东北师范大学无机化学课件：第12章碱金属、碱土金属

1、1碱金属(IA ): ns1(因为它们的氧化物的水溶液显碱性) Li, Na, K, Rb, Cs, Fr碱土金属(IIA ): ns2(因为它们的氧化物兼有碱性和土性) Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra土性 化学上把难溶于水和难熔融的性质称为 “土性” 都是活泼金属概述2锂辉石:钠长石:钾长石:光卤石:明矾石:绿柱石:菱镁矿:石 膏:大理石:萤 石:天青石:重晶石:本区元素均以矿物形式存在:3IA IIALi BeNa MgK Ca Rb SrCs Ba原子半径减小电离能、电负性增大金属性、还原性减弱原子半径增大电离能、电负性减小金属性、还原性增强4NaLiK12 1 金属单质1

2、2 1 1 物理性质（表12-1）5RbCsBeMgCaSrBa除了锂都可以保存在煤油中；锂的密度比煤油小，通常保存在石蜡中 6物理性质：有金属光泽密度小: 锂硬度小熔点低:铯s区单质的熔、沸点变化导电、导热性好7 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。12 1 2 化学性质 1 与水的作用2M + 2H2O 2MOH + H2(g)8CaM 2 H2O = M(OH)2 H2 (g)LiNaK9注意：Li、Ca

3、、Sr、Ba与水反应较平稳，因为其熔点较高，不易融化；而且其生成的氢氧化物溶解度小，覆盖在金属的表面阻碍了反应继续，减缓了金属与水的反应。Be和Mg的表面可以形成致密的氧化物保护膜，所以常温下对水较稳定。Mg在热水中可以缓慢发生反应，而Be与水蒸气也不反应。其他碱金属与水反应非常剧烈，可能发生爆炸。10M1 (xy) NH3 = M1(NH3)y e(NH3)xM2 (2xy) NH3 = M2(NH3)y2 2 e(NH3)x 2 与液氨的作用 长期放置或有催化剂存在： 2 Na 2 NH3 = 2 NaNH2 H211 有趣的是，不论溶解的是何种金属，稀溶液都具有同一吸收波长的蓝光.这暗示

4、各种金属的溶液中存在着某一共同具有的物种.后来实验这个物种是氨合电子，电子处于46个 NH3 的 “空穴” 中. 如果液氨保持干燥和足够高的纯度（特别是没有过渡金属离子存在），溶液就相当稳定. 钠溶于某些干燥的有机溶剂（如醚）也会产生溶剂合电子的颜色. 用钠回流干燥这些溶剂时，颜色的出现可看作溶剂处于干燥状态的标志.123 制备稀有金属或贵金属1314 碱金属和碱土金属的化合物在无色火焰中燃烧时，会呈现出一定的颜色，称为焰色反应. 可以用来鉴定化合物中某元素的存在，特别是在野外.元 素 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 颜 色 深红 黄 紫 红紫 蓝 橙红 深红 绿波长(nm) 6

5、70.8 589.2 766.5 780.0 455.5 714.9 687.8 553.5 Li Na K Rb Cs Ca Sr Ba 4、焰色反应15Flame testHCl(aq)sampleLi deep redNa yellowK lilacRb bluish redCs blueCa brick redSr blood redBa apple green16 (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) 热还原法: 此法制备 K、Rb、Cs KCl Na NaCl K(g) 2 RbCl Ca CaCl2 Rb (g)

6、2 CsCl Ca CaCl2 Cs (g) 问题: 不活泼的金属为何可置换活泼金属? 12 1 3 金属单质的制备17 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 TrSm 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。18 12 2 含氧化合物12 2 1 氧化物 碱金属和碱土金属的单质在空气中燃烧，形成相应的三类氧化物： 正常氧化物O2、过氧化物O22、

7、超氧化物O2；与臭氧反应生产臭氧化物O3-；Li2O Na2O2 KO2 RbO2 CsO2BeO MgO CaO SrO BaO2镁带的燃烧19稳定性:O2- O2- O22- “能量效应”要求体积较大的过氧阴离子、超氧阴离子和臭氧阴离子更易被较大的金属阳离子所稳定.正常氧化物(O2-)过氧化物(O22-)超氧化物(O2-)20 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。 锂以外的碱金属氧化物的制备一般

8、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。2112 2 2 氢氧化物 1 氢氧化物性质 碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。 Be(OH)2为两性氢氧化物，LiOH和Mg(OH)2为中强碱，其余氢氧化物都是强碱。 碱金属的氢氧化物都易溶于水，在空气中很容易吸潮，它们溶解于水时放出大量的热。除氢氧化锂的溶解度稍小外，其余的碱金属氢氧化物在常温下可以形成很浓的溶液。22碱土金属溶解度（20） 氢氧化物Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 溶解度/mol L-1 810-6 2.110-4 2.310-2 6.610-2 1.210

9、-1溶解度增大23 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 0.22 0.32 两性 0.22 碱性 0.32 酸性 ROHRO H R OH24 LiOH 0.13 0.27 Be(OH)2 NaOH 0.10 0.17 Mg(OH)2 KOH 0.085 0.14 Ca(OH)2RbOH 0.08 0.13 Sr(OH)2 CsOH 0.077 0.12 Ba(OH)2 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。2512 3 盐类12 3 1 盐类的共同特点重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫

10、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。2612 3 2 盐类的溶解性(1) IA盐类易溶为主，难溶的有：LiF、LiCO3、K2PtCl6、NaSb(OH)6、KClO4、 Li3PO4、K2NaCo(NO2)3 难溶盐往往是在与大阴离子相配时出现。 (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、 MCrO427 (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：LiF LiIBaSO4 BeSO4 9-17电子构型 8电子构型 c. 电荷相等、电子结构相同的离子，半径小的具有较强的极化能力