《金属元素学生》PPT课件.ppt

分布,金属元素,概述,自然界分布非常广泛,元素丰度 表示在自然界中的平均含量,单位：质量 或 原子%,存在形式,活泼金属： 最稳定的化合物存在,不活泼金属： 单质,分类,黑色金属： Fe、Mn、Cr及其合金,有色金属： 除了黑色金属以外的金属,轻有色金属： 密度d 4.5gcm-3 化学性质活泼,Na、K、Mg、Ca,重有色金属： 密度d 4.5gcm-3,Cu、Zn、Hg、Sb、Bi、Pb,贵金属： 储量少、价格贵、化学性质稳定,Pt、Au、Ag,稀有金属： 储量少、分布散、应用和发现较晚,Li、Be、V、稀土元素,准金属： 单质的性质介于金属与非金属之间,As、Se、Te,金属的物理性质 颜色 银白色或钢灰色光泽（绝大多数） 导电性、导热性 良好 超导电性 温度降低到某个值时，金属电阻突然消 失,导电性趋于无限大 光电效应 许多金属在光的照射下放出电子 有些金属在短波辐射下放出电子 热电现象 有些金属在加热到高温时放出电子,金属内聚力： 物质内部质点间的相互作用力,原子化焓： 单位物质的量的金属由晶体气态原子 所需的能量 与 金属的原子半径、价电子数、晶格类型 有关 （ R 原子化焓） （e 原子化焓 ),熔点、沸点、硬度,原子化焓 金属内聚力 熔点、沸点、硬度,（金属键的强度）,金属活动顺序,( 以H为界 ),H 前金属 H 后金属,(1)化学性质 活泼 较稳定,(2)与非金属元素 常温、直接反应 加热,(3)与水 / 非氧化性稀酸 反应 不反应,在化学反应中失去e，转变为带正电荷的阳离子,金属的化学性质,表现较强的还原性,M ne Mn+ ( n = 1、2、3 ),IA族：Li、Na、K、Rb、Cs、Fr,同一周期元素： 碱金属的 R 最大， 第一电离能最小 易失去最外层的一个e 氧化态为 I 的化合物 表14-1 上下： 原子序数、原子量、原子R 电离能、电负性 金属活泼性 原子化焓 金属内聚力 熔点、沸点、硬度 化合物： 离子型（Li为共价型）,通性,对角相似规则 在周期表中，某元素的性质与左上方或右下方的元素性质相似 Li和Mg Be和Al B和Si,碱金属单质,物理性质,内聚力弱,硬度小,熔点低：常温下形成液态合金,如： 钠钾合金,良好的导电性、延展性,焰色试验 碱金属及其挥发性盐类在无色火焰中灼烧,火焰会产生特征的颜色,初步鉴定 Li (红) Na (黄) K (紫) Rb(紫红) Cs(紫红),密度低：轻金属,(1) 与非金属元素,化学性质 强还原性,直接或间接反应,(2) 与水 反应非常激烈,X、O、S、N、P,M H2O MOH(强碱) H2,Li 反应较缓慢,原因： 熔点高，反应释放的热量不足使其熔化为小球或液体， 分散性差 降低反应活性, LiOH溶解度小，覆盖金属表面 阻碍反应进行,(3) 与O2,Li 固体石蜡封存, 存放于煤油中,室温下迅速反应,单质,碱金属的氧化物,与 O2 作用 M2O、M2O2、MO2,与 O3 作用 MO3,M2O,Li2OCs2O,固体，颜色，熔点，热稳定性,与水反应 M2O H2O MOH 剧烈 ( 除Li2O ),制备： 直接 Li O2 Li2O,间接 Na2O2 2Na 2 Na2O,2KNO3 10K 6K2O N2,M2O2,Na2O2,淡黄粉末，对热稳定, 易吸潮,Na2O2 2H2O / 稀酸 H2O2 2NaOH,2H2O2 O2 2H2O, 氧气发生剂、漂白剂, 与CO2,2Na2O2 2CO2 2Na2 CO3 O2, 防毒面具填料、供氧剂、CO2 吸收剂, 强氧化性,Fe2O3 3Na2O2 2Na2 FeO4 Na2O,高铁酸钠,Cr2O3 3Na2O2 2Na2 CrO4 Na2O,铬酸钠,熔融态Na2O2 木炭、棉花、铝粉 爆炸 注意安全, 强碱性, 铁 / 镍制的容器存放,石英 / 