碱土金属离子半径较小.ppt

2020 3 14 刘晓瑭 1 无机化学 2010级应用化学专业刘晓瑭E mail xtliu Tel 85280325Blog 2020 3 14 刘晓瑭 2 12 A A族和稀有气体 教学要求 1 掌握 A A族元素单质 氧化物 氢氧化物的性质 制备和用途 熟悉性质变化的规律性 2 掌握 A A族金属盐类的一些重要性质 3 通过对比锂 镁的相似性进一步了解对角线规则 4 掌握氢的物理和化学性质 5 了解稀有气体的发展简史 单质的性质 用途及其化合物的性质和结构特点 重点 碱金属和碱土金属化合物 氢的性质和用途难点 对角线规则 希有气体化合物的结构学时 2 2020 3 14 刘晓瑭 3 目录 12 1碱金属和碱土金属单质12 2碱金属和碱土金属的化合物12 3氢单质12 4氢化物12 5稀有气体 2020 3 14 刘晓瑭 4 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 0族元素一直与 不活泼 和 惰性 相连 由于解除了 绝对惰性 而改名为 稀有气体 2020 3 14 刘晓瑭 5 12 1碱金属和碱土金属单质 12 1 1制备12 1 2单质的性质 Sr RbCs Be Mg Ca Ba 2020 3 14 刘晓瑭 6 碱金属元素 Alkalimetals Lithium Li Sodium Na Potassium K Rubidium Rb Cesium Cs Francium Fr 碱土金属 Alkali earthmetals Beryllium Be Magnesium Mg Calcium Ca Strontium Sr Barium Ba Radium Ra 这些金属单质都具有银白色的金属光泽 具有良好的导电性和延展性 由于碱土金属的金属键比碱金属的金属键要强 所以碱土金属的熔沸点 硬度 密度都比碱金属高得多 1物理性质 Li的密度是所有金属中最小的 它的密度比煤油小 2020 3 14 刘晓瑭 7 1 熔融盐电解 此法可制备Li Na Mg Ca Ba问题 加入CaCl2有何作用 2 高温还原 此法制备K Rb CsKCl NaNaCl K g 2RbCl CaCaCl2 Rb g 2CsCl CaCaCl2 Cs g 问题 不活泼的金属为何可置换活泼金属 2金属单质的制备 2020 3 14 刘晓瑭 8 钾的沸点 766 C 比钠的 890 C 低 当反应体系的温度控制在两沸点之间 使金属钾变成气态 金属钠和KCl NaCl仍保持在液态 钾由液态变成气态 熵值大为增加 反应的T rSm项变大 有利于 rGm变成负值使反应向右进行 同时 钾为蒸气状态 设法使其不断离开反应体系 让体系中其分压始终保持在较小的数值 有利于反应向右进行 2020 3 14 刘晓瑭 9 12 1碱金属和碱土金属单质 12 1 1制备12 1 2单质的性质 Sr RbCs Be Mg Ca Ba 2020 3 14 刘晓瑭 10 碱金属和碱土金属都是非常活泼的金属元素 同族从Li到Cs和从Be到Ba活泼性依次增强 碱金属和碱土金属都有很强的还原性 与许多非金属单质直接反应生成离子型化合物 在绝大多数化合物中 它们以阳离子形式存在 1碱金属 碱土金属与水的作用 2生成合金 钠和钾可以生成液体合金 钠溶于汞得到钠汞齐 2020 3 14 刘晓瑭 11 碱金属 碱土金属与液氨的作用 2020 3 14 刘晓瑭 12 目录 12 1碱金属和碱土金属单质12 2碱金属和碱土金属的化合物12 3氢单质12 4氢化物12 5稀有气体 2020 3 14 刘晓瑭 13 12 2碱金属和碱土金属的化合物 12 2 1通性12 2 2含氧二元化合物12 2 3氢氧化物12 2 4盐类12 2 5对角线规则和次级周期性 2020 3 14 刘晓瑭 14 碱金属和碱土金属原子的最外层电子排布分别为 ns1和ns2 这两族元素构成了周期系的s区元素 