碱金属、碱土金属.ppt

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1、第第 12 章章碱金属和碱土金属碱金属和碱土金属12 1 金属单质金属单质12 1 1 物理性质物理性质 IA Li Na K Rb Cs ns1 1IIA BeMgCa SrBans22 这这些些金金属属单单质质都都具具有有银银白白色色的的金金属属光光泽泽，具具有有良良好好的的导导电电性性和和延展性延展性。由于碱土金属的金属键比碱金由于碱土金属的金属键比碱金属的金属键要强，所以碱土金属属的金属键要强，所以碱土金属的熔沸点、硬度、密度都比碱金的熔沸点、硬度、密度都比碱金属高得多。属高得多。碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属都都是是非非常常活活泼泼的的金金属属元元素素，同同族族从从 Li 到到 C

2、s 和从和从 Be 到到 Ba 活泼性依次增强。活泼性依次增强。碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属都都有有很很强强的的还还原原性性，与与许许多多非非金金属属单单质质直直接接反反应应生生成成离离子子型型化化合合物物。在在绝绝大大多多数数化化合合物物中中，它们以阳离子形式存在。它们以阳离子形式存在。12 1 2 化学性质化学性质 1 碱金属、碱土金属与水碱金属、碱土金属与水的作用的作用2 M 2 H2O 2 MOH H2(g)M1 (xy)NH3 M1(NH3)y e(NH3)xM2(2xy)NH3 M2(NH3)y2 2 e(NH3)x 2 碱金属、碱土金属与液氨碱金属、碱土金属与液氨的作用的作用

3、 长期放置或有催化剂存在：长期放置或有催化剂存在：2 Na 2 NH3 2 NaNH2（氨基钠氨基钠）H2氨合电子结构示意图氨合电子结构示意图 (1)熔融盐电解熔融盐电解:此法可制备此法可制备 Li、Na、Mg、Ca、Ba 问题：加入问题：加入CaCl2有何作用有何作用?(2)高温还原高温还原:此法制备此法制备 K、Rb、Cs KCl Na NaCl K(g)2 RbCl Ca CaCl2 Rb(g)2 CsCl Ca CaCl2 Cs(g)问题问题:不活泼的金属为何可置换活泼金属不活泼的金属为何可置换活泼金属?12 1 3 金属单质的制备金属单质的制备 钾钾的的沸沸点点(766 C)比比钠钠

4、的的(890 C)低低，当当反反应应体体系系的的温温度度控控制制在在两两沸沸点点之之间间，使使金金属属钾钾变变成成气气态态，金金属属钠钠和和KCl、NaCl 仍仍保保持持在在液液态态，钾钾由由液液态态变变成成气气态态，熵熵值值大大为为增增加加，反反应应的的 TrSm 项项变变大大，有有利利于于rGm变变成成负负值值使使反应向右进行。反应向右进行。同同时时，钾钾为为蒸蒸气气状状态态，设设法法使使其其不不断断离离开开反反应应体体系系，让让体体系系中中其其分分压压始始终终保保持持在在较较小小的的数数值值，有有利利于于反反应应向向右右进行。进行。12 2 含氧化合物含氧化合物12 2 1 氧化物氧化物

5、 碱金属形成三类氧化物：碱金属形成三类氧化物：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)碱碱土土金金属属的的氧氧化化物物可可以以通通过过其其碳碳酸酸盐盐、氢氢氧氧化化物物、硝酸盐或硫酸盐的热分解来制备。硝酸盐或硫酸盐的热分解来制备。氧氧化化物物热热稳稳定定性性总总的的趋趋势势是是，同同族族从从上上到到下下依依次次降降 低，熔点也按此顺序降低。低，熔点也按此顺序降低。碱碱土土金金属属离离子子半半径径较较小小，电电荷荷高高，其其氧氧化化物物的的晶晶格格能能大，因而其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多。大，因而其熔点比碱金属氧化物的熔点高得多。锂锂以以外外的的碱碱金金

