碱金属和碱土金属的通性与制备要点PPT课件

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1、无机化学无机化学（）（Inorganic chemistry Inorganic chemistry ）主讲主讲 李海涛李海涛TelTel： 15096789659 E-mail: 15096789659 E-mail: 玉溪师范学院调研员、教学指导委员会委员玉溪师范学院调研员、教学指导委员会委员玉溪市教育学会常务理事玉溪市教育学会常务理事玉溪市中学化学教学研究会理事长玉溪市中学化学教学研究会理事长玉溪市轻化工协会副理事长玉溪市轻化工协会副理事长 化学是研究物质化学运动的科学，是自然科学的重要组成部分。化学是研究物质化学运动的科学，是自然科学的重要组成部分。无机化学是研究元素及其化合物（除碳

2、氢化合物及其衍生物外）化学无机化学是研究元素及其化合物（除碳氢化合物及其衍生物外）化学运动的一门基础应用学科，是化学科学的一个重要分支。运动的一门基础应用学科，是化学科学的一个重要分支。 无机化学基础课程是化学专业（含师范类）及应用化学专业的一无机化学基础课程是化学专业（含师范类）及应用化学专业的一门专业基础必修学位课程。门专业基础必修学位课程。 根据玉溪师范学院化学及应用化学本科专业的课程设置及教学安根据玉溪师范学院化学及应用化学本科专业的课程设置及教学安排，无机化学排，无机化学()()课程是无机化学课程是无机化学课程的延续，是在无机化学课程的延续，是在无机化学()()课程介绍了有关化学原理

3、及部分元素化合物的基础上，进一步介绍元课程介绍了有关化学原理及部分元素化合物的基础上，进一步介绍元素化合物及有关知识。素化合物及有关知识。一、课程简介一、课程简介序言序言无机化学无机化学()()已介绍已介绍二、教学安排二、教学安排H HeH HeLi Be B C N O F NeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArNa Mg Al Si P S Cl ArK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se B

4、r Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Rb Sr Y Zr Nb Mo TcTc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I XeCs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po Cs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At RnAt RnFr Ra Ac-Lr Fr Ra Ac-Lr A 0A 0 A A A A A A A A A A A A元素周期表元素周期表B B B B B B BB B B

5、B B B B第一章第一章 碱金属碱金属 碱土金属碱土金属第二章第二章 硼族元素硼族元素第三章第三章 碳族元素碳族元素第四章第四章 氮族元素氮族元素第七章第七章 铁系元素与铂系元素铁系元素与铂系元素 第五章第五章 铜族元素与锌族元素铜族元素与锌族元素 第六章第六章 配位化学基本原理配位化学基本原理 第八章第八章 钛、钒、铬、锰分族钛、钒、铬、锰分族 第九章第九章 镧系、锕系元素镧系、锕系元素 第十章第十章 核化学简介核化学简介* * 第一章第一章 碱金属碱金属 碱土金属碱土金属碱土金属碱土金属(alkaline-earth metals)(alkaline-earth metals)碱金属碱金

6、属(Alkali metals)(Alkali metals) 因锂、钠、钾、铷、铯的氢氧化物是溶于水呈强碱性，习惯上将因锂、钠、钾、铷、铯的氢氧化物是溶于水呈强碱性，习惯上将它们称之为碱金属。它们称之为碱金属。 因钙、锶、钡的氧化物在性质上介于因钙、锶、钡的氧化物在性质上介于“碱性碱性”和和“土性土性”，习惯习惯上将它们称之为碱土金属。上将它们称之为碱土金属。H HeH HeLi Be B C N O F NeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArNa Mg Al Si P S Cl ArK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Z

7、n Ga Ge As Se Br Kr K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Rb Sr Y Zr Nb Mo TcTc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I XeCs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po Cs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At RnAt RnFr Ra Ac-Lr Fr R

8、a Ac-Lr A 0A 0 A A A A A A A A A A A A元素周期表元素周期表B B B B B B BB B B B B B B（The alkali metals and the alkaline-earth metalsThe alkali metals and the alkaline-earth metals）第一节第一节 碱金属和碱土金属的通性与制备碱金属和碱土金属的通性与制备第二节第二节 碱金属和碱土金属的氧化物与氢氧化物碱金属和碱土金属的氧化物与氢氧化物第三节第三节 碱金属和碱土金属的碱金属和碱土金属的氢化物与氢化物与盐类盐类第一章第一章 碱金属碱金属 碱土金

9、属碱土金属第一节第一节 碱金属和碱土金属的通性与制备碱金属和碱土金属的通性与制备一、碱金属的基本性质一、碱金属的基本性质二、碱土金属的基本性质二、碱土金属的基本性质三、碱金属与碱土金属元素性质的比较三、碱金属与碱土金属元素性质的比较四、碱金属与碱土金属单质的制备方法四、碱金属与碱土金属单质的制备方法原子半径、离子半径随相对原子质量的增大而增大原子半径、离子半径随相对原子质量的增大而增大 可以预测，因原子半径的增大，必然导致核对核外电子的引力减弱，使得碱可以预测，因原子半径的增大，必然导致核对核外电子的引力减弱，使得碱金属元素随相对原子质量的增大金属性增强。金属元素随相对原子质量的增大金属性增强

