碱金属和碱土金属ppt课件.ppt

第一章碱金属与碱土金属 ALiNaKRbCsns1 1 ABeMgCaSrBans2 2 HumphryDavy 1778 1829 利用电解法制取了金属K Na Ca Mg Sr Ba 确认氯气是一种元素 氢是一切酸类不可缺少的要素 为化学做出了杰出贡献 1 1概述 1 2单质的性质 1 2 1碱金属 碱土金属与液氨的作用M1 x y NH3 M1 NH3 y e NH3 x 蓝色 M2 2x y NH3 M2 NH3 2 y 2e NH3 x 蓝色 1 2 2离子型氢化物 除Be Mg LiHNaHKHRbHCsHNaC 90 4 57 3 57 7 54 3 49 3 441 1 均为白色晶体 热稳定性差 2 还原性强 A A金属活泼 可与氢形成离子性氢化物 有以下特点 3 剧烈水解 4 形成配位氢化物 氢化铝锂 Li AlH4 受潮时强烈水解 1 3对角线规则 LiBeBCNaMgAlSi 1 3 1B Si的相似性2B 6NaOH 2Na3BO3 3H2Si 2NaOH H2O Na2SiO3 2H2其单质为原子型晶体 B O Si O十分稳定 原因 Z r比较相似 Al Be金属可与浓硝酸形成钝化膜 Al OH 3 OH Al OH 4 Be OH 2 2OH Be OH 42 Al3 Be2 易水解 均有共价性 在蒸气中 氯化物两分子缔合 1 3 2Be Al相似性 4Li O2 2Li2O2Mg O2 2MgO 2Mg NO3 2 2MgO 4NO2 O24LiNO3 2Li2O 4NO2 O2 LiCl H2O LiOH HClMgCl2 6H2O Mg OH Cl HCl 5H2O 6Li N2 2Li3N3Mg N2 Mg3N2 MgO HCl 1 3 3Li Mg的相似性 1 4氢氧化物酸碱性判断标准 R拉电子能力与离子势有关 Z r r以pm为单位 LiOHBe OH 2NaOHMg OH 2KOHCa OH 2RbOHSr OH 2CsOHBa OH 2 ROH RO H R OH 解离方式与拉电子能力有关 酸性增强 碱性增强 1 5盐类1 5 1共同特点 1 基本上是离子型化合物 2 阳离子基本无色 盐的颜色取决于阴离子的颜色 3 A盐类易溶 A盐类难溶 一般与大直径阴离子相配时易形成难溶的 A盐 A易溶难溶 K2 PtCl6 Na Sb OH 6 KClO4 Li3PO4 K2Na Co NO2 3 A难溶MCO3 MC2O4 M3 PO4 2 MSO4 MCrO4 1 5 2 碳酸盐的热稳定性 Be2 Mg2 Ca2 Sr2 Ba2 碳酸盐的热稳定性取决于M离子的反极化能力 MCO3 s MO s CO2 愈来愈难分解 Li Na K Ca Sr Ba 1 5 4焰色反应 1 6专题讨论 1 锂的水合数与水合能 kJ mol rM rM aq n水合 H水合Li 7834025 3 530Na 9827616 6 420K 13323210 5 340Rb 14922810 0 315Cs 1652289 9 280 2 ELi Li特别负 为什么 1 6 1锂的特殊性 LiNaK rH 279 239 251 rS51 374 6104 7 rG 294 261 282E池 3 05 2 71 2 92EM M 3 05 2 71 2 92 H升I1 HhLi161520 522Na108 5496 406K90419 322 M s H aq M aq 1 2H2 M g H g M g H g H升 M Hh H I1 M I1 H Hh M 1 2DH2 H升 M I1 M Hh M Hh H I1 H 1 2DH2 H升 I1 Hh M 438 rH 1 6 2 离子晶体盐类溶解性的判断标准 1 溶解自由能变 MX s M aq X sG 2 半定量规则 M g X g G1 G2 sG G1 G2 H1 H2 T S1 S2 U Hh比较U与 Hh绝对值 HhU溶解度KI 82676312 2NaI 71170311 8LiF 103410390 1CsF 77973024 2 溶解度增大 溶解度减小 3 巴索洛规则 当阴阳离子电荷绝对值相同 阴阳离子半径较为接近则难溶 否则 易溶 F OH SO42 CrO42 I BaSO4BeSO4 LiFLiI CsICsF AMClO4Na Sb OH 6 K2 PtCl 6 A 第二章硼族元素 ABAlGaInTl ns2np1 菱形硼 2 1概述 B为非金属单质 Al Ga In Tl是金属氧化态 B Al Ga 3 In 1 3 Tl 1 最大配位数 B 4例 HBF4其他6例 Na3AlF6 2 