无机化学第10章.ppt

第十章 碱金属和 碱土金属元素,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,无 机 化 学,崔建中 鲁凡丽 田昀 编制,高等教育出版社 出版,第八章 配位化合物,无机化学电子教案 无机化学电子教案 无机化学电子教案,第,10,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,A,0,1,1,H,A,A,A,A,A,A,2,He,2,3,Li,4,Be,5,B,6,C,7,N,8,O,9,F,10,Ne,3,11,Na,12,Mg,B,B,B,B,B,B,B,13,Al,14,Si,15,P,16,S,17,Cl,18,Ar,4,19,K,20,Ca,21,Sc,22,Ti,23,V,24,Cr,25,Mn,26,Fe,27,Co,28,Ni,29,Cu,30,Zn,31,Ga,32,Ge,33,As,34,Se,35,Br,36,Kr,5,37,Rb,38,Sr,39,Y,40,Zr,41,Ne,42,Mo,43,Tc,44,Re,45,Rh,46,Pd,47,Ag,48,Cd,49,In,50,Sn,51,Sb,52,Te,53,I,54,Xe,6,55,Cs,56,Ba,57-71,La,72,Hf,73,Ta,74,W,75,Re,76,Os,77,Ir,78,Pt,79,Au,80,Hg,81,Tl,82,Pb,83,Bi,84,Po,85,At,86,Rn,7,87,Fr,88,Ra,89-103,Ac,104,Rf,105,Db,106,Sg,107,Bh,108,Hs,109,Mt,110,Uun,111,Uuu,112,Uub,A,、,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,A,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr,锂,钠,钾,铷,铯,钫,A,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,铍,镁,钙,锶,钡,镭,碱金属和碱土金属的存在,最重要的矿石是锂辉石（,LiAlSi,2,O,6,),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,(KClMgCl,2,6H2O),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,A,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr,锂,钠,钾,铷,铯,钫,A,Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,铍,镁,钙,锶,钡,镭,主要矿物是绿柱石（,3BeOAl,2,O,3,6SiO,2,),主要以菱镁石（,MgCO,3,),、白云石,MgCa(CO,3,),2,存在,主要以方解石,(CaCO,3,),、石膏,CaSO,4,2H,2,O),、,天青石,(SrSO,4,),、碳酸锶矿,(SrCO,3,),、,重晶石,(BaSO,4,),、毒重石,(BaCO,3,),等碳酸盐、硫酸盐形式存在,10.2,碱金属和碱土金属的性质,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 +2,E,(M,+,/M)-3.04 -2.713 -2.924 (-2.98)(-3.026),(,V,),E,(M,2+,/M)-1.99 -2.356 -2.84 -2.89 -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,+,、,Be,2+,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,E,(Li,+,/Li),可用焓变粗略估计,M(s)+H,+,(aq),M,+,(aq)+H,2,(g),1,2,r,G,m,=-zF,=-zF,E,(H,+,/H,2,)-,E,(Li,+,/Li),=,zF,E,(Li,+,/Li),E,对碱金属若不考虑,r,S,m,的影响可用,r,H,m,代替,r,G,m,1,2,r,H,m,=,sub,H,m,+,I,1,(M)+,h,H,m,(M,+,),+-,h,H,m,(H,+,)-,D,(H-H),-I,1,(H),r,H,m,的计算,M(s)+H,+,(aq)H,2,(g)+M,+,(aq),r,H,m,-,h,H,m,(H,+,),H,+,(g)+e,-,H(g),-I,1,(H),-,D,(H-H),M(g)M,+,(g)+e,-,I,1,(M),1,2,sub,H,m,h,H,m,(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,r,H,m,1,2,碱金属转变为水合离子过程的有关数据,由上可看出，虽然,sub,H,m,(Li),和,I,1,(Li),较大，但,h,H,m,(Li,+,),较小，即,Li,+,水合过程放出的能量特别大，而导致,r,H,m,(Li),最小，,r,G,m,最小，故,E,(Li,+,/Li),最小。