6、属属氧氧化化物物的的制制备备一一般般可可以以用用碱碱金金属属单单质质或叠氮化物还原其过氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐制备。或叠氮化物还原其过氧化物、硝酸盐或亚硝酸盐制备。12 2 2 氢氧化物氢氧化物 1 氢氧化物性质氢氧化物性质 碱金属和碱土金属的氢氧化物都是碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体白色固体。Be(OH)2为为两两性性氢氢氧氧化化物物，LiOH和和Be(OH)2为为中中强强碱碱，其其余余氢氧化物都是强碱。氢氧化物都是强碱。碱碱金金属属的的氢氢氧氧化化物物都都易易溶溶于于水水，在在空空气气中中很很容容易易吸吸潮潮，它它们们溶溶解解于于水水时时放放出出大大量量的的热热。除除LiOH难难溶

7、溶外外，其其余余的的碱碱金金属属氢氢氧氧化化物物在常温下可以形成很浓的溶液。在常温下可以形成很浓的溶液。碱碱土土金金属属氢氢氧氧化化物物的的溶溶解解度度比比碱碱金金属属氢氢氧氧化化物物小小，Be(OH)2、Mg(OH)2难溶，难溶，其余的溶解度较小其余的溶解度较小 2 氢氧化物酸碱性判断标准氢氧化物酸碱性判断标准 R拉电子能力与拉电子能力与离子势离子势有关有关:Z/r(r以以pm为单位为单位)解离方式与解离方式与 拉电子能力有关拉电子能力有关 0.22 0.32 两性两性 0.22 碱性碱性 0.32 酸性酸性 ROHRO H R OH LiOH 0.12 0.25 Be(OH)2 NaOH

8、0.10 0.18 Mg(OH)2KOH 0.09 0.15 Ca(OH)2RbOH 0.08 0.13 Sr(OH)2CsOH 0.07 0.12 Ba(OH)2 碱金属氢氧化物均为碱性，碱金属氢氧化物均为碱性，Be(OH)2为两性，其它碱土金属氢氧化物为碱性。为两性，其它碱土金属氢氧化物为碱性。12 3 盐类盐类12 3 1 盐类的共同特点盐类的共同特点重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐重要盐类：卤化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐(1)晶体类型：绝大多数是离子晶体，晶体类型：绝大多数是离子晶体，但碱土金属卤化物有一定的共价性。但碱土金属卤化物有一定的共价性。(2)一般无色或白色。一般无色

9、或白色。(3)溶解度：碱金属盐类一般易溶于水；溶解度：碱金属盐类一般易溶于水；碱土金属盐除卤化物、硝酸盐外多数难溶。碱土金属盐除卤化物、硝酸盐外多数难溶。(4)热稳定性：较高热稳定性：较高。12 3 2 盐类的溶解性盐类的溶解性 (1)IA盐类易溶为主，难溶的有：盐类易溶为主，难溶的有：K2PtCl6、NaSb(OH)6、KClO4、Li3PO4、K2NaCo(NO2)3 难溶盐往往是在与大阴离子相配时出现。难溶盐往往是在与大阴离子相配时出现。(2)IIA盐类难溶居多，常见盐类除氯化物、硝酸盐类难溶居多，常见盐类除氯化物、硝酸 盐外，盐外，其他难溶，如其他难溶，如MCO3、MC2O4、M3(P

10、O4)2、MSO4、MCrO4 (3)离子型盐类溶解度的定性判断标准离子型盐类溶解度的定性判断标准 巴素洛规则巴素洛规则：阴阳离子电荷绝对值相同阴阳离子电荷绝对值相同,阴阳离子半径阴阳离子半径 较为接近则难溶，否则，易溶。较为接近则难溶，否则，易溶。比较一下两组溶解度：比较一下两组溶解度：LiF LiIBaSO4 BeSO4 MCO3(s)MO(s)CO2 碳酸盐的热稳定性取决于碳酸盐的热稳定性取决于M离子的反极化能力离子的反极化能力愈愈来来愈愈难难分分解解物质物质BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3 BaCO3分解温度分解温度/K29881311831563166312 4 1 化合物的

