【教学课件】第十章碱金属和碱土金属元素.ppt

第十章第十章 碱金属和碱土金属元素碱金属和碱土金属元素单质、氧化物、氢氧化物单质、氧化物、氢氧化物和盐类的性质和生产和盐类的性质和生产概述概述nIA IIAnLi BenNa MgnK Ca nRb SrnCs Ba原子半径减小原子半径减小金属性、还原性减弱金属性、还原性减弱电离能、电负性增大电离能、电负性增大原原子子半半径径增增大大金金属属性性、还还原原性性增增强强电电离离能能、电电负负性性减减小小均以矿物形式存在均以矿物形式存在:钠长石钠长石:钾长石钾长石:光卤石光卤石:明矾石明矾石:锂辉石锂辉石:绿柱石绿柱石:菱镁矿菱镁矿:石膏石膏:萤石萤石天青石天青石:重晶石重晶石:大理石大理石:s区元素的存在区元素的存在图片Gc2-704-18.8Gc2-711-18.14LiNaKRb CsBeMgCaSrBa一、碱金属、碱土金属的通性一、碱金属、碱土金属的通性价层电子构型：价层电子构型：IAIA，nsns1 1 IIAIIA，nsns2 2 1 1、金属性和非金属性金属性和非金属性金属元素：外层电子少，原子半径金属元素：外层电子少，原子半径性质：金属键不牢固，单质熔、沸点很低，性质：金属键不牢固，单质熔、沸点很低，硬度较小，其中硬度较小，其中IIAIAIIAIA。金属性：金属性：IAIIAIAIIA碱碱金金属属中中CsCs、RbRb金金属属性性质质最最强强，失失电电子子倾倾向向最最大大，所所以以可可作作光光电电管管，如如CsCs光光电电管管制制成成的的自自动动报报警警器器可可报报告告远远处处火火警警；制制成成的的天天文文仪仪器可以测定与地球距离器可以测定与地球距离Ba:电子工业中除去真空管中痕量氮气和氧气与水作用与水作用2M+2H2O2MOH+H2（g）焰色反应焰色反应锂（锂（Li）紫红色）紫红色钠（钠（Na）黄色）黄色镁（镁（Mg）浅蓝）浅蓝钾（钾（K）浅紫色）浅紫色钙（钙（Ca）砖红色）砖红色铷（铷（Rb）紫色）紫色锶（锶（Sr）洋红色）洋红色铯（铯（Cs）紫红）紫红钡（钡（Ba）黄绿色）黄绿色2 2、氧化数：、氧化数：分别为分别为+1+1和和+2+2，一般无变价，一般无变价3 3、化化合合物物键键型型：以以离离子子键键为为主主，其其中中LiLi+、BeBe2+2+由由于于半半径径小小，其其化化合合物物有有一一定定的的共共价价性性，如如BeClBeCl2 2等。等。4 4、特特性性：碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属可可溶溶于于液液氨氨，形形成成深深蓝蓝色色溶溶液液。(较较高高导导电电性性和和与与金金属属相相同同的的还原性还原性)IA：M(s)+(x+y)NH3=M+(NH3)x+e-(NH3)yIIA:M(s)+(x+2y)NH3=M2+(HN3)x+2e-(NH3)yp290p290氢化物（除氢化物（除BeBe、MgMg外）外）LiH NaHKHRbHCsHNaCl90.457.357.754.349.34111.1.均为白色晶体均为白色晶体,热稳定性差热稳定性差fH2.2.