10、。最外层电子构型为最外层电子构型为nsns1 1 可以预测碱金属元素的氧化数为可以预测碱金属元素的氧化数为 + 1 + 1。( (因第二电离能很大，不要期望有其因第二电离能很大，不要期望有其它氧化态它氧化态) )一、碱金属元素的基本性质一、碱金属元素的基本性质1.1.原子结构原子结构符号符号 结构结构 r r金属金属/pm/pm-1-1 r r离子离子/pm/pm-1-1 Li He 2sLi He 2s1 1 152 68 152 68 Na Ne 3s Na Ne 3s1 1 154 97 154 97 K Ar 4s K Ar 4s1 1 227 133 227 133 Rb Kr 5s

11、 Rb Kr 5s1 1 248 147 248 147 Cs Xe 6s Cs Xe 6s1 1 265 167 265 167增增大大增增大大 原子的第一电离能原子的第一电离能EEelel 较小，说明该元素原子易失去较小，说明该元素原子易失去 1 1个电子个电子形成氧化数为形成氧化数为+1+1的氧化态；的氧化态； 因电负性、标准电极电势小，说明该族元素的得电子能力相对较因电负性、标准电极电势小，说明该族元素的得电子能力相对较弱。或者说，金属性强。弱。或者说，金属性强。 在碱金属中，为什么会出现在碱金属中，为什么会出现LiLi的标准电极电势最小这一的标准电极电势最小这一“反常反常”现现象？象

12、？2.2.电离能、电负性、标准电极电势电离能、电负性、标准电极电势符号符号 E Eelel/kJ/kJ-1-1mol mol 电负性电负性 标准电极电势标准电极电势/V/V-1-1 Li 521 0.98 - 3.040 Li 521 0.98 - 3.040 Na 499 0.93 - 2.714 Na 499 0.93 - 2.714 K 421 0.82 - 2.936 K 421 0.82 - 2.936 Rb 405 0.82 - 2.943 Rb 405 0.82 - 2.943 Cs 371 0.79 - 3.027 Cs 371 0.79 - 3.027 减减小小减减小小减减小

13、小为什么金属为什么金属 Li Li 的标准电极电势最小？的标准电极电势最小？资料卡片资料卡片 金属的电极过程是一个十分复杂的过程，它不仅决定于金属升华、电离等过金属的电极过程是一个十分复杂的过程，它不仅决定于金属升华、电离等过程所需的能量，而且还决定于气体离子水合过程所放出的能量。程所需的能量，而且还决定于气体离子水合过程所放出的能量。LiLi+ +(aq) + e Li(s)(aq) + e Li(s)即：即：P = S + I - HP = S + I - HLi(s) LiLi(s) Li+ +(aq) + e(aq) + eP P( (电极过程所需能量电极过程所需能量) )Li(g)

14、LiLi(g) Li+ +(g) + e(g) + eS S( (升华热升华热) )I I( (电离势电离势) )- H- H( (水合热水合热) ) 由于由于LiLi+ + 离子的水合热特别大，使得整个电极过程所需的能量变得最小，导致离子的水合热特别大，使得整个电极过程所需的能量变得最小，导致了了LiLi的标准电极电势值最小（绝对值最大）。的标准电极电势值最小（绝对值最大）。 S/kJS/kJ-1-1mol I/kJmol I/kJ-1-1mol H/kJmol H/kJ-1-1molmol P/kJP/kJ-1-1molmolLi 161 520 - 515Li 161 520 - 515

15、 166166Cs 78 376 - 264Cs 78 376 - 264 190190问题讨论：问题讨论： 1. 1.为什么在碱金属中，为什么在碱金属中，LiLi的导电性和导热性相对较差？的导电性和导热性相对较差？ 2. 2.为什么金属钠的硬度比金属钾的小？为什么金属钠的硬度比金属钾的小？ 导电性、导热性和硬度一般导电性、导热性和硬度一般随相对原子质量的增大而减小；密度一般随相对随相对原子质量的增大而减小；密度一般随相对原子质量的增大而增大；熔点和沸点随相对原子质量的增大而降低。原子质量的增大而增大；熔点和沸点随相对原子质量的增大而降低。3.3.物理性质物理性质符号符号 R/ R/-1-1c