,-246,-241,-250,-241,-275,r,H,m,/,(kJmol,-1,),-264,-293,-322,-409,-519,h,H,m,(M,+,),/,(kJmol,-1,),376,403,419,496,520,I,1,(M),/,(kJmol,-1,),78.8,85.8,90,108.7,161,sub,H,m,(M),/,(kJmol,-1,),Cs,Rb,K,Na,Li,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)NH,3,M,+,(NH,3,),x,+e,-,(NH,3,),y,碱土金属,M(s)+(x+2y)NH,3,M,2+,(NH,3,),x,+2e,-,(NH,3,),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,H,2,2M+H,2,2MH,M+H,2,MH,2,碱金属,Ca,、,Sr,、,Ba,Mg,H,2,O,2M+2H,2,O,2MOH+H,2,M+2H,2,O,M(OH),2,+H,2,M+H,2,O(g),MO+H,2,碱金属,碱土金属,卤素,2M+X,2,2MX,M+X,2,MX,2,Li,Mg,、,Ca,、,Sr,、,Ba,N,2,6Li+N,2,2Li,3,N,3M+N,2,M,3,N,2,10.2,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,Mg,、,Ca,、,Sr,、,Ba,S,2M+S,M,2,S,M+S,MS,Li,Na,K,、,Rb,、,Cs,碱土金属,Ca,、,Sr,、,Ba,O,2,4Li+O,2,2Li,2,O,2Na+O,2,Na,2,O,2,M+O,2,MO,2,2M+O,2,2MO,M+O,2,MO,2,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%CaCl,2,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,碱土金属的制备,一般采用电解熔融盐的方法,铍,1.350-400,下电解,NaCl,和,BeCl,2,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(MgOCaO)+FeSi,2Mg+Ca,2,SiO,4,+Fe,镁,一般采用电解熔融盐的方法,700-800,下，,电解,CaCl,2,和,KCl,的混合物,2.,铝热法：,钙,6CaO+2Al 3Ca+3CaOAl,2,O,3,铝热法或硅还原法,锶、钡,碱土金属的制备,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+H,2,2MH(M,代表碱金属,)M+H,2,MH,2,(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,易与水反应而产生氢气,LiH+H,2,O LiOH+H,2,CaH,2,+2H,2,O Ca(OH),2,+2H,2,强还原性,TiCl,4,+4NaH Ti+4NaCl+2H,2,受热时可以分解为氢气和游离金属,2MH 2M+H,2,MH,2,M+H,2,10.3,氢化物,性质,可形成复合氢化物,4LiH+AlCl,3,LiA1H,4,+4H,2,O LiOH+Al(OH),3,+4H,2,LiAlH,4,+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,-1,O,2,Na,2,O,2,、,CaO,2,超氧化物,-1/2,O,2,KO,2,臭氧化物,-1/3,O,3,KO,3,低氧化物,Cs,7,O,正常氧化物,-2,O,Na,2,O,、,CaO,2,-,-,-,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,、,Ba,A,、,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,10.4.1,正常氧化物,Li,2,O,Na,2,O,K,2,O,Rb,2,O,Cs,2,O,颜色,白色,白色,淡黄色,亮黄色,橙红色,熔点,/,1700,1275,350,(,分解,),400,(,分解,),400,(,分解,),BeO,MgO,CaO,SrO,BaO,熔点,/,2530,2852,2614,2430,1918,硬度,(,金刚石,=10),9,5.6,4.5,3.5,3.3,M-O,核间距,/pm,165,210,240,257,277,由于阴、阳离子带两个单位电荷，,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(CrO,2,),2,+7Na,2,O,2,4Na,2,CrO,4,+Fe,2,O,3,+3Na,2,O,2.,室温下，与水或稀酸反应生成,H,2,O,2,例,Na,2,O,2,+2H,2,O,2