无机化学10碱金属与碱土金属精品课件

1、高等教育出版社崔建中 鲁凡丽 田昀 编制 崔建中 主编无机化学电子教案(第二版)第十章 碱金属和 碱土金属元素第十章 碱金属和 碱土金属元素第一节 s区元素概述A011HAAAAAA2He23Li4Be5B6C7N8O9F10Ne311Na12MgBBBBBBB13Al14Si15P16S17Cl18Ar419K20Ca21Sc22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu30Zn31Ga32Ge33As34Se35Br36Kr537Rb38Sr39Y40Zr41Ne42Mo43Tc44Re45Rh46Pa47Ag48Cd49In50Sn51Sb52Te53I54Xe655Cs

2、56Ba57-71La72Hf73Ta74W75Re76Os77Ir78Pt79Au80Hg81Tl82Pb83Bi84Po85At86Rn787Fr88Ra89-103Ac104Rf105Db106Sg107Bh108Hs109Mt110Uun111Uuu112UubA、A为s区元素 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、Sr、Be 是轻稀有元素Fr、Ra 是放射性元素10.1 s区元素概述ALiNaKRbCsFr锂钠钾铷铯钫ABeMgCaSrBaRa铍镁钙锶

3、钡镭碱金属和碱土金属的存在最重要的矿石是锂辉石（LiAlSi2O6)10.1 s区元素概述ALiNaKRbCsFr锂钠钾铷铯钫ABeMgCaSrBaRa铍镁钙锶钡镭碱金属和碱土金属的存在主要以NaCl形式存在于海洋、盐湖和岩石中主要矿物是钾石矿(KClMgCl26H2O)我国青海钾盐储量占全国96.8%10.1 s区元素概述10.1 s区元素概述碱金属和碱土金属的存在ALiNaKRbCsFr锂钠钾铷铯钫ABeMgCaSrBaRa铍镁钙锶钡镭主要矿物是绿柱石（3BeOAl2O3 6SiO2)主要以菱镁石（MgCO3)、白云石MgCa(CO3)2存在主要以方解石(CaCO3)、石膏CaSO42H2

4、O)、 天青石(SrSO4)、碳酸锶矿(SrCO3)、 重晶石(BaSO4)、毒重石(BaCO3) 等碳酸盐、硫酸盐形式存在第二节 碱金属和碱土金属的性质第十章 碱金属和碱土金属元素10.2 碱金属和碱土金属的性质10.2 碱金属和碱土金属的性质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)32s1152180.513420.6Na (钠)113s118697.82882.90.4K (钾)194s122763.257600.5Rb (铷)375s124838.896860.3Cs (铯)556s126528.40669.30.2 A原子序数价电子构型金属

5、半径（pm）熔点()沸点()硬度(金刚石=10)Be (铍)42s2111127829704Mg (镁)123s2160648.811072.0Ca (钙)204s219783914841.5Sr (锶)385s221576913841.8Ba (钡)566s22177251640-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，硬度较小碱金属和Ca、Sr、Ba均可用刀切割Cs是最软的金属 熔点低于人的体温,放在手心里即可熔化 核电荷 原子半径 熔、沸点 硬度 核电荷 原子半径 熔、沸点 硬度为具有银白色(铯为灰色)光泽的金属10.2 碱金属和碱土金

6、属的性质 密度 0.53 0.97 0.86 1.53 1.88(gcm-3) 密度 1.85 1.74 1.54 2.6 3.51 (gcm-3)A Li(锂) Na(钠) K(钾) Rb(铷) Cs(铯)A Be(铍) Mg(镁) Ca(钙) Sr(锶) Ba(钡)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 +2E (M+/M) -3.04 -2.713 -2.924 (-2.98) (-3.026) (V)E (M2+/M) -1.99 -2.356 -2.84 -2.89

