,钛,V,钒,Cr,铬,Mn,锰,Fe,铁,Co,钴,Ni,镍,Cu,铜,Zn,锌,Ga,镓,Ge,锗,As,砷,Se,硒,Br,溴,Kr,氪,Rb,铷,Sr,锶,Y,钇,Zr,锆,Nb,铌,Mo,钼,Tc,锝,Ru,钌,Rh,铑,Pd,钯,Ag,银,Cd,镉,In,铟,Sn,锡,Sb,锑,Te,碲,I,碘,Xe,氙,Cs,铯,Ba,钡,Lu,镥,Hf,铪,Ta,钽,W,钨,Re,铼,Os,锇,Ir,铱,Pt,铂,Au,金,Hg,汞,Tl,铊,Pb,铅,Bi,铋,Po,钋,At,砹,Rn,氡,Fr,钫,Ra,镭,Lr,铹,Rf,Db,Sg,Bh,Hs,Mt,Uun,*,Uun,*,Uun,*,镧,系,La,镧,Ce,铈,Pr,镨,Nd,钕,Pm,钷,Sm,钐,Eu,铕,Gd,钆,Tb,铽,Dy,镝,Ho,钬,Er,铒,Tm,铥,Yb,镱,锕系,Ac,锕,Th,钍,Pa,镤,U,铀,Np,镎,Pu,钚,Am,镅,Cm,锔,Bk,锫,Cf,锎,Es,锿,Fm,镄,Md,钔,No,锘,族,周,期,1,2,3,4,5,6,7,p,区,s,区,d,区,f,区,s,区,最外电子层结构,n,s,1,n,s,2,从,IA,族到,IIA,族,元素周期表,IA,族和,IIA,族元素的价电子层结构和氧化态,元素,锂,钠,钾,銣,铯,钫,铍,镁,钙,锶,钡,镭,符号,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,序号,3,11,19,37,55,87,4,1220,38,56,88,电子结构,2s,1,3s,1,4s,1,5s,1,6s,1,7s,1,2s,2,3s,2,4s,2,5s,2,6s,2,7s,2,主要氧化态,+1,+1,+1,+1,+1,+1,+2,+2,+2,+2,+2,+2,一、,价电子层结构,和氧化态,10.1,碱和碱土金属的性质,IA,族和,IIA,族元素的价电子层结构和氧化态,元素,锂,钠,钾,銣,铯,钫,铍,镁,钙,锶,钡,镭,符号,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,序号,3,11,19,37,55,87,4,12,20,38,56,88,电子结构,2s,1,3s,1,4s,1,5s,1,6s,1,7s,1,2s,2,3s,2,4s,2,5s,2,6s,2,7s,2,主要氧化态,+1,+1,+1,+1,+1,+1,+2,+2,+2,+2,+2,+2,一、,价电子层结构,和氧化态,10.1,碱和碱土金属的性质,价电子层结构是,n,s,1,，,n,s,2,;,碱金属,(Alkali Metal),元素主要表现,1,氧化态；,碱土金属,(Alkali Soil Metal),元素主要表现,2,氧化态。,结论,二、原子半径和离子半径,碱金属和碱土金属元素的原子半径和离子半径,元素,Li,Na,K,Rb,Cs,原子半径,/pm,152,186,227,248,265,离子半径,/pm76,102,138,152,167,元素,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,原子半径,/pm,111,160,197,215,217,离子半径,/pm,45,72,100,118,136,两族元素的原子有较大的原子半径，从上到下，原子半径增大；,离子半径小于原子半径；,锂和铍在各相应族中有特别小的原子半径和离子半径，且为,2,电子构型，极化力特别强，因此它们的化合物具有明显的共价性。,结论,三、,形成化合物的成键特征,IA,IIA,Li,Be,Na,Mg,K,Ca,Rb,Sr,Cs,Ba,Li,+,、,Be,2+,主要形成共价型化合物,大多数元素形成离子型化合物,三、,形成化合物的成键特征,IA,IIA,Li,Be,Na,Mg,K,Ca,Rb,Sr,Cs,Ba,Li,+,、,Be,2+,主要形成共价型化合物,大多数元素形成离子型化合物,四、单质的性质,1.,物理性质,碱金属和碱土金属的物理性质,金属,Li,Na,K,Rb,Cs,密度,/(gmL,-1,),0.534,0.968,0.89,1.532,1.879,硬度,(,金刚石,10),0.6,0.4,0.5,0.3,0.2,熔点,/,180.54,97.82,63.38,39.31,28.44,沸点,/,1341,881.4,759,691,668.2,金属,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,密度,/(gmL,-1,),1.848,1.738,1.55,2.64,3.51,硬度,(,金刚石,10),-,2.0,1.5,1.8,-,熔点,/,1287,651,842,757,727,沸点,/,2467,1100,1484,1366,1845,密度小，硬度低；,碱土金属的熔沸点和硬度都比碱金属的高。