11、溶解性化合物的溶解性 锂锂和和镁镁的的氢氢氧氧化化物物LiOH和和Mg(OH)2的的溶溶解解度度都都很很小小，而而其其它它碱金属氢氧化物都易溶于水。碱金属氢氧化物都易溶于水。锂锂与与镁镁的的氟氟化化物物、碳碳酸酸盐盐、磷磷酸酸盐盐都都是是难难溶溶盐盐，而而碱碱金金属属的的氟氟化化物物、碳碳酸酸盐盐、磷磷酸酸盐盐都都易易溶溶于于水水。例例如如，氟氟化化钠钠的的溶溶解解度度约约是是氟氟化锂的化锂的10倍，磷酸钠的溶解度约是磷酸锂的倍，磷酸钠的溶解度约是磷酸锂的200倍。倍。12 4 锂的特殊性及对角线规则锂的特殊性及对角线规则锂与同族的元素不类似，而和镁类似。锂与同族的元素不类似，而和镁类似。12

12、 4 2 Li、Mg 的相似性一些反应的相似性一些反应 4 Li O2 2 Li2 O 2 Mg O2 2 MgO 6 Li N2 2 Li3N 3 Mg N2 Mg3N2 1、Li和和Mg在氧气中燃烧的主产物是在氧气中燃烧的主产物是普通氧化物普通氧化物2、Li和和Mg与氮气反应生成与氮气反应生成氮化物氮化物 2 Mg(NO3)2 2 MgO 4 NO2 O2 4 LiNO3 2 Li2O 4 NO2 O2 2 NaNO3 2 NaNO2 O2 LiClH2O LiOH HCl MgCl26H2O Mg(OH)Cl HCl 5 H2O Mg(OH)Cl MgO HCl硝酸盐热分解产物为硝酸盐热

13、分解产物为普通氧化物普通氧化物和和二氧化氮二氧化氮和和氧气氧气而其他碱金属硝酸盐热分解而其他碱金属硝酸盐热分解MgCl2的水溶液的水溶液俗称俗称卤水卤水12 4 3 对角线规则对角线规则CSiLiNaBeMgBAl 以上三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许以上三对处于对角线上的元素及其化合物的性质有许多相似之处，叫做多相似之处，叫做对角线规则对角线规则。这这是是由由于于对对角角线线位位置置上上的的邻邻近近两两个个元元素素的的电电荷荷数数和和半半径径对对极极化化作作用用的的影影响响恰恰好好相相反反，使使得得它它们们离离子子极极化化力力相相近近而引起的。而引起的。12 4 4 为什么为什么E

14、 (Li/Li)特别负特别负?E (Li/Li)3.05 V E (Na/Na)2.72 VE (K/K)2.92 V rH H升升(M)I1(M)Hh(M)Hh(H)I1(H)1/2 D(H2)I1(M)I1(H)M(g)H(g)M(g)H(g)HhHh1/2DH升升 M(s)H(aq)M(aq)1/2 H2rH E(Li/Li)特别负是主要是特别负是主要是由于锂离子半径小，水合由于锂离子半径小，水合作用强，水合热特别大的缘故。作用强，水合热特别大的缘故。性性 质质H升升/kJmol1I(M)/kJmol1Hh(M)/kJmol1H (M)/kJmol1H (H)/kJmol1总总焓焓变变Hm/kJmol1 (计算值计算值)(实验值实验值)Na109.5495.7413.8197.3 454.5275.22.672.71Li150.5520.1514.1163.1 454.5291.43.023.0401K91.5418.6342.8175.1 454.5279.42.902.931Rb86.1402.9321.9165.1 454.5289.43.002.98Cs79.9375.6297.1158 454.5296.53.072.92EV/V/E