还原性强还原性强V)23.2)/H(H(2-=-EA A A A 金属活泼，可与氢形成离子性氢化物金属活泼，可与氢形成离子性氢化物二、氧化物二、氧化物 多种类型：正常氧化物多种类型：正常氧化物O2-、过氧化物、过氧化物O22-、超氧化物超氧化物O2-,臭氧化物臭氧化物O3-及低氧化物及低氧化物正常氧化物正常氧化物(O2-)过氧化物过氧化物(O22-)超氧化物超氧化物(O2-)稳定性稳定性:O2-O2-O22-比较：比较：O2 （一）（一）正常氧化物正常氧化物 多多数数为为白白色色固固体体，K K2 2O O（淡淡黄黄）、RbRb2 2O O（亮亮黄黄）、CsCs2 2O(O(桔桔红红)；熔熔点点：IIAIAIIAIA；硬硬度度IIAIAIIAIA，所所以以BeOBeO、MgOMgO作作耐耐火火材材料料和和金金属属陶陶瓷瓷，BeOBeO还还有有反反射射放放射射线线的的能能力力，常常用用作作原原子子反反应应堆堆外外壁壁砖砖块块材料。材料。（二）过氧化物和超氧化物（二）过氧化物和超氧化物除除BeBe外外IAIA、IIAIIA均能形成过氧化物均能形成过氧化物(离子型离子型)除除LiLi、BeBe、MgMg外，外，IAIA、IIAIIA能形成超氧化物能形成超氧化物（1 1）室温下，均能与水和稀酸反应：）室温下，均能与水和稀酸反应：Na2O2+2H2O2NaOH+H2O2Na2O2+H2SO4Na2SO4+H2O22KO2+2H2O2KOH+H2O2+O22KO2+2H2SO42K2SO4+H2O2+O2（2）与与CO2的反应：的反应：2Na2O2+2CO22Na2CO3+O24KO2+2CO22K2CO3+3O2 过氧化物和超氧化物常用作防毒面具、高空过氧化物和超氧化物常用作防毒面具、高空飞行、潜水的供氧剂。飞行、潜水的供氧剂。Na2O2为常用的过氧为常用的过氧化物，纯的为白色，工业品带浅黄；在碱性化物，纯的为白色，工业品带浅黄；在碱性介质中是强氧化剂，常作矿熔剂介质中是强氧化剂，常作矿熔剂2Fe(CrO2)2+7Na2O22Na2CrO4+Fe2O3+3Na2O还可用于纺织、纸浆漂白。还可用于纺织、纸浆漂白。Na2O2熔融分解，熔融分解，但遇到棉花、但遇到棉花、AlAl粉等还原性物质，会爆炸，粉等还原性物质，会爆炸，故使用故使用Na2O2要小心。要小心。（三）臭氧化物和低氧化物（三）臭氧化物和低氧化物低低温温下下，臭臭氧氧O O3 3和和粉粉末末状状无无水水碱碱金金属属(除除LiLi外外)氢氢氧氧化化物物反反应应，用用液液氨氨提提取取得得红红色色MOMO3 3固固体体3MOH(s)+2O3(g)2MO3(s)+MOHH2O(s)+1/2O2(g)室温下，臭氧化物会缓慢分解：室温下，臭氧化物会缓慢分解：MO3MO2+1/2O2遇水会发生反应：遇水会发生反应：4MO3+2H2O4MOH+5O2 三、氢氧化物三、氢氧化物IAIA和和IIAIIA中中（除除BeOBeO、MgOMgO外外）直直接接与与水水形形成成对对应氢氧化物。应氢氧化物。白色固体，易潮解，在空气中吸收白色固体，易潮解，在空气中吸收COCO2 2对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用，称荷性碱对纤维、皮肤有强烈腐蚀作用，称荷性碱 1 1、碱性、碱性LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中强碱中强碱 强碱强碱 强碱强碱 强碱强碱 强碱强碱Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2 两性两性 中强中强 强强 强强 强强 Be(OH)2+2H+Be2+2H2OBe(OH)2+2OH-Be(OH)42-LiOH Be(OH)2 NaOH Mg(OH)2 KOH Ca(OH)2 RbOH Sr(OH)2 