它们的次外层具有稀有气体原子式的稳定的电子层结构 对核电荷的屏蔽作用较大 碱金属元素的第一电离势在同一周期中为最低 碱金属元素的原子很容易失去一个电子而呈 1氧化态 因此碱金属是活泼性很强的金属元素 它们不会具有其它氧化态 在无水无氧条件下 可以制得低氧化态的非寻常化合物 例如钠在乙二胺和甲胺中所形成的溶液也具有导电性 观察到Na 的光谱带 说明主要的导电体应是钠电离出的Na 和Na 2020 3 14 刘晓瑭 15 碱金属元素的一些基本性质 碱金属是活泼性最强的金属元素 都是强还原剂 2020 3 14 刘晓瑭 16 碱土金属元素的一些基本性质 碱土金属仍是活泼性相当强的金属元素 也是强还原剂 碱土金属原子比相邻的碱金属多一个核电荷 因而原子核对最外层的两个s电子的作用增强了 所以碱土金属原子要失去一个电子比相应碱金属难 碱金属和碱土金属元素在化合时 多以离子结合为特征 但在某些情况下仍显一定程度的共价性 碱金属和碱土金属的原子半径 从上至下依次增大 电离能和电负性依同样次序减小 金属活泼性也从上至下依次增强 1 气态双原子分子Na2 Cs2以共价键结合 2 Li的一些化合物共价成份最大 从Li到Cs的化合物 共价倾向减小 3 某些碱金属的有机物 有共价特征 例如Li4 CH3 4甲基锂 2020 3 14 刘晓瑭 18 12 2碱金属和碱土金属的化合物 12 2 1通性12 2 2含氧二元化合物12 2 3氢氧化物12 2 4盐类12 2 5对角线规则和次级周期性 2020 3 14 刘晓瑭 19 普通氧化物 过氧化物 超氧化物 臭氧化物 Li2O MO M 碱土金属 Na2O2 BaO2 MO2 M K Rb Cs MO3 M K Rb Cs O 2 O O 2 O O O O O 35 抗磁性 抗磁性 顺磁性 顺磁性 结构 碱 土 金属形成三类氧化物 2020 3 14 刘晓瑭 20 1 氧化物LiNaKRbCs空气中燃烧Li2ONa2O2KO2RbO2CsO2 性质和制备 锂以外的碱金属氧化物的制备一般可以用碱金属单质或叠氮化物还原其过氧化物 硝酸盐或亚硝酸盐制备 碱土金属的氧化物可以通过其碳酸盐 氢氧化物 硝酸盐或硫酸盐的热分解来制备 氧化物热稳定性总的趋势是 同族从上到下依次降低 熔点也按此顺序降低 碱土金属离子半径较小 电荷高 其氧化物的晶格能大 因而其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多 2020 3 14 刘晓瑭 21 2 过氧化物制备 4Na O2 2Na2O2Na2O O2 2Na2O2反应 Na2O2 2H2O H2O2 NaOHNa2O2 H2SO4 H2O2 Na2SO4Na2O2 2CO2 O2 Na2CO3 超氧化物MO2 2H2O O2 H2O2 2MOH4MO2 2CO2 M2CO3 3O2 臭氧化物3KOH s 2O3 g 2KO3 s KOH H2O s 1 2O2 g 2020 3 14 刘晓瑭 22 碱土氧化物 氧化剂 漂白剂 供氧剂 引火剂 碱土金属的BeO MgO具有很高的熔点和硬度 用于制耐火材料和金属陶瓷 CaO俗称石灰或生石灰 作建筑材料 也用做干燥剂 炼钢工业上用于除去Si P杂质 过氧化物 超氧化物 臭氧化物都是强氧化剂 由于它们的强氧化性 可用于纸张 织物等的漂白剂 利用它们与二氧化碳反应生成氧气的性质作为潜水 登山 高空作业的供氧剂 过氧化钡常用于爆破作业上作强火剂 用途 2020 3 14 刘晓瑭 23 12 2碱金属和碱土金属的化合物 12 2 1通性12 2 2含氧二元化合物12 2 3氢氧化物12 2 4盐类12 2 5对角线规则和次级周期性 2020 3 14 刘晓瑭 24 1氢氧化物性质 2020 3 14 刘晓瑭 25 2氢氧化物酸碱性判断标准 R拉电子能力与离子势有关 Z r r以pm为单位 解离方式与拉电子能力有关 2020 3 14 刘晓瑭 26 碱金属氢氧化物均为碱性 