2硼族元素的缺电子性 最简单的硼烷是B2H62BH3 g B2H6 g H 148kJ mol 1 2 2 1乙硼烷的成键特征及反应性 点击观看动画 B2H6 2L 均裂 2BH3L 异裂 BH2L2 BH4 三中心两电子氢桥键 B2H6 2NaH 2Na BH4 B2H6 2 PF3 2H3B PF3B2H6 2 CO 2H3B COB2H6 2 NH3 BH2 NH3 2 BH4 B2H6 H2O H3BO3 H2B2H6 O2 B2O3 H2O 硼氢键B H硼硼键B B 硼烷中有五种键型 B4H10分子结构 2 2 2AlCl3的成键特征 GaCl3 2 InCl3 2 AlBr3 2 AlI3 2 GaBr3 2除B的卤化物及 A的氟化物以外 均为二聚形式 AlCl3中铝为SP3杂化 2 2 3BX3的成键特征及路易斯酸性 BF3 g BCl3 l BBr3 l BI3 s 熔点 K 146166227316沸点 K 172285364483键长 pm 实测 131174189210共价半径和 pm 153180195214键能 kJ mol 1 646444368267 BX3是以形成大 键来满足对电子的要求由于有空轨道 可接受外来电子 均为Lewis酸 C5H5N l BX3 g C5H6N BX3 rH kJ mol 1 BF3 g 143BCl3 g 189BBr3 g 217 BF3 NH3 F3B NH3BF3 HF H BF4 酸性强 BF3 BCl3 BBr3 BI3 3 3硼酸及其盐 B SP2杂化 存在分子间氢键 层与层之间的分子作用力结合 3 3 1 硼酸 H3BO3是Lewis酸 是一元酸 其酸性很弱 Ka 5 8 10 10加入多羟基化合物可增加酸性 H2SO4H3BO3 3CH3OH B OCH3 3 3H2O 燃烧绿色火焰鉴别硼酸及盐 2 3 3 2 硼砂 Na2B4O7 10H2O B4O5 OH 4 2 B SP2杂化SP3杂化 Na2B4O5 OH 4 8H2O 硼砂珠实验 硼砂珠实验 Na2B4O7 B2O3 2NaBO2 CoO B2O3 Co BO2 2 除氧化物定性分析陶瓷 玻璃上釉制造人造宝石 Na2B4O7 7H2O 4H3BO3 2NaOHH3BO3 OH B OH 4 PH 9 24 Na2B4O7 CoO 2NaBO2 Co BO2 2Cr2O3为绿色Fe2O3为黄色 缓冲溶液洗衣粉填料 3 4Ga In Tl简介 Ga Ga 3Cl4 4S24S04P0 Tl 类似于K 与Ag TlAl SO4 2 12H2OTl2CO3与K2CO3同晶TlOH强碱 GaCl2InCl2反磁 惰性电子对效应Tl 不稳定 TlI黄红色沉淀TlBr黄色沉淀TlCl白色沉淀 第三章碳族元素 氧化值 最大配位数 单质可形成原子晶体 金属晶体 3 1概述 3 2 1碳的同素异形体 3 2碳及其化合物 3 2 2碳的氧化物 CO具有还原能力和较强配位能力 CO PdCl2 H2O CO2 2HCl Pd Fe CO 5 Ni CO 4 Co2 CO 8其中C是配位原子 Hb H2O O2HbO2 H2O 1 Mn 电荷高 极易水解 如Al3 Fe3 Cr3 加入CO32 互相促进 发生双水解反应 Al2 SO4 3 Na2CO3 H2O Al OH 3 Na2SO4 CO2 2 Mn 可水解 其氢氧化物溶解度与碳酸盐差不多 生成碱式盐沉淀 如Be2 Mg2 Cu2 2Mg2 2CO32 H2O Mg2 OH 2CO3 CO22Be2 2CO32 H2O Be2 OH 2CO3 CO2 3 Mn 水解程度小 碳酸盐溶解度小 生成碳酸盐沉淀 如Ca2 Sr2 Ba2 Ba2 CO32 BaCO3 3 2 3Mn 与可溶性碳酸盐的反应特点 Li2SiF6 CaSiF6易溶Na2SiF6 K2SiF6 BaSiF6难溶白色沉淀 3 3 1硅的卤化物 硅常见的卤化物有SiCl4 SiF4 它们均强烈水解 SiCl4 H2O H4SiO4 HCl3SiF4 4H2O H4SiO4 4H 2SiF62 SiF4 2HF H2SiF6 3 3硅的化合物 H4SiO4原硅酸H2SiO3偏硅酸xSiO2 yH2O多硅酸 胶冻状硅酸 硅胶 硅酸盐结构复杂 硅氧四面体为基本骨架 硅酸钠 Na2O nSiO2Cu2 Na2SiO3 CuSiO3 2H 泡沸石 Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O 硅酸 3 3 2硅酸与硅酸盐 a SiO4 4 b Si2O76 c Si4O128 d Si6O1812 3 3 3沸石分子筛 硅铝酸盐 M2 nO