无机化学_13碱金属和碱土金属

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1、碱金属 碱土金属 The Elements of the Alkali and the Alkaline Earth Metals,学习重点: 氧化物的化学性质 碱土金属氢氧化物的酸碱性变化规律 盐的热稳定性变化规律 对角线规则 学习难点: 盐的热稳定性变化规律 对角线规则,第一节 碱金属和碱土金属的通性,第IA族包括锂、钠、钾、铷、铯和钫六种元素，由于它们的氢氧化物都是易溶于水的强碱，所以称它们为碱金属元素。其中钫是放射性元素。,第IIA族包括铍、镁、钙、锶、钡和镭六种元素，由于钙、锶和钡的氧化物在性质上介于“碱性的”碱金属氧化物和“土性的” 难熔的氧化物Al2O3之间，所以称它们为碱土金属

2、。其中镭是放射性元素。,A,A,Li Na K Rb Cs Fr,Be Mg Ca Sr Ba Ra,表13-1 碱金属元素的一些基本性质,为何电离能 逐渐降低?,从上往下，活泼 性逐渐升高还是 逐渐降低?,电极电势很小， 具有强还原性,表13-2 碱土金属元素的一些基本性质,问题：碱金属和碱土金属的氧化物谁的熔点更高，硬度更大,Na2O和MgO均为离子晶体，后者中阳离子半径更小，电荷更高，因而离子键能更大，熔点高，硬度大。,原子半径增大 金属性、还原性增强 电离能、电负性减小,Li Be Na Mg K Ca Rb Sr Cs Ba,原子半径减小 金属性、还原性减弱 电离能、电负性增大,第二

3、节 碱金属和碱土金属的单质,在自然界中的存在,物理性质,密度小，容易反应。 钾钠保存于煤油中，锂保存于蜡中。 硬度小用小刀可以切割它们。 熔沸点较低随原子量的增大而降低。 导电性强 Cs、Rb用于作光电材料。,碱金属单质,熔点,单质的 化学性质,A族是最活泼的金属元素，其次是A族，同族中单质的化学性质由上到下活泼性增强,切割一小块钠放在水中，可观察到钠浮在水面上与水激烈反应而来回运动着： 2Na+2H2O=2NaOH+H2 钾可在水面上燃烧呈现紫红色火焰。,1、Li反应时由于产物溶解度小而覆盖在金属表面上，使反应缓慢进行。 2、Li熔点较高，升华热也大，难活化。,如果将金属Li 放于水中呢？

4、更剧烈还是温和？,与水反应,思考：将Be、Mg放于水中会发生剧烈化学反应吗？,焰色反应,4LiO22Li2O 6LiN22Li3N 4NaO22Na2O Na2OCO2Na2CO3,碱金属在常温下可 以与空气中的O2、 CO2、水汽等反应,碱土金属一般要加热 才能进行反应。这是 因为它的表面容易生 成氧化膜保护层。, 3CaN2=Ca3N2 3MgN2=Mg3N2,在空气在燃烧时，钠生成过氧化物，钾、铷、铯生成超氧化物,与空气反应,思考：活泼金属应当如何保存？,要避免与空气接触。锂要保存于蜡中，钾、钠、钙等应保存于煤油中。,常温下锂可 与氮气反应,想一想,1、为什么自然界没有游离态的碱金属和碱

5、土金属？它们主要以哪些形式存在？ 2、碱金属有哪些特殊的物理性质？,1、答：因为碱金属和碱土金属是最活泼的金属，它们与空气或水接触时会发生反应，因此它们总是以化合态存在于自然界，主要形式有卤化物，硅酸盐矿，硫酸盐矿和碳酸盐矿。,2、碱金属的特殊物理性质：密度小、硬度小、导电性强、容易形成液态合金。,3、工业上常用电解方法制备的碱金属和碱土金属有哪些？为什么不用电解法制备金属钾。,工业上常用电解的方法制备的碱金属是锂和钠，碱土金属是镁和钙。钾一般不用电解法制备，因为它熔点低，易挥发，生成的K易溶在熔融的KCl中，难于分离，且电解中产生的超氧化物与金属钾会发生爆炸。,4、钠不比钾活泼，但工业上可用

6、钠与氯化钾高温反应制备钾，你知道其中原因吗？,低温时，反应：Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(l)，难进行。 温度为900时，反应：Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g)，钾成为气体挥发，使平衡向右移动，反应得以进行。,氢氧化物,碱金属的氢氧化物对皮肤和纤维有强烈 的腐蚀作用，所以又称为荷性碱。,物理性质,碱金属和碱土金属的氢氧化物均为白色 固体，吸水容易潮解，溶于水时放热。,溶解性 moll-1,LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 5.3 26.4 19.1 17.9 25.8 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 8

7、10-6 510-4 1.810-2 6.710-2 210-1,Be(OH)2+NaOH=NaBe(OH)4 Be(OH)2+2HCl= 2NaCl +2H2O Be(OH)2具有两性，而后者没有，利用此可区别,问题：如何利用 化学方法区别 Be(OH)2与 Mg(OH)2？ (重要),氢氧化物酸碱性判断标准,R吸电子能力与离子势 有关:=Z/r (r以pm 为单位）,LiOH Be(OH)2 NaOH Mg(OH)2 KOH Ca(OH)2 RbOH Sr(OH)2 CsOH Ba(OH)2,ROH,RO + H+ =,= R+ + OH,解离方式与R+的吸电子能力有关,酸性增强,碱 性