16、m cm /J/J-1-1C Ccmcms s 莫氏硬度莫氏硬度 s s/g/g-1-1cmcm3 3 T Tf f/-1-1 T Tb b/-1-1 Li 8.6 Li 8.6 0.711 0.6 0.535 180.5 1326 0.711 0.6 0.535 180.5 1326 Na 4.4 1.55 0.4 0.971 97.8 883 Na 4.4 1.55 0.4 0.971 97.8 883 K 6.6 0.961 0.5 0.862 63.7 756 K 6.6 0.961 0.5 0.862 63.7 756 Rb 12.5 0.3 1.532 38.9 688 Rb 12

17、.5 0.3 1.532 38.9 688 Cs 19 0.2 1.90 28.59 690 Cs 19 0.2 1.90 28.59 690导导热热系系数数减减小小电电阻阻增增大大硬硬度度减减小小密密度度增增大大降降低低降降低低1.1.为什么在碱金属中，为什么在碱金属中，LiLi的导电性和导热性相对较差？的导电性和导热性相对较差？资料卡片资料卡片 金属的导电性与其价电子的排布方式有关，而价电子的排布方式又与原子金属的导电性与其价电子的排布方式有关，而价电子的排布方式又与原子结构有关。结构有关。 在金属在金属 Li Li中，由于其原子半径较小，使得价电子中，由于其原子半径较小，使得价电子(2s

18、(2s1 1) )受原子核的引力相受原子核的引力相对较大，有形成共价的趋向，进而限制了其价电子的排布方式，使得其导电性对较大，有形成共价的趋向，进而限制了其价电子的排布方式，使得其导电性相对较差。相对较差。2.2.为什么为什么金属钠的硬度比金属钾的小金属钠的硬度比金属钾的小？ 金属晶体的硬度不仅与价电子数有关，并且还与其晶体结构及密度有关。金属晶体的硬度不仅与价电子数有关，并且还与其晶体结构及密度有关。 由于金属钠的密度比金属钾的密度大，使得金属钠的硬度小于金属钾。由于金属钠的密度比金属钾的密度大，使得金属钠的硬度小于金属钾。Na 3sNa 3s1 1 A A2 2型堆积型堆积( (立方立方I

19、) 0.971I) 0.971K 4sK 4s1 1 A A2 2型堆积型堆积( (立方立方I) 0.862I) 0.862元素元素 价电子价电子 晶体结构晶体结构 密度密度/g/g-1-1cmcm3 3二、碱土金属元素的基本性质二、碱土金属元素的基本性质1.1.原子结构原子结构符号符号 结构结构 r r金属金属/pm/pm-1-1 r rM M2+2+/pm/pm-1-1 Be He 2sBe He 2s2 2 111.3 35 111.3 35Mg Ne 3sMg Ne 3s2 2 160 66 160 66Ca Ar 4sCa Ar 4s2 2 197.3 99 197.3 99Sr K

20、r 5sSr Kr 5s2 2 215.1 112 215.1 112 Ba Xe 6sBa Xe 6s2 2 217.3 134 217.3 134增增大大增增大大 最外层电子构型为最外层电子构型为nsns2 2( (元素的主要氧化数为元素的主要氧化数为+2)+2)； 原子半径、离子原子半径、离子半径半径随相对原子质量的增大而增大随相对原子质量的增大而增大。 原子半径的增大必然导致核对核外电子的引力减弱原子半径的增大必然导致核对核外电子的引力减弱。此结论预示。此结论预示碱土金属元素随相对原子质量的增大，其金属性增强。碱土金属元素随相对原子质量的增大，其金属性增强。 碱土金属元素的第二电离能、

21、电负性、标准电极电势随相对原子碱土金属元素的第二电离能、电负性、标准电极电势随相对原子质量的增大而减小；质量的增大而减小； 因因碱土金属元素的碱土金属元素的电负性、标准电极电势均较小，说明该族元素电负性、标准电极电势均较小，说明该族元素的得电子能力相对较弱。或者说，金属性强。的得电子能力相对较弱。或者说，金属性强。2.2.电离能、电负性、标准电极电势电离能、电负性、标准电极电势符号符号 E Eelel/kJ/kJ-1-1mol mol 电负性电负性 标准电极电势标准电极电势/V/V-1-1 Be 1768 1.57 - 1.85 Be 1768 1.57 - 1.85 Mg 1460 1.31

22、 - 2.375 Mg 1460 1.31 - 2.375 Ca 1152 1.00 - 2.76 Ca 1152 1.00 - 2.76 Sr 1070 0.95 - 2.86 Sr 1070 0.95 - 2.86 Ba 971 0.89 - 2.90 Ba 971 0.89 - 2.90 减减小小减减小小减减小小 导电性、硬度一般导电性、硬度一般随相对原子质量的增大而减小；密度一般随相对原子质量随相对原子质量的增大而减小；密度一般随相对原子质量的增大而增大；熔点一般随相对原子质量的增大而降低。的增大而增大；熔点一般随相对原子质量的增大而降低。3.3.物理性质物理性质符号符号 R/ R/-