Be OH 2为两性 其它碱土金属氢氧化物为碱性 经验规则 有些物质不适用 Zn OH 2 Zn的 0 16 两性氢氧化物 酸性增强 碱性增强 附 氢化物 碱金属和碱土金属中较活泼的Ca Sr Ba能与氢在高温下直接化合 形成离子晶体 故称为离子型氢化物 又称为盐型氢化物 金属氢化物中的H 离子的半径介于F 离子和Cl 离子之间 所以具有卤化物的一些性质 碱金属氢化物中以LiH最稳定 加热到 961K 也不分解 但其它氢化物不稳定 加热易分解成金属和氢 2020 3 14 刘晓瑭 28 12 2碱金属和碱土金属的化合物 12 2 1通性12 2 2含氧二元化合物12 2 3氢氧化物12 2 4盐类12 2 5对角线规则和次级周期性 2020 3 14 刘晓瑭 29 1盐类的共同特点 重要盐类 卤化物 硝酸盐 硫酸盐 碳酸盐 1 晶体类型 绝大多数是离子晶体 但碱土金属卤化物有一定的共价性 2 一般无色或白色 3 溶解度 碱金属盐类一般易溶于水 碱土金属盐除卤化物 硝酸盐外多数难溶 4 热稳定性 较高 2020 3 14 刘晓瑭 30 2盐类的溶解性 1 IA盐类易溶为主 难溶的有 K2 PtCl6 Na Sb OH 6 KClO4 Li3PO4 K2Na Co NO2 3 难溶盐往往是在与大阴离子相配时出现 锂盐 氟化锂LiF 碳酸锂Li2CO3 磷酸锂Li3PO4 5H2O钠盐 六羟基锑酸钠Na Sb OH 6 白 醋酸铀酰锌钠NaZn UO2 3 CH3COO 9 9H2O 黄绿 钾盐 KClO4 白色 KHC4H4O6 酒石酸氢钾 白色 K4 PtCl6 淡黄色 K2Na Co NO2 6 亮黄色 K B C6H5 4 四苯硼酸钾 白色 2020 3 14 刘晓瑭 31 对于IIA族的化合物溶解度变化如下 2 IIA盐类难溶居多 常见盐类除氯化物 硝酸盐外 其他难溶 如MCO3 MC2O4 M3 PO4 2 MSO4 MCrO4 3 离子型盐类溶解度的定性判断标准 巴素洛规则 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 比较一下两组溶解度 LiFLiI BaSO4BeSO4 2020 3 14 刘晓瑭 32 3含氧酸盐的热稳定性 1 硝酸盐热分解 2020 3 14 刘晓瑭 33 2 碳酸盐热分解 比较下列几种物质的热稳定性 CaCO3ZnCO3 H2CO3NaHCO3 2020 3 14 刘晓瑭 34 碳酸盐的热稳定性取决于M离子的反极化能力 2020 3 14 刘晓瑭 35 Li Na K Rb Cs Be2 Mg2 Ca2 Sr2 Ba2 水合热51940632229326424941921157714431305 一般说来 同族元素的金属离子 离子半径越小 形成离子水合物的倾向越大 这与它们的水合热变化是一致的 在碱金属中 所有锂盐几乎都是水合的 钠盐约75 是水合的 钾盐25 是水合的 碱土金属则以铍盐和镁盐的水合物较多 形成结晶水的能力不仅与阳离子有关 还与阴离子有关 如在碱金属盐中 卤化物大多数是无水物 硝酸盐只有LiNO3 3H2O 硫酸盐中只有Li2SO4 H2O Na2SO4 10H2O 碳酸盐中则反常 除碳酸锂无水外 其余都有不同形式的水合物 Na2CO3 10H2O K2CO3 5H2O Rb2CO3 H2OCs2CO3 3H2O 4结晶水合盐的形成和脱水 结晶水合盐加热脱水是否能得到无水盐与所生成的阳离子的水解性和阴离子结合成酸的性质有关 2020 3 14 刘晓瑭 36 某些盐类的生产和应用1 碳酸钠 纯碱 苏打 碱面 索维尔法 饱和食盐水吸收NH3和CO2气体 制得溶解度较小的NaHCO3 再焙烧 NaCl NH3 CO2 H2ONaHCO3 NH4Cl2NaHCO3Na2CO3 H2O CO2 析出NaHCO3后 母液中NH4Cl用消石灰来回收 以循环使用 2NH4Cl Ca OH 2NH3 CaCl2 