NaOH+H,2,O,2,Na,2,O,2,+H,2,SO,4,Na,2,SO,4,+H,2,O,2,2KO,2,+2H,2,O,2KOH+H,2,O,2,+O,2,2KO,2,+H,2,SO,4,K,2,SO,4,+H,2,O,2,+O,2,2H,2,O,2,2H,2,O+O,2,10.4.2,过氧化物和超氧化物,3.,与,CO,2,反应放出,O,2,例,2Na,2,O,2,+2CO,2,2Na,2,CO,3,+O,2,4KO,2,+2CO,2,2K,2,CO,3,+3O,2,10.4.2,过氧化物和超氧化物,Na,2,O,2,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,O,2,4MO,3,+2H,2,O,4MOH+5O,2,室温下，缓慢分解为,MO,2,和,O,2,MO,3,MO,2,+O,2,1,2,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,CO,2,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,),*,LiOH,NaOH,KOH,RbOH,CsOH,中强碱,强碱,强碱,强碱,强碱,Be(OH),2,Mg(OH),2,Ca(OH),2,Sr(OH),2,Ba(OH),2,两性,中强碱,强碱,强碱,强碱,与酸反应,Be(OH),2,+2H,+,Be,2+,+2H,2,O,与碱反应,Be(OH),2,+2OH,-,Be(OH),4,2-,氢氧化物酸碱性递变规律：,R,-,O,-,H,规则,氧化物水合物通式,R(OH),n,RO,-,+H,+,R O H,R,+,+OH,-,酸式解离,碱式解离,R O H,在水中解离方式,R O H,解离方式取决于,R,n+,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-H,规则,值,0.32,R-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,0.51,27,HClO,4,Cl,强酸,0.45,29,H,2,SO,4,S,中强酸,0.36,38,H,3,PO,4,P,弱酸,0.32,40,H,2,SiO,3,Si,两性,0.24,535,Al(OH),3,Al,中强碱,0.17,72,Mg(OH),2,Mg,强碱,0.1,102,NaOH,Na,酸碱性,R,n+,半径,/(pm),氧化物水合物,元素,值,氢氧化物酸碱性递变规律,R-O-H,规则,值,0.32,R-O-H,酸碱性,碱性,两性,酸性,强碱,0.12,136,Ba,强碱,0.13,118,Sr,强碱,0.14,100,Ca,中强碱,0.17,72,Mg,两性,0.27,27,Be(OH),2,Be,酸碱性,值,R,2+,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),2,Ca(OH),2,Sr(OH),2,Ba(OH),2,10.5.2,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 卤化物,、,硝酸盐,、,碳酸盐,、,硫酸盐等为无色,BaCrO,4,为黄色、,KMnO,4,为紫色,铍与易变形的阴离子的化合物为,共价,化合物,因为,Be,2+,半径小，电荷较多，极化力较强。,如,BeCl,2,是共价化合物：,熔点低、易升华、能溶于有机溶剂中。,10.6,盐类的性质,一般来说，碱金属和碱土金属盐具有,较高的热稳定性,一般来说，碱金属盐,易溶于水,；,碱土金属：铍盐,大多数易溶,，,镁盐,部分易溶,，,钙、锶、钡盐,多为难溶,铍盐和可溶性钡盐,有毒,但硝酸盐热稳定性较差,如,4LiNO,3,2Li,2,O+4NO,2,+O,2,2NaNO,3,2NaNO,2,+O,2,830,650,K,+,、,Na,+,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,Ba,2+,的鉴定,离子,鉴定试剂,鉴 定 反 应,Na,+,KH,2,SbO,4,Na,+,+H,2,SbO,4,NaH,2,SbO,4,(,白色,),K,+,Na,3,Co(NO,2,),6,2K,+,+Na,+,+Co(NO,2,),6,3-,K,2,NaCo(NO,2,),6,(,亮黄）,Mg,2+,镁试剂,Mg,2+,+,镁试剂 天蓝色,Ca,2+,(NH,4,),2,C,2,O,4,Ca,2+,+C,2,O,4,CaC,2,O,4,(,白色,),Ba,2+,K,2,CrO,4,Ba,2+,+CrO,4,BaCrO,4,(,黄色,),-,中性或弱碱性,中性或弱酸性,碱性,2-,2-,第十章 碱金属和 碱土金属元素,第七节,配合物,10.7,配合物,碱金属离子,(Na,+,、,K,+,、,Rb,+,、,Cs,+,),因其电荷少，半径大，形成配合物的倾向小；唯有与配位能力较强的螯合剂作用，能形成螯合物或大环配合物,与水杨醛反应,10.7,配合物,与冠醚反应,10.7,配合物,与多齿配体反应,本章内容,讲授完毕！,本章作业：,P280-281,：,1-7,