23、1-1cm cm 莫氏硬度莫氏硬度 s s/g/g-1-1cmcm3 3 T Tf f/-1-1 T Tb b/-1-1 Be 12 Be 12 4 1.848 1278 2970 4 1.848 1278 2970 Mg 4.4 2.5 1.738 651 1090 Mg 4.4 2.5 1.738 651 1090 Ca 4.5 2 1.55 843 1484 Ca 4.5 2 1.55 843 1484 Sr 24.8 1.8 2.54 769 1384 Sr 24.8 1.8 2.54 769 1384 Ba 60 3.5 725 1640 Ba 60 3.5 725 1640电电阻阻

24、增增大大硬硬度度减减小小密密度度增增大大熔熔点点降降低低问题讨论：问题讨论： 1. 1.为什么在碱土金属中，为什么在碱土金属中，BeBe的导电性相对较差？的导电性相对较差？ 2. 2.为什么金属镁的熔点比金属钙低？为什么金属镁的熔点比金属钙低？ 3. 3.为什么为什么BeBe和和MgMg的密度比的密度比CaCa的大？的大？三、碱金属与碱土金属元素性质的比较三、碱金属与碱土金属元素性质的比较符号符号 结构结构 电负性电负性 符号符号 结构结构 电负性电负性 Li He 1s Li He 1s1 1 0.98 Be He 2s 0.98 Be He 2s2 2 1.571.57 Na Ne 1s

25、Na Ne 1s1 1 0.93 Mg Ne 3s 0.93 Mg Ne 3s2 2 1.311.31 K Ar 1s K Ar 1s1 1 0.82 Ca Ar 4s 0.82 Ca Ar 4s2 2 1.001.00 Rb Kr 1s Rb Kr 1s1 1 0.82 Sr Kr 5s 0.82 Sr Kr 5s2 2 0.950.95 Cs Xe 1s Cs Xe 1s1 1 0.79 Ba Xe 6s 0.79 Ba Xe 6s2 2 0.890.89半径、电负性、半径、电负性、E Eelel 减小，金属性增强减小，金属性增强半半径径增增大大金属性增强金属性增强电电负负性性E Eele

26、l减减小小 元素的化学性质主要取决于原子最外层元素的化学性质主要取决于原子最外层( (价电子价电子) )电子数及电子层数。电子数及电子层数。 元素的性质除了与原子结构有关外，还与其原子构成物质元素的性质除了与原子结构有关外，还与其原子构成物质( (晶体或分子晶体或分子) )的结构有关。的结构有关。例如，碱金属、碱土金属与水的反应：例如，碱金属、碱土金属与水的反应：2K + 2H2K + 2H2 2O 2KOH + HO 2KOH + H2 2 ( (反应激烈、发生燃烧反应激烈、发生燃烧) )2Na + 2H2Na + 2H2 2O 2NaOH + HO 2NaOH + H2 2 ( (反应激烈

27、、钠熔化反应激烈、钠熔化) )Mg + 2HMg + 2H2 2O Mg(OH)O Mg(OH)2 2 + H + H2 2 ( (冷水反应较慢、热水反应加快冷水反应较慢、热水反应加快) ) 铷、铯与水反应非常激烈，会发生爆炸；由于因锂熔点较高，锂铷、铯与水反应非常激烈，会发生爆炸；由于因锂熔点较高，锂与水反应不会熔化。与水反应不会熔化。又如，碱金属、碱土金属与氧的反应：又如，碱金属、碱土金属与氧的反应：4Li + O4Li + O2 2 2Li 2Li2 2O O ( (反应缓慢反应缓慢) )4Na + O4Na + O2 2 2Na 2Na2 2O O ( (反应激烈、微加热燃烧生成反应激

28、烈、微加热燃烧生成NaNa2 2O O2 2) )2Mg + O2Mg + O2 2 2MgO 2MgO ( (反应缓慢反应缓慢) ) 铷、铯在室温下，遇空气立即燃烧，并生成相应的过氧化物铷、铯在室温下，遇空气立即燃烧，并生成相应的过氧化物(M(M2 2O O2 2) )和超氧化物和超氧化物(MO(MO2 2) )。室温室温室温室温室温室温练习与讨论练习与讨论1-1 1-1 在碱土金属中，为什么在碱土金属中，为什么 Be Be 的导电性相对较差？的导电性相对较差？1-2 1-2 为什么碱金属、碱土金属的电负性皆为什么碱金属、碱土金属的电负性皆随相对原子质量的随相对原子质量的增大而减小增大而减小