陶瓷容器不宜,MO2,强氧化剂,4MO2 2CO2 2M2CO3 3O2,2MO2 2H2O H2O2 O2 2MOH （剧烈）, 用于急救器材中,（除Li外碱金属）,MO3, 不稳定,2MO3 2MO2 O2, 制备：,3KOH(s) 2O3(g) 2KO3(s) KOHH2O O2(g), 与水作用,反应剧烈,4MO3 2H2O 5O2 4MOH,KOH 、RbOH 、CsOH,碱金属的氢氧化物 MOH, 白色固体，易吸水潮解, 易溶于水 ( 除LiOH ),NaOH CsOH 溶解度,常用KOH、NaOH, 强碱性,强腐蚀性,与卤素等非金属反应，非金属发生歧化反应,X2 2NaOH NaX NaXO H2O,3S 6NaOH 2Na2S Na2SO3 3H2O,（苛性钾）,（苛性钠/烧碱）,NaCO3,（纯碱）,碱性反应,Al2O3 2NaOH ( 熔融 )2NaAlO2 H2O,SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2O, NaOH固体或浓溶液不用玻璃容器，采用塑料瓶,NaOH试剂瓶，用橡皮塞，不能用玻璃塞,固体密封保存，以免吸收 H2O、CO2, 保存,CO2 2NaOH Na2CO3 H2O,配制NaOH饱和溶液 密闭静置 析出Na2CO3, 取上清液 稀释 ( 煮沸后冷却的新鲜蒸馏水 ), 配制 NaOH 溶液,碱金属盐,常见：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硫化物, 易溶性 几乎所有常见的碱金属盐,Li盐有较多的难溶盐 如：LiF、Li2CO3,2 组成盐的正、负离子半径相差大时：,1 离子带的电荷数少、半径大的盐易溶,负离子半径较小 ( F )，正离子半径，盐的溶解度,负离子半径较大 ( I ) ，正离子半径，盐的溶解度,3 组成盐的正、负离子半径相近时，溶解度小,金属离子为8电子构型的离子型盐类溶解性经验规律：,碱金属盐 LiCs, 晶体类型 离子晶体 熔点高, 颜色 M无色，由阴离子颜色决定, 热稳定性 较高，一般加热不发生挥发或分解,硝酸盐： 4LiNO3 2 Li2O 2N2O4 + O2 ( 773k ),2NaNO3 2NaNO2 + O2 ( 653k ),热稳定性较差, 结晶水合物,盐类溶于水，溶液离子以水合离子形式存在,离子电荷数 半径 水合作用,盐结晶析出 结晶水合物：Li盐几乎都是，Na盐 K盐, K盐为分析标准试剂,配制炸药选用KNO3 / KClO3,Li + Cs + 水合作用,M+鉴定和生物效应,Na+ 鉴定 焰色反应：亮黄色 （初步鉴定）, Na+溶液 HAc 醋酸铀酰锌试剂 (过量), 醋酸双氧铀酰锌钠(淡黄色),K 鉴定 焰色反应：紫色 (钴玻璃片), K+溶液 亚硝酸钴钠试剂 中性/弱酸环境, 六亚硝酸合钴()酸钠钾(橙黄色),生物效应,Na、K 人体必需的组成元素,Na+ 分布在细胞外液,维持细胞外液的渗透压、酸碱平衡,参与神经信息传递过程,稳定核酸和蛋白质的构象,K 分布在细胞内液,维持细胞内液的渗透压,稳定细胞内部结构,参与神经信息传递过程,维持心血管系统正常功能,通性, 比较碱金属: 失 e 倾向 ，但仍是活泼金属, 氧化态为, 离子型化合物（Be化合物主要是共价性）, 熔点、沸点 碱金属, Be Ba 价电子构型 ns2 ( n = 2,3,4,5,6 ),原子序数 原子量 原子半径,第一、第二、第三电离能 电负性,标准电极电势E 还原性,熔点、沸点高，但不规律,离子半径,（单质的晶格类型不完全相同）,分布广泛： 第八位,存在形式： 菱镁矿、云白石等,来 源： 电解熔融氯化镁,特 性： 银白色 轻、硬,镁粉易燃,应 用： 闪光灯、烟火、燃烧弹， 合金,格外小心,水（）,分布广泛： 第五位,存在形式： 石灰石、石膏、氟石等,来 