,结论,碱土金属由于核外有,2,个有效成键电子，金属键强度大，熔沸点及硬度均较碱金属高。,碱土金属物理性质的变化不是那么有规律，是由于碱土金属晶格类型不是完全相同的缘故，碱金属皆为体心立方，如,Be,、,Mg,：六方；,Ca,、,Sr,：面心立方；,Ba,：体心立方。,碱金属和碱土金属具有强活泼性，容易形成离子型化合物。,2.,化学性质,（,1,）固态,碱金属和碱土金属具有强活泼性，容易形成离子型化合物。,2.,化学性质,（,1,）固态,碱金属和碱土金属的电离能和电负性,元素,Li,Na,K,Rb,Cs,电离能,I,1,/(kJmoL,-1,),电离能,I,2,/(kJmoL,-1,),526.41,7295,502.04,4591,425.02,3088,409.22,2675,381.90,2436,电负性,0.98,0.93,0.82,0.82,0.79,元素,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,电离能,I,1,/(kJmoL,-1,),电离能,I,2,/(kJmoL,-1,),电离能,I,3,/(kJmoL,-1,)905.63,1768,14939,743.94,1460,7658,596.1,1152,4942,555.7,1070,4351,508.9,971,3575,电负性,1.57,1.31,1.00,0.95,0.89,碱金属和碱土金属的电离能和电负性,是化学活泼性很强的金属元素；,两个族中从上到下，元素的第一电离能和电负性依次降低；,表面上看碱土金属失去,2,个电子形成二价正离子似乎很困难，实际上生成化合物时所释放的晶格能足以补偿失去第二个电子时所需吸收的能量，但失去第三个电子就困难了。,结论,碱金属和碱土金属的标准电极电势,（,2,）水溶液,金属,Li,Na,K,Rb,Cs,/V,-3040,-2.714,-2.936,-2.943,-3.027,金属,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,/V,-1.968,-2.357,-2.869,-2.899,-2.906,碱金属和碱土金属的标准电极电势,（,2,）水溶液,金属,Li,Na,K,Rb,Cs,/V,-3.040,-2.714,-2.936,-2.943,-3.027,金属,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,/V,-1.968,-2.357,-2.869,-2.899,-2.906,标准电极电势值都很小，单质金属都是强的还原剂；,从上到下，减小，还原性增强；,小表现出反常性。最活泼的金属是锂。,结论,补充：焰色反应,(Flame Reaction),在分析化学上，这两族元素的金属单质或它们在高温下能挥发而不分解的化合物有一个重要性质，即在高温火焰中燃烧时产生有特征颜色的火焰，可用于这些元素的定性和定量分析，这个性质与这些原子的价电子容易激发有关。,碱金属和碱土金属的火焰颜色,元素,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,火焰颜色,极明亮眩目的光焰,橙红,深红,绿,波长,/nm,714.9,687.8,553.5,元素,Li,Na,K,Rb,Cs,火焰颜色,深红,黄,紫,红紫,蓝,波长,/nm,670.8,589.2,766.5,780.0,455.5,五、,碱金属和碱土金属的重要化学反应,碱金属单质的化学反应,M,P,O,2,+CO,2,O,2,S,N,2,H,2,H,2,O,X,2,M,3,P,M,2,CO,3,MOH+H,2,MH,M,2,S,MX,（,X=,卤素,）,M,3,N(M=Li),M,2,O (M=Li),M,2,O,2,(M=Na),MO,2,(M=K,Rb,Cs),五、,碱金属和碱土金属的重要化学反应,碱金属单质的化学反应,M,P,O,2,+CO,2,O,2,S,N,2,H,2,H,2,O,X,2,M,3,P,M,2,CO,3,MOH+H,2,MH,M,2,S,MX,（,X=,卤素,）,M,3,N(M=Li),M,2,O (M=Li),M,2,O,2,(M=Na),MO,2,(M=K,Rb,Cs)碱土金属单质的化学反应,M,NaOH,NH,3,水蒸气,H,2,X,2,M,3,N,2,(M=Mg),Be(OH),4,2-,+H,2,MH,2,MO+H,2,(M=Be,Mg),MO,2,(M=Ba),MO,MX,2,M(OH),2,+H,2,(M=Ca,Sr,Ba),N,2,H,2,O,O,2,(M=Ca,Sr,Ba),M(NH,2,),2,+H,2,两族元素形成的化合物在性质上的异同,主要是离子型的化合物；,氧化物水合物一般是强碱；,碱和盐多是强电解质；,同强酸形成的盐基本不水解。,IA,族元素的碱和盐大多是易溶于水的；,而,IIA,元素的碱和盐一般有较低的溶解度。,相似性,差异性,通常,条件下,碱金属,碱土金属,氧的存在形式,氧化物,M,2,O,M,O,O,2-,过氧化物,M,2,O,2,M,O,2,(M=Ca Sr Ba),O,2,2-,超氧化物,MO,2,(M=K,Rb,Cs),M,O,4,(M=Ca Sr Ba),O,2,-,臭氧化物,MO,3,(M=K,Rb,Cs,）,O,3,-,碱金属、碱土金属的氧化物,10.2,碱和碱土金属的氧化物,有趣的现象,体积较大的超氧阴离子和臭氧阴离子更容易被体积较大的正离子稳定。,有趣的现象,体积较大的超氧阴离子和臭氧阴离子更容易被体积较大的正离子稳定。,在空气中燃烧碱金属所得产物不同：,LiLi,2,O,NaNa,2,O,2,K,Rb,、,CsKO,2,、,RbO,2,、,CsO,2,离子间的匹配具有如下选择性：,半径较小的阳离子趋向和半径较小的阴离子结合；,半径较大的阳离子趋向和半径较大的阴离子结合；,半径小的阳离子趋向和价数高的阴离子结合。,1.,正常氧化物,制备,碱金属,2Na+Na,2,O,2,2Na,2,O,10K+2KNO,3,6K,2,O+N,2,间接方法制备,2M+O,2,2MO,MCO,3,MO+CO,2,碱土金属,2M(NO,3,),2,2MO+4NO,2,+O,2,性质,碱金属、碱土金属氧化物的物理性质,物理性质,物质,Li,2,O,Na,2,O,K,2,O,Rb,2,O,Cs,2,O,颜色,白,白,淡黄,亮黄,橙红,熔点,/,1700,1275,350,400,490,物质,BeO,MgO,CaO,SrO,BaO,颜色,白,白,白,白,白,熔点,/,2530,2852,2614,2430,1918,热稳定性总趋势,:,从,Li Cs,从,Be Ba,逐渐降低,结论,碱土金属的氧化物（除,BeO,）都是,NaCl,晶格的离子型化合物，由于正负离子都是带有两个电荷，,M-O,距离又较小，所以,MO,具有较大的晶格能。,原因,热稳定性总趋势,:,从,Li Cs,从,Be Ba,逐渐降低,结论,碱土金属的氧化物（除,BeO,）都是,NaCl,晶格的离子型化合物，由于正负离子都是带有两个电荷，,M-O,距离又较小，所以,MO,具有较大的晶格能。,原因,化学性质（与水反应）,M,2,O+H,2,O,2MOH,MO+H,2,O,M(OH),2,（,M=Ca,、,Sr,、,Ba,）,2.,过氧化物,(Peroxide),O,2,分子结合两个电子，形成过氧离子,O,2,2-,，或共价的过氧链,O,O,：构成离子型过氧化物（如,Na,2,O,2,、,BaO,2,），或共价型过氧化物（如,H,2,O,2,、,H,2,SO,5,、,K,2,S,2,O,8,）。,2-,结构,O,的氧化数为,-1,2Na+O,2,Na,2,O,2,制备（,Na,2,O,2,）,性质一：碱性介质中是强氧化剂。,性质,性质二：氧气发生剂。,性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。,性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。,2Na+O,2,Na,2,O,2,制备（,Na,2,O,2,）,性质一：碱性介质中是强氧化剂。,性质,性质二：氧气发生剂。,性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。,性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。,性质一：碱性介质中是强氧化剂。,Na,2,O,2,常用作氧化分解矿石的溶剂,性质二：氧气发生剂。