大学无机化学-碱金属和碱土金属公开课一等奖省优质课大赛获奖课件

第12章碱金属和碱土金属12-1金属单质12-2含氧化合物12-3盐类LiRbCsNaKBeMgCaSrBa碱金属：IA族金属单质。锂、钠、钾、铷、铯、钫

因为IA族金属氢氧化物都是强碱，故称该族元素为碱金属碱土金属：IA族金属单质。铍、镁、钙、锶、钡、镭钙锶钡碱性“碱金属氧化物”和土性“氧化铝”之间，故称该族元素为碱土金属

IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIA1HHe2LiBe

BCNOFNe3NaMgAlSiPSClAr4KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr5RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe6CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn7FrRaAcRfDbSgBhHsMtUnnUnnUnnLiNaKRbCs价电子构型2s13s14s15s16s1主要氧化态+I+I+I+I+I离子半径6095133148169I1/kJ·mol-1520496419403376I2/kJ·mol-172984562305126332230χ1.00.930.820.820.79Φθ/VM+(aq)+e=M(s)-3.045-2.710-2.931-2.925-2.923M+水化能/kJ·mol-1519406322293264BeMgCaSrBa价电子构型2s23s24s25s26s2主要氧化态+II+II+II+II+II离子半径356699112134I1/kJ·mol-1905742593552564I2/kJ·mol-11768145011521070971I3/kJ·mol-1149397658494243513576χ1.571.311.000.950.89φθA-1.85-2.38-2.76-2.89-2.90φθB-2.28-2.69-3.02-2.99-2.97M2+水化能/kJ·mol-12494192115771443130512—1金属单质物理性质：共同点:都含有银白色金属光泽，良好导电性和延展性；

不一样点:碱金属——硬度小，密度小，熔点低，熔沸点相差大碱土金属——硬度，密度，熔沸点比碱金属高得多

12—1—1物理性质a.IA、IIA除Be、Mg外均较软，可用刀切割。Li、Na、K密度小于1（试验室Li保留在石蜡中，Na、K保留在煤油中）c.Cs含有光电效应，因为其表面电子活性极高，表面受光照，即可逸出。所以常被用来制造光电管阴极。d.IA金属能形成液态合金：例：Na-Hg齐合金：一个温和还原剂；Na-K合金，比热高，被用于核反应堆冷却剂。e.IA，IIA金属均含有光泽，良好导电性，导热性，延展性，且IIA族金属mp，bp，密度，硬度均高于IA。因为IIA中为2个价电子金属键强。

12—1—2化学性质碱金属和碱土金属都很活泼，有很强还原性在自然界中大都以离子型化合物存在，在绝大多数化合物中，它们以正离子形式存在绿柱石:菱镁矿:萤石：天青石:大理石:钠长石:钾长石:明矾石:锂辉石:光卤石:石膏:重晶石:重晶石1、碱金属和碱土金属与水反应

原因：碱土金属熔点高不易熔化，因而与水反应不激烈其氢氧化物溶解度小，生成氢氧化物覆盖在金属表面妨碍金属与水接触，从而减缓了金属与水反应

LiNaKCa

2、碱金属和钙、锶、钡+金属氢化物含有强还原性，是很强氧化剂碱金属氢化物

离子型氢化物

（1）均为白色晶体,热稳定性差（2)还原性强形成配位氢化物3、碱金属和钙、锶、钡+液氨→蓝色导电溶液金属氨溶液中含有金属离子和溶剂化自由电子，这种溶剂化自由电子非常活泼，含有极强还原能力，

金属氨溶液：强还原性（低温）、导电性、顺磁性氨合电子结构示意图因为氨合电子存在,溶液有导电性和顺磁性,e(NH3)y-是很强还原剂,用于无机和有机合成.

痕量杂质如过渡金属盐,氧化物,氢氧化物存在或光化作用,能促进碱金属与氨反应当长久放置或有催化剂存在时

利用碱金属和碱土金属强还原性，在非水溶液或熔融条件下制备稀有金属或珍贵金属

4、强还原性5、碱金属和碱土金属焰色反应焰色反应：碱金属、碱土金属及其挥发性化合物在高温火焰中展现特征颜色现象过程：原子化→激发→跃迁→发射出一定波长光→展现特征颜色