7、 -2.92 (V)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 *E (Li+/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 碱金属碱土金属可溶于液氨，形成深蓝色溶液 碱金属 M(s) + (x+y)NH3 M+(NH3)x+ e-(NH3)y 碱土金属 M(s)+(x+2y)NH3 M2+(NH3)x+2e-(NH3)y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 碱金属和碱

8、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金属反应物质反应式碱金属碱土金属H22M + H2 2MH M + H2 MH2碱金属Ca、Sr、BaMgH2O 2M + 2H2O 2MOH+H2 M + 2H2O M(OH)2+H2M + H2O(g) MO + H2碱金属碱土金属卤素2M + X2 2MX M + X2 MX2LiMg、Ca、Sr、BaN26Li + N2 2Li3N3M + N2 M3N210.2 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金属反应物质反应式碱金属Mg、Ca、Sr、BaS 2M +

9、S M2S M + S MSLiNaK 、Rb、Cs碱土金属Ca、Sr、BaO24Li + O2 2Li2O2Na + O2 Na2O2 M + O2 MO22M + O2 2MO M + O2 MO2碱金属的制备一般采用电解熔融盐的方法450下电解55%LiCl和 45%KCl的熔融混合物锂580下电解40%NaCl和60%CaCl2的混合物 钠850下，用金属钠还原氯化钾钾800左右、减压下， 用钙还原氯化物铷、铯碱金属的制备一般采用电解熔融盐的方法铍1. 350-400下电解NaCl和 BeCl2的熔融盐 2. 用镁还原氯化铍1. 先脱去水合氯化镁所含 的水，再电解2. 硅热还原 2(M

10、gOCaO)+FeSi 2Mg+Ca2SiO4+Fe 镁碱金属的制备一般采用电解熔融盐的方法700-800 下， 电解CaCl2 和KCl的混合物2. 铝热法： 钙6CaO+2Al 3Ca+3CaOAl2O3 铝热法或硅还原法锶、钡E (Li+/Li)可用焓变粗略估计 M(s) + H+(aq) M+(aq) + H2(g)12 rGm = -zF = -zFE (H+/H2) - E (Li+/Li) = zFE (Li+/Li)E对碱金属若不考虑rSm 的影响可用rHm代替rGm 12rHm =subHm + I1(M) + hHm (M+) + -hHm (H+) - D (H-H) -

11、I1(H)rHm 的计算M(s) + H+(aq) H2(g) + M+(aq)rHm-hHm(H+)H+(g) + e- H(g)-I1(H)- D (H-H)M(g) M+(g) +e-I1(M)12 subHmhHm (M+)由上式可计算碱金属在水溶液中转变为水合离子过程的rHm碱金属转变为水合离子过程的有关数据 由上可看出， 虽然subHm(Li) 和I1(Li)较大， 但hHm (Li+) 较小，即Li+水合过程放出的能量特别大，而导致rHm(Li)最小， rGm 最小， 故E (Li+/Li)最小。 -246-241-250-241-275rHm /(kJmol-1)-264-29

12、3-322-409-519hHm (M+)/(kJmol-1)376403419496520 I1(M)/(kJmol-1)78.885.890108.7161subHm(M)/(kJmol-1)CsRbKNaLi 第十章 碱金属和 碱土金属元素第三节 氢化物10.3 氢化物2M + H2 2MH (M代表碱金属)M + H2 MH2(M代表Ca、Sr、Ba) 制备注意1. 离子型氢化物2. 纯离子型氢化物都是白色晶体;不纯的通常为浅灰色至黑色, 其性质类似盐, 又称为类盐型氢化物。 3. 熔点、沸点较高，熔融时能够导电，其密度都比相应的金属的密度大得多。 10.3 氢化物性质易与水反应而产生