,易吸潮，呈强碱性,Na,2,O,2,常用作漂白剂和氧气发生剂,性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。,Na,2,O,2,广泛用于防毒面具，高空飞行和潜水艇里，吸收人们放出的,CO,2,，并供给,O,2,性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。,3.,超氧化物,(Hyperoxide),O,2,分子结合一个电子，形成超氧离子,O,2,O,2,分子,O,2,-,离子,-,K,+,KO,2,结构,在,O,2,离子中，,O,的氧化数为 ，如,KO,2,3.,超氧化物,(Hyperoxide),O,2,分子结合一个电子，形成超氧离子,O,2,O,2,分子,O,2,-,离子,-,K,+,KO,2,结构,在,O,2,离子中，,O,的氧化数为 ，如,KO,2,性质一：强氧化剂。,(M=K,Rb,Cs),性质二：,CO,2,吸收剂和氧气发生剂。,性质,1.,碱性递变规律,（,1,）现象,LiOH,中强碱,Be(OH),2,两性,NaOH,强碱,Mg(OH),2,中强碱,KOH,强碱,Ca(OH),2,强碱,RbOH,强碱,Sr(OH),2,强碱,CsOH,强碱,Ba(OH),2,强碱,碱性增强,氢氧化物的碱性,10.2,碱和碱土金属的氢氧化物,（,2,）规律,除,Be(OH),2,为两性氢氧化物外，其它氢氧化物都是强碱或中强碱；,同周期：碱金属氢氧化物的碱性大于碱土金属；,同族：从上到下，碱性增强。,（,2,）规律,除,Be(OH),2,为两性氢氧化物外，其它氢氧化物都是强碱或中强碱；,同周期：碱金属氢氧化物的碱性大于碱土金属；,同族：从上到下，碱性增强。,拓展三个规律,I.,同周期,（,如第三周期）,：,从左到右，酸性增强，碱性减弱,II.,同族（如,VA,）：,酸性增强，碱性减弱,从下到上,III.,同一元素不同氧化态,（,如氯元素）,:,高氧化态的氧化物和水合物酸性增强,（,3,）解释,ROH,理论,R,在水中有两种解离方式,ROH R,+,+OH,-,碱式电离,ROH RO,-,+H,+,酸式电离,值大，有利于酸式电离；,值,小,，有利于碱式电离。,判断氢氧化物酸碱性的经验公式：,判断氢氧化物酸碱性的经验公式：,Be(OH),2,Mg(OH),2,Ca(OH),2,Sr(OH),2,Ba(OH),2,R,2+,(nm),0.035,0.066,0.099,0.112,0134,7.6,5.5,4.5,4.2,3.9,酸碱性,两性,中强碱,强碱,强碱,强碱,离子势可用来衡量,热分解温度，离子势越大，阳离子的反极化作用越强，分解温度越低。,酸碱性，越大，酸性越强。,溶解度，阴阳离子半径相差不大时，离子势越大，越难溶。,2.,溶解度变化规律,（,1,）现象,碱金属,氢氧化物,溶解度,S,/(molL,-1,),碱土金属氢氧化物,溶解度,S,/(molL,-1,),LiOH,13,Be(OH),2,810,-6,NaOH,109,Mg(OH),2,510,-4,KOH,112,Ca(OH),2,1.810,-2,RbOH,177,Sr(OH),2,6.710,-2CsOH,330,Ba(OH),2,210,-1,S,增,大,氢氧化物在水中的溶解度,对于离子化合物，离子势越大（电荷高半径小），则形成的盐的晶格能越大，可同时，与极性水分子之间的引力也大，所以当离子势增大时，究竟是晶格能增加多还是离子水合能增加多，就要看阴阳离子大小匹配情况。,对于离子化合物，离子势越大（电荷高半径小），则形成的盐的晶格能越大，可同时，与极性水分子之间的引力也大，所以当离子势增大时，究竟是晶格能增加多还是离子水合能增加多，就要看阴阳离子大小匹配情况。,阴、阳离子半径相差较大的离子型化合物在水中溶解度较大；（水合作用占优势）,阴、阳离子半径相近的离子化合物在水中溶解度较小。（晶格能大小占优势）,这种规律也可叫做,相差溶解规律,。,巴索洛经验规则：适用性很广的一条溶解度规律,如,LiF,与,CsI,，前者是小与小配，后者是大与大配，难溶于水。,而,LiI,与,CsF,，阴阳离子半径相差甚远，大小不匹配，故能溶于水。,碱金属氟化物、碘化物在水中的溶解度（,molL,-1,),Li,+,Na,+,K,+,Rb,+,Cs,+,F,-,0.1,1.1,15.9,12.5,24.2,I,-,12.2,11.8,8.6,7.2,2.8,阳离子,阴离子,又如,Be,2+,(45pm)Ba,2+,(136pm),本别与,SO,4,2-,（,230pm,）生成可溶的,BeSO,4,和难溶的,BaSO,4,。