29、？1-3 1-3 金属钠与金属钙的金属性，其强弱如何？金属钠与金属钙的金属性，其强弱如何？四、碱金属和碱土金属单质的制备方法四、碱金属和碱土金属单质的制备方法碱金属碱金属 碱金属元素中的钠元素与钾元素在地壳中分布很广，其丰度分别为碱金属元素中的钠元素与钾元素在地壳中分布很广，其丰度分别为2.62.6、2.42.4；锂、铷、铯在自然界中的储量较少且分散，被列为希有；锂、铷、铯在自然界中的储量较少且分散，被列为希有金属。金属。1.1.碱金属与碱土金属的存在碱金属与碱土金属的存在 由于碱金属与碱土金属的化学性质很活泼，所以在自然界中是以化由于碱金属与碱土金属的化学性质很活泼，所以在自然界中是以化合态

30、的形式存在。合态的形式存在。钠的主要矿物钠的主要矿物 钠的矿物种类较多，如：石盐矿（岩盐）、钠长石、方钠石、钠硝钠的矿物种类较多，如：石盐矿（岩盐）、钠长石、方钠石、钠硝石、芒硝等。石、芒硝等。NaClNaCl晶体晶体【氯化钠】【氯化钠】 氯化钠立方晶系，主要存在海水中，是钠元素氯化钠立方晶系，主要存在海水中，是钠元素的主要存在方式。的主要存在方式。 云南省主要是石盐矿云南省主要是石盐矿( (也称岩盐或矿盐也称岩盐或矿盐) )的形式的形式存在。存在。NaClNaCl晶胞晶胞c ca ab b = = = = = 90= 90a = b = ca = b = cababbcbcacac 钠长石钠

31、长石Na(AlSiNa(AlSi3 3O O8 8)属于单斜晶系，通常含少量的属于单斜晶系，通常含少量的钙长石钙长石Ca(AlCa(Al2 2SiSi2 2O O8 8)()(低于低于10%)10%)，常有玻璃光泽。钠长石，常有玻璃光泽。钠长石广泛分布于各种火层岩岩石中。广泛分布于各种火层岩岩石中。【钠长石】【钠长石】 火层岩又称为火层岩又称为“岩浆岩岩浆岩”。是地壳深处或来自上地幔。是地壳深处或来自上地幔的熔融岩浆，受到某些地质构造作用影响，侵入到地壳中的熔融岩浆，受到某些地质构造作用影响，侵入到地壳中或上升到地表形成的岩石。或上升到地表形成的岩石。c ca ab b单斜晶格单斜晶格 = =

32、 90 = = 90 90 90a b ca b c钠长石钠长石钾的主要矿物钾的主要矿物 钾长石钾长石K(AlSiK(AlSi3 3O O8 8 )又称为正长石又称为正长石属于单属于单斜晶系，通常为肉红色。其无色透明的低温亚斜晶系，通常为肉红色。其无色透明的低温亚种称为种称为冰长石，高温亚种称为透长石。冰长石，高温亚种称为透长石。 钾长石广泛分布于酸性火层岩岩石及风化钾长石广泛分布于酸性火层岩岩石及风化后变成的高岭石中。后变成的高岭石中。【钾长石】【钾长石】 钾的主要矿物有钾长石（钾的主要矿物有钾长石（正长石正长石）、）、光卤光卤石、硝石（钾硝石）等。石、硝石（钾硝石）等。 钾长石或钠钾长石或

33、钠长石主要用于陶瓷工业和玻璃工业。长石主要用于陶瓷工业和玻璃工业。 光卤石光卤石KClMgClKClMgCl2 26H6H2 2OO又称为又称为“砂金卤石砂金卤石”，属正交晶系，通，属正交晶系，通常为乳白色。常为乳白色。 光卤石主要分布于富含镁和钾的盐湖中，沉积盐层内。光卤石主要分布于富含镁和钾的盐湖中，沉积盐层内。 光卤石可通过光卤石可通过“溶解溶解”、“结晶结晶”等简单加工步骤即可将氯化钾与等简单加工步骤即可将氯化钾与氯化镁分离。氯化镁分离。【光卤石】【光卤石】光卤石光卤石祖母绿祖母绿碱土金属碱土金属 碱土金属除镭外在自然界中的分布也很广。其中，钙、锶、钡主碱土金属除镭外在自然界中的分布也

34、很广。其中，钙、锶、钡主要以难溶的碳酸盐或硫酸盐等形式存在；铍最重要的矿物是绿柱石。要以难溶的碳酸盐或硫酸盐等形式存在；铍最重要的矿物是绿柱石。 绿柱石绿柱石BeBe3 3AlAl2 2(Si(Si6 6O O18 18 ，属于六方晶系，通，属于六方晶系，通常成柱状晶体，具有玻璃光泽，有绿、蓝、玫瑰常成柱状晶体，具有玻璃光泽，有绿、蓝、玫瑰等颜色，硬度等颜色，硬度7.57.58 8。 绿柱石的亚种，含铬呈鲜绿色的称为绿柱石的亚种，含铬呈鲜绿色的称为“祖母祖母绿绿”。a = b ca = b c = = 90 = = 90 = 120= 120六六方晶格方晶格c ca ab b镁的主要矿物镁的主