CsOH Ba(OH)2酸性增强碱性增强氢氧化物酸碱性递变规律解释氢氧化物酸碱性递变规律解释R-O-H规则规则氧氧化化物物的的水水合合物物通通式式R(OH)n，R为为成成酸酸或或成碱元素，有两种解离可能：成碱元素，有两种解离可能：RO-+H+R-O-HR+OH-解解离离方方式式与与阳阳离离子子的的极极化化作作用用有有关关，科科学学家家卡卡特特里里奇奇以以“离离子子势势”来来衡衡量量阳阳离离子子极极化作用的强弱化作用的强弱在在R-O-H中中，若若R的的值值大大，其其极极化化作作用用强强，氧氧原原子子电电子子云云偏偏向向R，使使O-H键键极极性性增增强强，则则呈呈现现酸酸式式解解离离；若若R的的值值小小，R-O键键极极性强，则成碱式解离。性强，则成碱式解离。值：值：10R-O-H酸碱性：酸碱性：碱性碱性 两性两性 酸性酸性经验规则，有些物质不适用，经验规则，有些物质不适用，Zn(OH)Zn(OH)2 2，ZnZn的的=5.2=5.2，两性氢氧化物。两性氢氧化物。2 2、溶解性、溶解性IA均溶于水，仅均溶于水，仅LiOH溶解度较小溶解度较小IIA溶溶解解度度比比IAIA的的小小得得多多，且且从从上上到到下下溶溶解解度度增增大大。因因从从上上到到下下，半半径径增增大大，M2+与与OH-吸引力减弱，容易被水分子拆开吸引力减弱，容易被水分子拆开IIAIAIIAIA：同一周期，：同一周期，IAIIA，原子半径减小，离子电荷增多，静电引力增大，分子静电引力增大，分子不易被水分子拆开不易被水分子拆开 四、盐类四、盐类（一）盐类的性质：（一）盐类的性质：卤化物，硫酸盐，硝酸盐，碳酸盐，磷酸盐卤化物，硫酸盐，硝酸盐，碳酸盐，磷酸盐1 1、晶型、晶型绝绝大大多多数数为为离离子子晶晶体体，有有较较高高熔熔、沸沸点点，常常温下为固体，熔化时能导电温下为固体，熔化时能导电但但BeBe2+2+的的半半径径小小，电电荷荷较较多多，极极化化力力较较强强，光光与与易易变变形形的的ClCl-、BrBr-、I I-结结合合则则形形成成共共价价化化合合物物。如如BeClBeCl2 2，熔熔点点低低，易易升升华华，能能溶溶于有机溶剂于有机溶剂2 2、颜色、颜色M+、M2+均无色，它们形成的盐类只均无色，它们形成的盐类只要阴离子无色，其化合物必为无色；要阴离子无色，其化合物必为无色；若阴离子有色，则化合物有色若阴离子有色，则化合物有色3 3、热稳定性、热稳定性 IAIA一一般般有有较较高高稳稳定定性性：卤卤化化物物高高温温挥挥发发而而不不分分解解；硫硫酸酸盐盐高高温温不不挥挥发发，难难分分解解；碳碳酸酸盐盐除除LiLi2 2COCO3 3在在10001000以以上上部部分分分分解解为为LiLi2 2O O和和COCO2 2外外，其其余余皆皆不不分分解解；仅仅硝硝酸酸盐盐差差，加加热热到一定温度分解：到一定温度分解：4LiNO32Li2O+4NO2+O22NaNO32NaNO2+O22KNO32KNO2+O2IIAIIA碳碳酸酸盐盐常常温温下下(除除BeCOBeCO3 3不不到到100100分分解解)稳定，强热下分解。稳定，强热下分解。4 4、溶解度、溶解度IAIA一般易溶于水，仅两类型微溶于水一般易溶于水，仅两类型微溶于水:(1)(1)若干若干Li i盐：盐：LiF、Li2CO3、Li3PO4(2)(2)K+、Rh+、Cs+(及及NHNH4 4+)的大阴离子盐的大阴离子盐IIAIIA中中BeBe盐多数易溶盐多数易溶MgMg盐部分易溶盐部分易溶CaCa、SrSr、BaBa盐盐则则多多为为难难溶溶，其其中中氟氟化化物物溶溶解解度度：CaF2SrF2BaF2（增增强强）；CaSO4SrSO4BaSO4（减弱）；（减弱）；注意，注意，BeBe盐和可溶性钡盐有毒。