Li+

深红色

Ca2+橙红色Na+黄色Sr2+洋红色K+

紫色

Ba2+绿色Rb+

紫红色

Cs+

蓝色

LiNa

K

Ca

Sr

Ba12—1—3金属单质制备惯用方法：1、熔盐电解法——Li、NaBe、Mg、Ca、Sr、Ba

2、热还原法——K、Rb、Cs、Be1、熔融电解法

——将金属氯化物熔融电解1）Na制备1、助熔剂、降低耗能2、降低钠挥发3、降低钠溶解度，利于产品分离2)其它金属单质制备a、Be制备因为共价性较强，生产过程中需要加入b、c、Ca、Sr、Ba都能够经过电解其熔融氯化物制备2、热还原法1）K制备不用熔融电解法制备K原因：金属K易溶于氯化物中，极难分离；金属K沸点低，易从电解槽中溢出

钾比钠活泼，为何能经过以下反应制备金属钾？2）其它金属制备12—2—1含氧化合物12—2—1氧化物分类：普通氧化物、过氧化物超氧化物和臭氧化物普通氧化物过氧化物超氧化物臭氧化物全部碱金属和碱土金属除Be以外全部碱金属和碱土金属Na、K、Rb、Cs、CaNa、KRb、Cs碱金属和碱土金属在充分空气中燃烧普通氧化物过氧化物超氧化物臭氧化物Li、Be、Mg、Ca、SrNa、BaK、Rb、CsNa、K、Rb、Cs干燥氢化物1、普通氧化物性质燃烧制备颜色热稳定性、熔点与水反应碱金属仅Li为普通氧化物，其它都是过氧化物或超氧化物单质/叠氮化物+过氧化物/硝酸盐/亚硝酸盐从上到下逐步加深1）从上到下热稳定性↓，熔点↓；2）碱土金属氧化物熔点比碱金属高得多1）生成氢氧化物2）放出热量碱土金属仅Ba为过氧化物，其它都是普通氧化物碳酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐和氢氧化物分解均为白色2、过氧化物过氧化物制备Li2O2Na2O2易生成超氧化物，难以得到纯净过氧化物BaO2过氧化物性质物理性质：粉末状固体、吸潮性化学性质：性质方程式与水或稀酸反应与二氧化碳反应较强氧化性还原性过氧化物热稳定性碱金属：除Li2O2不稳定外，其它碱金属热稳定性都比较高稳定性：碱金属>碱土金属碱金属过氧化物热稳定性MgO2~BaO2↑3、超氧化物和臭氧化物顺磁性稳定性半径大正离子稳定：K、Rb、Cs、Sr、Ba超氧化物温稳定，Na超氧化物不稳定熔点同族从上到下依次升高反应Na/K/Rb/Cs+O2（过量）→超氧化物强氧化性(可做氧气源)臭氧化物制备：Na/K/Rb/Cs氢氧化物+O3→臭氧化物6KOH+4O3=4KO3+2KOH·H2O+O2稳定性：KO3不稳定12—2氢氧化物1、氢氧化物碱性1）碱金属和碱土金属性质概述性质碱金属碱土金属颜色均为白色均为白色溶解度很大(LiOH除外)较小(Mg(OH)2、Be(OH)2难溶)酸碱性均为碱性碱性（Be(OH)2除外）碱金属其它性质：白色固体、易吸潮、溶于水放出大量热溶解度规律：阴、阳离子半径相差较大离子型化合物在水中溶解度较大，相近溶解度较小，即“相差溶解”规律。2）原因

LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中强强强强强Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2两性中强强强强碱金属和碱土金属氢氧化物碱性金属正离子离电势以MOH为代表，它有两种离解方式：

M—O—H→MO-+H+酸式电离

M—O—H→M++OH-

碱式电离

终究以何种方式电离，或二者兼有：这与M电荷数Z（指离子电荷数）与M离子半径比值相关。

离子势:φ=z/r显然φ越大，离子静电引力强，则M吸引氧原子上电子云能力强.结果：O—H键被减弱，易断裂，以酸式电离为主

φ越小，则R—O键强度越弱，所以以碱式电离为主φ=z/r：离子势判断金属氢氧化物酸碱性经验公式：

用值来判断氢氧化物酸碱性强弱只是一个粗略经验方法，氢氧化物碱性除与离子电荷、半径相关外，还与原子电子层结构等各种原因相关2、氢氧化钠NaOH是碱金属氢氧化物中最主要氢氧化物，也是十分主要基本化工原料，又称烧碱、火碱、苛性钠主要内容1)腐蚀性2)易吸收空气中水汽和酸性气体3)NaOH制备工业上：a、隔膜法b、离子膜法

12—3盐类

12—3—1盐溶解性1、碱金属盐碱金属盐类通常易溶于水,且它们离子都是无色,只有少数碱金属盐是难溶.1）Li盐类Li+半径小,极化能力强,其强酸盐易溶于水,

如LiCl、LiNO3,而其弱酸盐溶解性较差，

如LiOH，Li2CO3、Li3PO4、LiF。

2）其它碱金属难溶盐钠难溶盐：锑酸钠 Na[Sb(OH)6](白色)醋酸铀酰锌钠：{NaAc·Zn(Ac)2·3UO2(Ac)2·9(H2O)}黄绿色钾难溶盐：

高氯酸钾

KClO4

(白色)