8、增 强,酸式离解,碱式离解,LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中强 强 强 强 强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性 中强 强 强 强,你能用有关理论解释为何Be(OH)2具有两性吗？,由此请你比较H2SO4、H4SiO4、H3PO4、HClO4 的酸性强弱并解释其中的原因（重要！）,提示：根据中心原子或离子电荷数的高低来判断， 待断裂键的数目来判断酸式离解程度？,s区元素的单质(除Be、Mg外)均能与氢形成离子型氢化物。,LiH NaH KH RbH CsH NaCl -90.4 -57.3 -57.7 -54.3 -49.3

9、 -441,1.均为白色晶体， 热稳定性差,/ kJmol-1,12.3.1 氢化物,第三节 碱金属和碱土金属的化合物,2.还原性强,钛的冶炼：,剧烈水解：,氧化物,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-,:OO:,2-,:OO:, ,-,O,O,O,-,35,抗磁性,抗磁性,顺磁性,顺磁性,结 构,魔 术 棉花自然,1.形成三类氧化物,稳定性: O2- O2- O22-,正常氧化物(O2-)：,过氧化物(O22-)：,超氧化物(O2-),12.3.2

10、 氧化物,你能判断几种离子的 稳定性强弱吗？,453-473K 4NaO2=2Na2O 573-673K 2Na2OO2=2Na2O2 773-793K 2BaOO2=2BaO2,燃烧 MO2=MO2,臭氧与K、Rb、Cs的氢氧化物反应，可以制得臭氧化物： 6KOH + 4O3 = 4KO3 + 2KOH H2O + O2,过氧化物,超氧化物,臭氧化物,钠在空气中燃烧 可制得黄色的过 氧化钠粉末,氧化钡在氧 气中燃烧可 得白色的过 氧化钡,钾、铷、铯与氧气可生成三种类型氧化物： M2O、 M2O2、MO2。在空气中燃烧时生成超氧化物,用液氨结晶KO3 可得桔红色的 KO3晶体,碱土氧化物,氧化

11、剂,漂白剂,供氧剂,引火剂,碱土金属BeO,MgO具有高的熔点和硬度， 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。,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,3.化学性质,与H2O的作用：,（Li Cs剧烈程度）,（BeO除外）,与CO2的作用：,1.晶体类型： 绝大多数是离子晶体，熔沸点较高,Be2+极化力强， BeCl2已过渡为共价化合物。,离子性增强,重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐,BeCl2

12、 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 熔点/ 415 714 775 874 962,NaCl与MgCl2的沸点谁高谁低？原因？,碳酸盐,Na2CO3,NaHCO3,碳酸钠俗名纯碱，苏打。含水盐容易风化,它水解呈强碱性，常用它代替NaOH用，用于制玻璃、搪瓷、肥皂、造纸、纺织和冶金等方面。,碳酸氢钠俗名叫小苏打，主要用于食品和医药工业。,1) 先用NH3将食盐水饱和,然后通入CO2,使溶解度较小的NaHCO3析出： NH3NaClH2OCO2= NaHCO3NH4Cl,煅烧NaHCO3得Na2CO3: 600K 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O,如何区别碳酸钠和 碳酸氢

13、钠？,CaCO3=CaO+CO2,1098K,CaO+H2O=Ca(OH)2,碳酸钙溶于含CO2的水中: CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 含有 Ca(HCO3)2的水称为硬水,它受热时会生成沉淀: Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O,石灰岩溶洞的形成就是这个道理，岩石中的 碳酸钙被地下水（含有二氧化碳的水）溶解 后再沉淀出来，就形成了钟乳石和石笋。,硫酸钡,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： BaSO44C=BaS4CO BaS2HClBaCl2H2S BaSCO2H2OBaCO3H2S,硫酸镁,MgSO47H2O是

14、无色晶体，易溶于水，俗称泻盐， 用于作食物中毒导泻剂。,硫酸钡是唯一无毒的钡盐,能强烈阻止X 射线，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。BaSO4与ZnSO4的混合物叫作立德粉，或叫锌钡白，是白漆的原料。,BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 T分 / 100 540 900 1290 1360,总结：稳定性 M2CO3 MCO3,实质上，碳酸盐的热稳定性取决于金属离子的极化能力,碳酸盐的热稳定性,总结：碱土金属碳酸盐的稳定性随金属离子半径的增大而增强,MgCO3 CaCO3较容易受热分解，而N

15、a2CO3和K2CO3受热较难分解,你能总结出热稳定性 的影响因素吗？,Be2+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+, MCO3(s) MO(s) +CO2,愈 来 愈 难 分 解,问题1：酸式盐与正盐（NaHCO3和Na2CO3）谁的热稳定性差？,问题2：碱金属中Li2CO3、碱土金属中Be2CO3的热稳定性 特别低，原因是什么？,问题3：请你想出两种化学方法鉴别Be(OH)2和Mg(OH)2,硝酸盐的 热稳定性,由于碱金属的原子半径在同周期元素中最大,离子的极化能力最弱,因此碱金属盐是最稳定的盐。只有锂的盐稳定性较差。碱土金属盐的稳定性比碱金属盐差。,硝酸盐的分解： 4LiNO3=2Li2O+4NO2+O2 2M(NO3)2=2MO+4NO2 +O2 (M=碱土离子) 2NaNO3=2NaNO2+O2 (K、Rb、Cs的盐分解类似),请你对于上述热分解反应的产物给予解释,A 族的Li与A族的Mg， A族的Be与A族的Al， A 族的B与A族的Si，这三对元素在周期表中处于对角线位置：,