盐和可溶性钡盐有毒。5、K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Ba2+的鉴定的鉴定 p297p297（二）某些盐类的生产和应用（二）某些盐类的生产和应用1 1、碳酸钠（纯碱，苏打，碱面）、碳酸钠（纯碱，苏打，碱面）索索维维尔尔法法：饱饱和和食食盐盐水水吸吸收收NHNH3 3和和COCO2 2气气体体，制得溶解度较小的制得溶解度较小的NaHCONaHCO3 3，再焙烧：，再焙烧：NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 析析出出NaHCONaHCO3 3后后，母母液液中中NHNH4 4ClCl用用消消石石灰灰来来回回收收，以循环使用：以循环使用：2NH4Cl+Ca(OH)2NH3+CaCl2+2H2O 所需所需COCO2 2和石灰由石灰石煅烧得来。和石灰由石灰石煅烧得来。此此法法，技技术术成成熟熟，原原料料丰丰富富价价廉廉，但但食食盐盐利利用用率低，率低，NHNH3 3损失大，损失大，CaClCaCl2 2废渣造成环境污染。废渣造成环境污染。侯侯德德榜榜法法：将将制制碱碱和和合合成成氨氨联联为为一一体体，称称侯氏联合制碱法，或氨碱法。侯氏联合制碱法，或氨碱法。该该法法，先先用用水水煤煤气气转转化化的的H H2 2和和N N2 2合合成成氨氨，同同时时有有COCO2 2放放出出；由由此此合合成成氨氨系系统统提提供供的的NHNH3 3和和COCO2 2来制碱，副产品来制碱，副产品NHNH4 4ClCl可作化肥。可作化肥。此法，此法，NaClNaCl利用率达利用率达96%96%以上，成本降低，以上，成本降低，可连续化生产，对制碱上作出较大贡献。可连续化生产，对制碱上作出较大贡献。2 2、碳酸氢钠、碳酸氢钠（小苏打，重碳酸氢钠或焙碱）（小苏打，重碳酸氢钠或焙碱）制纯度高的可用制纯度高的可用NaNa2 2COCO3 3溶液中通溶液中通COCO2 2：NaNa2 2COCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O2NaHCOO2NaHCO3 3（溶解度小，析出）（溶解度小，析出）3 3、NaClNaCl4 4、CaSOCaSO4 4：CaSOCaSO4 42H2H2 2O O称称石石膏膏（生生石石膏膏），白白粉粉，微微溶溶于于水水。CaSOCaSO4 4 1/2H1/2H2 2O O为为熟熟石石膏膏，白白粉粉，吸吸潮潮（熟熟石石膏膏粉粉+水）可膨胀、硬化，用于制模、塑像、石膏绷带等。水）可膨胀、硬化，用于制模、塑像、石膏绷带等。CaCl2+(NH4)2SO4+2H2OCaSO42H2O+2NH4Cl CaSO CaSO4 42H2H2 2O O经煅烧脱水，得经煅烧脱水，得CaSOCaSO4 41/2H1/2H2 2O O五、配合物五、配合物 碱碱金金属属因因电电荷荷少少、半半径径大大，形形成成配配合合物物倾倾向向小小，但但可可形形成成螯螯合合物物和和大环配合物，如与水杨醛反应。大环配合物，如与水杨醛反应。碱碱土土金金属属中中CaCa2+2+、SrSr2+2+、BaBa2+2+可可与与多多齿齿配配体体（EDTAEDTA）形形成成螯螯合合物物或或冠醚配合物。冠醚配合物。