酒石酸氢钾KHC4H4O6 (白色)六氯铂酸钾

K4[PtCl6] (淡黄色)

六硝基钴()亚硝酸钠钾

K2Na[Co(NO2)6] (亮黄色)四苯硼酸钾K[B(C6H5)4]

(白色)六氯和锡酸铷Rb2SnCl6

高氯酸铯CsClO4

2、碱土金属盐碱土金属盐都是离子化合物碱土金属盐溶解性盐中阴离子溶解性原因负一价离子（F-)除外较大电荷吸引力较小，晶格能较低，离子键较弱电荷较高高复杂负离子较小复杂离子半径较大，为防止晶体中负离子之间斥力，复杂离子与半径较大正离子结合，增大晶格能盐类溶解盐类溶解包含晶格能破坏和离子水合。所以，离子晶格能和水合倾向大小都是影响溶解度主要原因。离子电荷越高，半径越小，水合时放热越多，越有利于溶解半径大正离子与复杂离子形成盐类，溶解度较小；半径小正离子与半径小负离子形成盐类，溶解度较小12—3—2盐结晶水合与复盐正离子电荷越高，半径越小，形成结晶水合盐类倾向越大。碱金属盐结晶水卤化物普通不带结晶水硝酸盐LiNO3·H2O和LiNO3·3H2O硫酸盐仅Li2SO4·H2O和Na2SO4·10H2O碳酸盐除Li2CO3外其余都带结晶水从阴离子角度看,碱金属强酸盐水合能力小,弱酸盐水合能力较大.性质碱土金属盐类带结晶水趋势更大常见水合盐：MgCl2·6H2O、CaCl2·6H2O、MgSO4·7H2O、CaSO4·2H2O、BaCl2·2H2O吸潮性干燥剂熔化热大做储热材料碱金属和碱土金属形成一系列复盐，形成复盐溶解度普通比单盐小形成复盐类型通式光卤石类MCl·MgCl2·6H2O（M=K+、Rb+、Cs+）矾类(I)M2SO4·MgCl2·6H2O(M=K+、Rb+、Cs+)矾类(II)M(I)2SO4·M(III)(SO4)2·24H2O(M(I)＝Na+、K+、Rb+、Cs+，M(III)＝Al3+、Cr3+、Fe3+等)12—3—3含氧酸盐热稳定性1、硝酸盐热分解硝酸盐分解产物举例碱金属硝酸盐（较低温度）MNO2+O2碱金属硝酸盐（较高温度）M2O+N2+O2锂硝酸盐Li2O+NO2+O2碱土金属硝酸盐MO+NO2+O22、碱金属卤化物制备：氢氧化物/碳酸盐+卤化氢→结晶→卤化物（其卤化物是熔点较高白色晶体）碱金属卤化氢标准生成热卤化物放出热量MF(M:Li—Rb)↓↓MX(M:Li—Rb,X:Cl—I)↑↑碱金属含氧酸盐热稳定性普通比碱土金属热稳定性高原因：正离子电荷越高，半径越小，极化能力越强，其含氧酸盐不稳定，分解温度越低碳酸盐受热分解产物为金属氧化物和二氧化碳12—3—4主要盐类介绍NaCl：俗称食盐，大量存在于海水中，也有其矿物用途：1）以NaCl为原料可生产Na、NaOH、Cl2、Na2CO3和HCl

2）食品加工、石油工业、纺织工业等方面，也作为公路融雪剂1、卤化物MgCl2:俗称卤水用途：1）豆制品加工（可使蛋白质凝固）2）主要化工原料：在有机合成化学中有广泛利用3）做雪融剂（凝固点较低）通常以MgCl2·6H2O形式存在无水CaCl21）制备CaCl2·6H2O在脱水时会发生水解，因而脱水产物中常含有CaO2）用途：CaCl2·6H2O与冰混合可做制冷剂BeCl21）性质：碱土金属氧化物中只有BeX2含有较强共价性，熔沸点低，易升华；2）水合卤化物脱水时会像MgCl2·6H2O一样分解3）无水BeCl2固态时含有链状结构，Be原子轨道为SP3杂化；气态时存在二聚体分子（BeCl2)2，Be原子轨道为SP2杂化2.碳酸盐Na2CO3(最主要碳酸盐)，俗称苏打或纯碱1）用途：主要化工原料，大量用于生产纸张、肥料、洗涤剂盒其它化学试剂等2）制备：氨碱法、联合制碱法优缺点:原料