13、氢气 LiH + H2O LiOH + H2 CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2强还原性 TiCl4 + 4NaH Ti + 4NaCl + 2H2受热时可以分解为氢气和游离金属 2MH 2M + H2 MH2 M + H210.3 氢化物性质可形成复合氢化物 4LiH + AlCl3LiA1H4 +4H2O LiOH +Al(OH)3 +4H2LiAlH4 + 3LiCl第十章 碱金属和 碱土金属元素第四节 氧化物10.4 氧化物 类型类型氧化数氧存在形式举 例过氧化物-1O2Na2O2、CaO2超氧化物-1/2O2 KO2 臭氧化物-1/3O3KO3低氧化物Cs7O正常氧化

14、物-2ONa2O、CaO2-2-10.4 氧化物 类 型在空气中 直接形成间接形成正常氧化物Li、Be、Mg、Ca、Sr、BaA、A族所有元素 过氧化物Na除Be外的 所有元素超氧化物 Na、K、Rb、Cs除Be、Mg、Li外所有元素形成10.4 氧化物10.4.1 正常氧化物 Li2ONa2OK2ORb2OCs2O颜色白色白色淡黄色亮黄色橙红色熔点分解)400(分解)400(分解)BeOMgOCaOSrOBaO熔点/25302852261424301918硬度(金刚石=10)95.64.53.53.3M-O核间距/pm165210240257277由于阴、阳离子带两

15、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。是重要建筑材料；可做熔矿剂；制取电石的原料常用来制造耐火材料和金属陶瓷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。碱土金属的氧化物均为白色 在水中溶解度一般较小10.4.2 过氧化物和超氧化物 1. 在碱性介质中是强氧化剂,常用作熔矿剂例 2Fe(CrO2)2+7Na2O2 4Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O2. 室温下，与水或稀酸反应生成H2O2例 Na2O2 + 2H2O 2NaOH + H2O2 Na2O2 + H2SO4 Na2SO4 + H2O2 2KO2 + 2H2O 2KOH + H2O2 +

16、 O2 2KO2 + H2SO4 K2SO4 + H2O2 + O22H2O2 2H2O + O210.4.2 过氧化物和超氧化物 3. 与CO2 反应放出O2 例 2Na2O2 + 2CO2 2Na2CO3 + O24KO2 + 2CO2 2K2CO3 + 3O210.4.2 过氧化物和超氧化物 Na2O2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。10.4.3 臭氧化物 与水反应生成MOH和O24MO3 + 2H2O 4MOH + 5O2室温下，缓慢分解为MO2和O2MO3 MO2 + O212

17、第十章 碱金属和 碱土金属元素第五节 氢氧化物10.5 氢氧化物 易潮解在空气中吸收CO2生成碳酸盐均为白色固体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10.5.1碱金属和碱土金属 (氢氧化物的碱性)* LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中强碱强碱强碱强碱强碱Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2两性中强碱强碱强碱强碱与酸反应 Be(OH)2 + 2H+ Be2+ + 2H2O与碱反应 Be(OH)2+ 2OH- Be(OH)42- 氢氧化物酸碱性递变规律R-O规律氧化物水合物通式 R(OH)nRO- + H+ R O H R+ + OH-酸

18、式解离 碱式解离R O H 在水中解离方式R O H 解离方式取决于Rn+的极化作用阳离子电荷阳离子半径离子势( ) = 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，则为碱式解离氢氧化物酸碱性递变规律R-O规律 值 0.32R-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0.5127HClO4Cl强酸0.4529H2SO4S中强酸0.3638H3PO4P弱酸0.3240H2SiO3Si两性0.24535Al(OH)3Al中强碱0.1772Mg(OH)2Mg强碱0.1102NaOHNa酸碱性Rn+半径/(pm)氧化物水合物元素值氢氧化物酸碱

19、性递变规律R-O规律 值 0.32R-O-H酸碱性 碱性 两性 酸性强碱0.12136Ba强碱0.13118Sr强碱0.14100Ca中强碱0.1772Mg两性0.2727Be(OH)2Be酸碱性 值R2+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)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)210.5.2碱金属和碱土金属-氢氧化物的溶解性 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()第十章 碱金属和 碱土金属元素第六节 盐类10.6 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