源： 电解熔融氯化钙（加入氟化钙, 熔点）,特 性： 银色、坚硬,应 用： 还原剂 制备钍、铀、锆 合金(Al、Be、Cu、Pb、Mg),碱土金属的氢氧化物 M(OH)2, 白色固体,易潮解 常用干燥剂 Ca(OH)2, 溶解度小 Be Ba 溶解度, 制备 Be盐、Mg盐 NaOH ,MgCl2 2NaOH Mg(OH)2 2NaCl,Ca、Sr、Ba 氧化物 H2O (l) ,CaO(s) H2O (l) Ca(OH)2 Q,（生石灰）,（熟石灰）, 碱性,Mg(OH)2 中强性,其余为强碱,碱性强弱讨论：,ROH R OH 碱式电离,ROH RO H 酸式电离,离子势 Z / r, R极化作用 吸引OH氧原子能力 酸式电离, R极化作用 RO键弱 碱式电离,电荷,半径,Be (OH)2 Ba (OH)2 碱性,Be(OH)2 两性,实验室经验公式 7 碱性,7 10 两性, 10 酸性,仅适合次外层为8e构型的主族元素的氢氧化物,碱土金属盐, 难溶性，酸式盐 通常可溶,MSO4 (Ca、Sr、Ba) H2SO4 (浓) M (HSO4)2, 易溶：硝酸盐、氯化物, 可溶：高氯酸盐、醋酸盐, CaCO3的鉴定,CaCO3 CO2 (过量) H2O Ca2 HCO3, 加热 CO2驱出 生成CaCO3, 磷酸盐、草酸盐、铬酸盐 溶于 稀HCl / HNO3,CaC2O4 H(稀) Ca2 HC2O4,（大理石）,这些盐的沉淀反应，需要在近中性 或弱碱性 条件下进行,氯化钙 CaCl26H2O,加热脱水 无水 CaCl2,不能干燥乙醇或氨，酸性物质,533K,无毒、无臭、味微苦,易溶于水,吸湿性极强,常用干燥剂,氯化钡 BaCl22H2O,可溶性钡盐,致死量0.8g 注意保管,中毒时，口服/静滴 硫酸钠 ，以解毒,硫酸钡 BaSO4 (重晶石),制备钡盐的原料：BaSO4 4C BaS 4CO(煅烧),BaS 2HCl BaCl2 H2S,BaS CO2 H2O BaCO3 H2S,无臭，无味 性质稳定 难溶于水、酸、碱、有机溶剂 溶于热浓硫酸,M2 的鉴定,Mg2鉴定, Mg2溶液 NaOH Mg(OH)2(白色) 镁试剂, 吸附显蓝色, Mg2溶液 磷酸氢铵氨试剂 磷酸铵镁(白色),Ca2鉴定, Ca2溶液 (NH4)2C2O4 CaC2O4(白色), 稀HCl / HNO3 溶解, 焰色反应：砖红色,Ba2鉴定, Ba2溶液 K2CrO4 BaCrO4(黄色), 稀HCl / HNO3 溶解, 焰色反应：黄绿色,常用药物,MgO 制酸药，中和过多胃酸,常用制剂：镁乳 Mg(OH)2,镁钙片 0.1g MgO + 0.5g CaCO3,MgSO4,内服：导泻剂、十二指肠引流剂,( 泻盐 ),注射剂：抗惊厥,三硅酸镁,白色、无味粉末 不溶于水和乙醇 易被无机酸分解,（ 滤油粉）,钙盐 葡萄糖酸钙、磷酸氢钙、乳酸钙、氯化钙等,补钙剂 镁中毒时拮抗剂,CaSO4 CaSO42H2O (石膏) 清热泻火,CaSO41/2H2O (烧石膏) 石膏绷带,煅石膏粉 湿疹、烫伤、疥疮溃烂,BaSO4 胃肠道内无吸收，阻止X射线通过, 消化道造影剂,碳酸锂 抗躁狂药,钡餐,Al IIIA族 As、Sb、Bi VA族, 砷分族,单质铝,物理性质,银白色 密度小 ( 2.79g/cm3 ) 熔点 ( 930K )、沸点 ( 2740K ) 高 导电性、导热性、延展性 良好,元素丰度最大的金属元素,活泼金属，铝矾土矿（Al2O3nH2O）,化学性质,亲氧性的两性金属, 氧化态 2Al 3/2O2 Al2O3 Q 铝制的日用器具，医疗器械，化学反应器, 与酸反应 高纯度铝不与酸反应，但溶于王水（浓HNO3:浓HCl1:3） 稀酸 2Al 6H 2Al3 3H2 强碱 2Al 2OH 6H2O 2Al(OH)4- 3H2 与冷、浓HNO3 / H2SO4 表面钝化 用铝桶储运, 与水反应, 与金属氧化物反应,2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2,铝热反应,熔融,Al2O3,Al2O3,熔点高, 硬度大, 化学性质稳定, 耐腐蚀, 绝缘性好 高硬度材料, 研磨材料, 耐火材料,Al2O3,( 刚玉 ),( 活性氧化铝 ),粒径小，比表面积大 强 吸附性、强 催化活性、溶于酸或碱 吸附剂，催化剂载体,Al(OH)3,两性氢氧化物, 制备,Al(OH)4- CO2 2Al(OH)3 (白色) CO32 H2O,-Al2O3,铝酸盐溶液,723K 773K,铝盐溶液 + 氨水 无定形水合氧化铝,（白色凝胶状沉淀）,AlCl3 3NH3H2O Al(OH)3 3NH4Cl, 与弱酸的酸根离子作用 2Al3 3CO32 3H2O 2 Al(OH)3 3CO2 2Al3 3S2 6H2O 2 Al(OH)3 3H2S 形成配位数为 4 或 6 的配合物，十分稳定 如：Al Cl4- Al F63-,Al3特性：, 水解性,常见铝盐, Al (NO3)3 Al 2(SO4)3,离子型化合物，含n H2O,易溶于水,(铝钾矾，俗称明矾),泡沫灭火器,KAl(SO4)2 12H2O, AlCl3,共价化合物，易溶于水、有机溶剂,工业制备：,Al (熔融态) Cl2 AlCl3 (无水),Al2O33Cl2 3C 2AlCl33CO,高温,常温：无色晶体,潮湿空气,AlCl36H2O,水解,分子结构,缺 e 原子, 表现酸的性质，具有较强的加合性, 有机合成中常用的催化剂,加合物,Al2(SO4)3 + 6NaHCO3 3Na2SO4 + 2Al(OH)3+ 6CO2,泡沫灭火器,Al2(SO4)3 NaHCO3 发泡剂,As、Sb、Bi 的氢化物,无色、恶臭、剧毒性气体，极不稳定,室温下自燃 2AsH3 3O2 As2O3 3H2O,（砷化氢，胂）,（砒霜）,检测As方法, 马氏试砷法,2AsH3 2As 3H2 亮黑色砷斑, 古蔡试砷法,2AsH312AgNO33H2O As2O312Ag12HNO3, 中国药典,AsH32HgBr2 2 HBrAsH(HgBr)2 黄色（砷斑）,AsH33HgBr2 3 HBrAs (HgBr)3 棕色（砷斑）,缺氧,药品所含的砷 AsH3,As、Sb、Bi的常见盐,可溶盐： MCl3、硫酸Sb(Bi)、Bi(NO3)3,溶于水时，发生水解,氯化氧锑, 配制Sb()、Bi()盐溶液，加适量酸，抑制水解,硝酸氧铋,As、Sb、Bi 的氧化物及其水合物,难溶于水,规律：(表14-6), AsBi 氧化物、氢氧化物的碱性, 低氧化态() 高氧化态(),同元素 氧化物及其水合物的酸性, As()Bi(),()的氧化物及其水合物的还原性,() 的氧化物及其水合物的氧化性, 同一元素，高氧化态()的氧化性强,H3AsO4 (中强氧化剂) NaBiO3 (强氧化剂),亚砷酸盐 (较强还原性),弱碱性介质 : Na3AsO3 I2 H2O Na3AsO42HI,+5,+5,+5,+3,强碱性介质 : Bi(OH)3 Cl2 3NaOH=NaBiO32NaCl 3H2O,+3,+5,（还原性很弱）,（强氧化剂）,酸性介质 中： H3AsO42I2H H3AsO3I2H2O NaBiO3(s)6HCl(浓) BiCl3Cl23H2O NaCl,As2O3,致死量最多为120mg As3+与巯基结合 生物酶失活 二巯基丙醇(螯合剂)治疗,As2O3 6NaOH 2Na3AsO3 3H2O As2O3 6HCl(浓) 2AsCl3 3H2O,两性偏酸，易溶于碱,( 砒霜 ),急性中毒,Sb2O3,两性偏碱，易溶于酸,Sb2O3 6HNO3 2Sb(NO3) 3 3H2O,Sb2O3 2NaO