2H2O所需CO2和石灰由石灰石煅烧得来 此法 技术成熟 原料丰富价廉 但食盐利用率低 NH3损失大 CaCl2废渣造成环境污染 2020 3 14 刘晓瑭 37 侯德榜法 将制碱和合成氨联为一体 称侯氏联合制碱法 或氨碱法 该法 先用水煤气转化的H2和N2合成氨 同时有CO2放出 由此合成氨系统提供的NH3和CO2来制碱 副产品NH4Cl可作化肥 此法 NaCl利用率达96 以上 成本降低 可连续化生产 对制碱上作出较大贡献 2020 3 14 刘晓瑭 38 2 碳酸氢钠 小苏打 重碳酸氢钠或焙碱 制纯度高的可用Na2CO3溶液中通CO2 Na2CO3 CO2 H2O 2NaHCO3 溶解度小 析出 3 NaCl4 CaSO4 CaSO4 2H2O称石膏 生石膏 白粉 微溶于水 CaSO4 1 2H2O为熟石膏 白粉 吸潮 熟石膏粉 水 可膨胀 硬化 用于制模 塑像 石膏绷带等 CaCl2 NH4 2SO4 2H2O CaSO4 2H2O 2NH4ClCaSO4 2H2O经煅烧脱水 得CaSO4 1 2H2O 5 硫酸镁MgSO4 7H2O是无色晶体 易溶于水 俗称泻盐 用于作食物中毒导泻剂 2020 3 14 刘晓瑭 39 它是溶解度最小的硫酸盐 也是唯一无毒的钡盐 它的矿石称重晶石 是制备其他钡盐的原料 BaSO4 4C BaS 4CO 2BaS 2H2O Ba HS 2 Ba OH 2Ba HS 2 CO2 H2O BaCO3 2H2SBaCO3 2HCl BaCl2 H2O 6 硫酸钡 它能强烈阻止X射线 在医学上用于消化道的X射线造影检查 在为肠胃拍摄X光射线照片时 要先吃硫酸钡 半小时以后再拍摄 就能呈现肠胃的形状 帮助确诊病情 BaSO4与ZnS的混合物叫作立德粉 或叫锌钡白 是白漆的原料 2020 3 14 刘晓瑭 40 12 2碱金属和碱土金属的化合物 12 2 1通性12 2 2含氧二元化合物12 2 3氢氧化物12 2 4盐类12 2 5对角线规则和次级周期性 2020 3 14 刘晓瑭 41 锂与同族的元素不类似 而和镁类似 1 溶解性锂和镁的氢氧化物LiOH和Mg OH 2的溶解度都很小 而其它碱金属氢氧化物都易溶于水 锂与镁的氟化物 碳酸盐 磷酸盐都是难溶盐 而碱金属的氟化物 碳酸盐 磷酸盐都易溶于水 例如 氟化钠的溶解度约是氟化锂的10倍 磷酸钠的溶解度约是磷酸锂的200倍 2020 3 14 刘晓瑭 42 2 Li Mg的相似性一些反应 2020 3 14 刘晓瑭 43 2020 3 14 刘晓瑭 44 3 对角线规则 以上三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许多相似之处 叫做对角线规则 这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和半径对极化作用的影响恰好相反 使得它们离子极化力相近而引起的 第二 四 六周期元素的性质会出现一些反常现象 称为元素的次级周期性 原因尚不明确 但是新增加的p d f能级应该是主要的因素 2020 3 14 刘晓瑭 45 2020 3 14 刘晓瑭 46 E Li Li 特别负是主要是由于锂离子半径小 水合作用强 水合热特别大的缘故 2020 3 14 刘晓瑭 47 2020 3 14 刘晓瑭 48 2020 3 14 刘晓瑭 49 Bythistime ateamofresearchersledbyJohnGoodenough nowattheUniversityofTexas haddiscoveredanewfamilyofintercalationcompoundsbasedonoxidesofmanganese cobaltandnickel Thefirstcommerciallithium ionbattery launchedbySonyin1991 wasarocking chairdesignthatusedlithiu