35、要矿物 白云石白云石CaCOCaCO3 3MgCOMgCO3 3 属三方晶属三方晶系，常见的晶体为菱面体，通常为灰系，常见的晶体为菱面体，通常为灰白色，玻璃光泽，分布很广。白色，玻璃光泽，分布很广。【光卤石】【光卤石】( (见见“钾的主要矿物钾的主要矿物”)”)【白云石】【白云石】三方晶格三方晶格a ab bc c0 0b ba aa = b = ca = b = c = = 90 = = 90 菱镁矿菱镁矿MgCOMgCO3 3 属三方晶系，属三方晶系，晶体呈菱面体，玻璃光泽，白、浅黄晶体呈菱面体，玻璃光泽，白、浅黄或灰白色，分布较广。或灰白色，分布较广。【菱镁矿】【菱镁矿】钙的主要矿物钙的

36、主要矿物【方解石】【方解石】 方解石方解石CaCOCaCO3 3 属三方晶系，其无色透明的亚属三方晶系，其无色透明的亚种称为冰洲石。种称为冰洲石。 方解石是碳酸盐岩的重要组成部分，能在各种方解石是碳酸盐岩的重要组成部分，能在各种地质作用形成，分布非常广泛。地质作用形成，分布非常广泛。 石膏石膏CaSOCaSO4 42H2H2 2OO属于单斜晶系，厚板状，白属于单斜晶系，厚板状，白色色( (含杂质变其它色含杂质变其它色) )。 石膏主要是古代盐湖或泻湖的化学沉积物。石膏主要是古代盐湖或泻湖的化学沉积物。【石膏】【石膏】方解石方解石石膏石膏锶的主要矿物锶的主要矿物 天青石天青石SrSOSrSO4

37、4 属于正交晶系，通属于正交晶系，通常晶体呈板状或柱状，浅天蓝色，玻璃常晶体呈板状或柱状，浅天蓝色，玻璃光泽。光泽。【天青石】【天青石】【碳酸锶矿】【碳酸锶矿】 碳酸锶矿碳酸锶矿SrCOSrCO3 3 ，属文石族矿物。它的晶体为针状，晶体集合体一，属文石族矿物。它的晶体为针状，晶体集合体一般为粒状、柱状、放射性针状。无色般为粒状、柱状、放射性针状。无色及白、绿黄色调，透明至半透明，玻及白、绿黄色调，透明至半透明，玻璃光泽。璃光泽。钡的主要矿物钡的主要矿物【重晶石】【重晶石】 重晶石重晶石BaSOBaSO4 4 属正交晶系，常呈板状晶体或属正交晶系，常呈板状晶体或粒状集合体。晶体无色透明，含杂质

38、常呈现灰、红粒状集合体。晶体无色透明，含杂质常呈现灰、红色等。色等。 重晶石主要分布在热液矿床和沉积矿床中。重晶石主要分布在热液矿床和沉积矿床中。【钡沸石】【钡沸石】 钡沸石钡沸石Ba(AlBa(Al2 2SiSi3 3O O1010)4H)4H2 2OO斜方晶系，其晶斜方晶系，其晶体呈锥状，集合体成块状，玻璃光泽，呈白色、灰体呈锥状，集合体成块状，玻璃光泽，呈白色、灰白色及淡红色。白色及淡红色。 钡沸石常与其它沸石、方解石、葡萄石等矿物钡沸石常与其它沸石、方解石、葡萄石等矿物伴生。伴生。 2.2.制备方法制备方法 因碱金属、碱土金属的性质很活泼，故一般采用电解熔融盐、热还因碱金属、碱土金属的

39、性质很活泼，故一般采用电解熔融盐、热还原、金属置换等方法制备。原、金属置换等方法制备。电解熔融盐法电解熔融盐法 电解熔融盐法是将反应物在熔融状况下，用电解方法将盐中金属元电解熔融盐法是将反应物在熔融状况下，用电解方法将盐中金属元素析出的一种工业生产技术。素析出的一种工业生产技术。 工业上电解熔融盐法主要用于生产工业上电解熔融盐法主要用于生产 Li Li、NaNa、BeBe、MgMg、CaCa、SrSr、BaBa等金属。等金属。化学原理化学原理 例如：以氯化钠为原料生产金属钠例如：以氯化钠为原料生产金属钠 阳极：阳极： 2Cl2Cl- - Cl Cl2 2 + 2e+ 2e 阴极：阴极： 2Na

40、2Na+ + + 2e + 2e 2Na 2Na 总反应：总反应： 2NaCl 2Na + Cl2NaCl 2Na + Cl2 2电解电解金属钠金属钠熔融熔融金属钠的生产金属钠的生产 因因NaClNaCl的熔点的熔点(1073K)(1073K)较高，与金属钠的沸点较高，与金属钠的沸点(1156K)(1156K)较为接近，所较为接近，所以熔融电解前需加入助熔剂降低原料的熔点，降低产物以熔融电解前需加入助熔剂降低原料的熔点，降低产物(Na)(Na)在熔融盐中在熔融盐中的分散度的分散度( (造渣造渣) )及挥发度。及挥发度。 生产中选用的助熔剂是氯化钙。在氯化钠中加入氯化钙后，混合盐生产中选用的助熔