前者大小不匹配，故可溶于水。,1.,现象,大多数碱金属盐易溶于水，仅少数碱金属盐是难溶于水的,若干锂盐：,LiF,、,Li,2,CO,3,、,Li,3,PO,4,Na,+,、,K,+,、,Rb,+,、,Cs,+,、,NH,4,+,同某些较大阴离子的盐：,KClO,4,、氯铂酸盐,K,2,PtCl,4,10.4,碱和碱土金属的盐类,1.,现象,大多数碱金属盐易溶于水，仅少数碱金属盐是难溶于水的,若干锂盐：,LiF,、,Li,2,CO,3,、,Li,3,PO,4,Na,+,、,K,+,、,Rb,+,、,Cs,+,、,NH,4,+,同某些较大阴离子的盐：,KClO,4,、氯铂酸盐,K,2,PtCl,4,10.4,碱和碱土金属的盐类,大多数碱土金属盐难溶于水，仅少数易溶,于水,碳酸盐、磷酸盐、草酸盐难溶于水,氯化物、硝酸盐易溶于水,阳离子,阴离子,Be,2+,Mg,2+,Ca,2+,Sr,2+,Ba,2+,SO,4,2-,易溶,易溶,0.204,0.015,0.00024,CrO,4,2-,易溶,易溶,2.3,0.12,0.00035,碱土金属盐在水中的溶解度,(g/100gH,2,O),2.,离子型盐类溶解度的一般规律,（,1,）负离子半径较大时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而减小。例如,I,-,(220pm),、,CrO,4,2-,(240pm),、,SO4,2-,(230pm),半径较大，它们的盐的溶解度从锂到铯、从铍到钡的顺序基本减小。,（,2,）相反，负离子半径较小时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而增大。例如,F,-,(133pm),、,OH,-,(140pm),的半径较小，其盐的溶解度按锂到铯，铍到钡的顺序基本增大。,（,2,）相反，负离子半径较小时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而增大。例如,F,-,(133pm),、,OH,-,(140pm),的半径较小，其盐的溶解度按锂到铯，铍到钡的顺序基本增大。,补充：元素的相关性,对角相关性,(Correlativity of Elements),对角相关性,即对角线规则，,Diagonal Rule,）,三对元素在周期表中处对角线的位置，相应的两元素及化合物的性质有许多近似之处，这种相似性称对角相关性。,1.,定义,IA,IIA,IIIA,IVA,i,Be,B,C,Na,Mg,Al,Si,（,2,）锂和镁在过量氧中燃烧，不形成过氧化物，只形成正常氧化物。,2.,对角相关性,（,1,）锂的沸点（,1615K,）靠近镁（,1363K,）而远离钠（,1156K,）。,（,3,）锂和镁的某些盐类，如氟化物、碳酸盐、磷酸盐及氢氧化物均难溶于水。,锂盐,钠盐,镁盐,氟化物,0.3,4.0,0.009,碳酸盐,1.33,21.5,0.0094,磷酸盐,0.039,11,0.661,某些盐类的溶解度,(g/100gH,2,O),（,3,）锂和镁的某些盐类，如氟化物、碳酸盐、磷酸盐及氢氧化物均难溶于水。,锂盐,钠盐,镁盐,氟化物,0.3,4.0,0.009,碳酸盐,1.33,21.5,0.0094,磷酸盐,0.039,11,0.661,某些盐类的溶解度,(g/100gH,2,O),处于对角线的元素在性质上的相似性，是由于它们的离子极化力相近的缘故。,3.,对角线规则可以用离子极化的观点粗略说明,分享一些名言，与您共勉！,正视自己的长处，扬长避短，,正视自己的缺点，知错能改，,谦虚使人进步，骄傲使人落后。,自信是走向成功的第一步，,强中更有强中手，一山还比一山高，山外有山，人外有人,!,永远不要认为我们可以逃避，我们的每一步都决定着最后的结局，我们的脚正在走向我们自己选定的终点。,生活不必处处带把别人送你的尺子，时时丈量自己。,永远不要认为我们可以逃避，我们的每一步都决定着最后的结局，我们的脚正在走向我们自己选定的终点。,生活不必处处带把别人送你的尺子，时时丈量自己。,对大部分人来说，工作是我们憎恨的一种乐趣，一种让我们脚步变得轻盈的重负，一个没有它我们就无处可去的地狱。,世界上任何书籍都不能带给你好运，但是它们能让你悄悄成为你自己。,一个人的成就越大，对他说忙的人就越少；一个人的成就越小，对他说忙的人就越多。,