41、剂是氯化钙。在氯化钠中加入氯化钙后，混合盐的熔点可降低至的熔点可降低至837K837K。另外，由于熔融混合物的密度比金属钠大，使得。另外，由于熔融混合物的密度比金属钠大，使得钠浮在熔融混合物上面。钠浮在熔融混合物上面。 以氯化钠为原料，用电解熔融盐法得到的金以氯化钠为原料，用电解熔融盐法得到的金属钠，约含属钠，约含1%1%的钙；若原料改为氢氧化钠，产物的钙；若原料改为氢氧化钠，产物的纯度可达的纯度可达99.9%99.9%。金属钠金属钠配料配料原料原料(NaCl)(NaCl)炉渣炉渣助溶剂助溶剂(CaCl(CaCl2 2) )电解电解氯气氯气( (产品产品)熔融钠熔融钠钠钠( (产品产品)浇铸冷

42、却浇铸冷却热还原法热还原法 由于钾熔点低、易气化，在电解槽中可产生超氧化钾，超氧化钾与由于钾熔点低、易气化，在电解槽中可产生超氧化钾，超氧化钾与钾会发生爆炸性反应。故不宜采用电解熔融盐法生产钾。工业上，一般钾会发生爆炸性反应。故不宜采用电解熔融盐法生产钾。工业上，一般可采用热还原法或金属置换法生产钾。可采用热还原法或金属置换法生产钾。 热还原法是指，在加热的条件下，用还原剂将盐中的金属元素还原热还原法是指，在加热的条件下，用还原剂将盐中的金属元素还原出来的一种工业生产技术。出来的一种工业生产技术。 热还原法常采用的还原剂为碳或碳化合物。例如：热还原法常采用的还原剂为碳或碳化合物。例如： 或：或

43、：2KF + CaC2KF + CaC2 2 CaF CaF2 2 + 2K+ 2K + 2C+ 2C1273-1473K1273-1473KK K2 2COCO3 3 + 2C 2K+ 2C 2K + 3CO+ 3CO1473K1473K真空真空金属置换法金属置换法 金属置换法是指，采用强还原性金属金属置换法是指，采用强还原性金属( (如：如：NaNa、CaCa、MgMg、BaBa等等) )，在，在高温、低压下将钾盐高温、低压下将钾盐( (或：铷盐、铯盐或：铷盐、铯盐) )中的钾中的钾( (或：铷、铯或：铷、铯) )置换出来。置换出来。 例如：例如：KCl + Na NaCl + KKCl

44、+ Na NaCl + K2RbCl + Ca CaCl2RbCl + Ca CaCl2 2 + 2Rb+ 2Rb2CsAlO2CsAlO2 2 + Mg MgAl+ Mg MgAl2 2O O4 4 + 2Cs+ 2Cs高温高温高温高温高温高温问题讨论：问题讨论： 上述置换反应似乎是较不活泼的金属将活泼金属从其盐中置换出上述置换反应似乎是较不活泼的金属将活泼金属从其盐中置换出来，此结果与金属活动顺序是否矛盾？来，此结果与金属活动顺序是否矛盾？1.1.金属活动顺序金属活动顺序资料卡片资料卡片 中学化学教科书所谈的金属活动顺序原则上是按金属在水溶液中形成低价离中学化学教科书所谈的金属活动顺序原则

45、上是按金属在水溶液中形成低价离子的标准电极电势顺序排列的。即：子的标准电极电势顺序排列的。即： 用标准氢电极与其它各种标准状态下的电极组成原电池，该电池的电动势就用标准氢电极与其它各种标准状态下的电极组成原电池，该电池的电动势就是该电极是该电极( (金属金属) )的标准电极电势。的标准电极电势。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt AuK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金属活动性由强逐渐减弱金属活动性由强逐渐减弱2.2.标准电极电势标准电极电势Zn|ZnZn|Zn2+2+(1M)H(1M)H+

46、+(1M)|H(1M)|H2 2(p ) E(p ) EZn Zn = - 0.7628V= - 0.7628V注意：注意： 前面所讨论的前面所讨论的金属置换法的反应条件是：高温金属置换法的反应条件是：高温( (熔融熔融) )、低压、非水、低压、非水溶液。溶液。1-4 1-4 在室温及空气中摆放金属在室温及空气中摆放金属 Li Li和金属和金属 K K 时会发生哪些反时会发生哪些反应？写出有关化学反应方程式。应？写出有关化学反应方程式。练习与讨论练习与讨论1-5 1-5 如何制备钾、铷、铯等活泼金属？写出有关化学反应方如何制备钾、铷、铯等活泼金属？写出有关化学反应方程式。程式。作业辅导作业辅导

47、1-1 1-1 在碱土金属中，为什么在碱土金属中，为什么 Be Be 的导电性相对较差？的导电性相对较差？【要点】【要点】 金属的导电性与其价电子的排布方式有关，而价电子的排布方式又金属的导电性与其价电子的排布方式有关，而价电子的排布方式又与原子结构有关。与原子结构有关。 对于金属对于金属 Be Be，由于其原子半径较小，由于其原子半径较小(r(r金属金属 = 111.3pm= 111.3pm ) )，使得价电，使得价电子子(2s(2s2 2 ) )受原子核的引力相对较大，有形成共价趋向，限制了其价电子受原子核的引力相对较大，有形成共价趋向，限制了其价电子的排布方式，使得其导电性相对较差。的排

48、布方式，使得其导电性相对较差。1-2 1-2 为什么碱金属、碱土金属的电负性皆为什么碱金属、碱土金属的电负性皆随相对原子质量的增大而减随相对原子质量的增大而减小小？【要点】【要点】 电负性：电负性：X = 0.359 + 0.744X = 0.359 + 0.744Z Z* *r r2 2 碱金属、碱土金属的原子半径碱金属、碱土金属的原子半径(r)(r)皆随相对原子质量的增大而增皆随相对原子质量的增大而增大。大。 因屏蔽效应，碱金属、碱土金属原子核施加在价电子上的有效核因屏蔽效应，碱金属、碱土金属原子核施加在价电子上的有效核电荷数电荷数(Z(Z* * ) ) 随相对原子质量的增大略有变化，对元

49、素电负性的影响很随相对原子质量的增大略有变化，对元素电负性的影响很小。小。 有效核电荷数：有效核电荷数：Z Z* * = Z - = Z - 式中屏蔽常数（式中屏蔽常数（）可根）可根据据SlaterSlater规则估算规则估算1-3 1-3 金属钠与金属钙的金属性，其强弱如何？金属钠与金属钙的金属性，其强弱如何？即：钙的金属性比钠的强即：钙的金属性比钠的强【要点】【要点】 元素的金属性（或非金属性）的强弱通常我们是比较其标准电极电元素的金属性（或非金属性）的强弱通常我们是比较其标准电极电势。标准电极电势的负值越大，表示元素的金属性越强。势。标准电极电势的负值越大，表示元素的金属性越强。 一般情

50、况下，我们也可通过比较其电负性或电离能来判断元素金属一般情况下，我们也可通过比较其电负性或电离能来判断元素金属性的强弱。电负性越小，金属性越强；电离能越小，金属性越强。性的强弱。电负性越小，金属性越强；电离能越小，金属性越强。符号符号 标准电极电势标准电极电势/V/V-1 -1 电负性电负性 E Eelel/kJ/kJ-1-1molmol Na - 2.7109 0.93 499 Na - 2.7109 0.93 499 Ca - 2.76 1.00 593 Ca - 2.76 1.00 5931-4 1-4 在室温及空气中摆放金属在室温及空气中摆放金属 Li Li和金属和金属 K K 时会发

51、生哪些反应？写出有时会发生哪些反应？写出有关化学反应方程式。关化学反应方程式。【要点】【要点】金属金属LiLi4Li + O4Li + O2 2 2Li 2Li2 2O O ( (缓慢缓慢) )金属金属K K4K + O4K + O2 2 2K 2K2 2O O2K + O2K + O2 2 K K2 2O O2 2K K2 2O O + CO+ CO2 2 K K2 2COCO3 3 ( (潮湿空气潮湿空气) )2K2K2 2O O2 2 + 2CO+ 2CO2 2 2K 2K2 2COCO3 3 + O+ O2 2 ( (潮湿空气潮湿空气) )1-5 1-5 如何制备钾、铷、铯等活泼金属？

52、写出有关化学反应方程式。如何制备钾、铷、铯等活泼金属？写出有关化学反应方程式。【要点】【要点】 制备钾、铷、铯等活泼金属可采用强还原性金属制备钾、铷、铯等活泼金属可采用强还原性金属( (如：如：NaNa、CaCa、Mg Mg 等等) )，通过金属置换法在高温、低压下将钾盐，通过金属置换法在高温、低压下将钾盐( (或：铷盐、铯盐或：铷盐、铯盐) )中的钾中的钾( (或：铷、铯或：铷、铯) )置换出来。置换出来。 例如：例如：KCl + Na NaCl + KKCl + Na NaCl + K2RbCl + Ca CaCl2RbCl + Ca CaCl2 2 + 2Rb+ 2Rb2CsAlO2CsAlO2 2 + Mg MgAl+ Mg MgAl2 2O O4 4 + 2Cs+ 2Cs高温、低压高温、低压高温、低压高温、低压高温、低压高温、低压