Al2O3 xSiO2 yH2O孔道 空腔 吸附不同大小的分子吸附剂 干燥 净化或分离催化剂 催化剂载体 广泛应用于化工 环保 食品 医疗 能源 农业及日常生活 石油化工领域常见 A型 Y型 X型 M型 3 4锡 铅的重要化合物 白锡 脆锡 斜方 161 以上 2Pb O2 CO2 H2O Pb2 OH 2CO3 13 2 以下灰锡 无定形 锡疫 SnO2 C Sn CO2 3 4 1单质 警惕 儿童铅中毒 SnCl4 H2O H2SnO3 HCl 强烈 Sn Cl2 过 HCl S2 SnS2 Na2SnS3 Na2S H SnS2 H2S SnCl6 2 H2S HCl H2SnCl6 3 4 2Sn2 与Sn Sn2 Sn4 O2 SnS S22 SnS32 H SnS2 H2S H2O Cl HCl Sn OH Cl Fe3 Sn4 Fe2 OH Sn OH 2 OH Sn OH 3 Bi3 Bi Sn OH 6 2 HgCl2 Hg2Cl2 Sn4 Sn2 Hg Sn4 如何使这些沉淀溶解 PbCO3 2HNO3 Pb NO3 2 H2O CO2 PbSO4 OH 过量 Pb OH 3 SO42 PbSO4 NH4Ac 饱和 Pb Ac 3 SO42 NH4 醋酸铅俗名叫 铅糖 甜 有毒 PbSO4 白 PbS 黑 PbCrO4 黄 PbI2 黄 PbCl2 白 PbCO3 白 3 4 3Pb2 的难溶性及Pb 的氧化性 PbS H2O2 PbSO4 H2O Pb2 S NO H2O PbS HCl 浓 H2 PbCl4 H2S PbS HNO3 现出土的古代壁画 泥桶常常是黑的 因为古代人用铅白作白颜料 铅白与H2S作用成PbS黑色沉淀 因此可用此法使之变白 PbCrO4 HNO3 Pb2 Cr2O72 NO3 PbCl2 PbI2溶于热水PbCl2 HCl H2 PbCl4 PbI2 KI K2 PbI4 沉淀互相转化 Pb NO3 2 Na2SO4 PbSO4 白 KI PbI2 黄 Na2CO3 PbCO3 白 PbS PbO2 棕黑 强氧化剂能氧化HCl H2SO4 Mn2 Pb3O4红色铅丹 2PbO PbO2 Pb3O4 HNO3 Pb NO3 2 PbO2 H2O K2CrO4 PbCrO4 沉淀分离出来 A A ABCNAlSiPGaGeAsInSnSbTlPbBi 与族数对应的最高氧化态越来越不稳定 与族数差2的氧化态愈来愈稳定 主要是6s2电子对的惰性 ns2np1ns2np2ns2np3 1 2 3 ns2ns2ns2 3 4 1惰性电子对效应 3 5专题讨论 Tl3 H2S Tl2S S H Tl HCl TlCl H2PbO2 4HCl 浓 PbCl2 Cl2 2H2OPbO2 2H2SO4 2PbSO4 O2 2H2OAg 5PbO2 2Mn2 4H 5Pb2 2MnO4 H2O5NaBiO3 s 2Mn2 14H 2MnO4 5Na 5Bi3 7H2O 2MO s MO2 s M s rG kJ mol 2GeO s GeO2 s Ge s 122 62SnO s SnO2 s Sn s 7 22PbO s PbO2 s Pb s 162 0 从热力学上 从结构上 3 5 2共价化合物的水解性 1 影响共价化合物水解因素 中心原子价层结构 中心原子所处周期 配位情况 空轨 半径大小等 空间效应 中心原子半径 配体的大小和数量 电负性效应 中心原子与配体电负性的差异 2 机理 H2O HCl H2O HCl SiCl4 H2O H4SiO4 4HCl CCl4不水解SiCl4水解 四步水解 NF3不水解 PF3水解 BCl3 H2O H2O 水解 水解SF4 g H2O H2SO3 4HF 不水解 SF4 SF6 TeF6 NF3不水解NCl3水解NCl3 3H2O NH3 3HClO NHCl2 HClO NH3 HClO 反复 4 1氮族元素概述 第四章氮族元素 ANPAsSbBins2np3 氮半径小 易形成双键 三键 3 2 1 1 3NH3N2H4NH2OHHN3氢化物的酸碱性取决于与氢直接相连的原子上的电子云密度 电子云密度越小 酸性越强 4 2氮的氢化物 4 2 1氨 Fe Ru2N2 3H2 NH3HaberF 获1916年诺贝尔奖 4 2 2联氨 肼 羟胺 OH NH2 N2H4无色液体 NH2OH无色固体 催化 水溶液为碱性 NH3N2H4NH2OH K 10 16N2H62 OH 不稳定 易分解N2H4 N2 H2 或NH3 3NH2OH NH3 3H2O N2 N2O H2OH2OH2O K 10 5NH4 OH K 10 6N2H5 OH K 10 9NH3OH OH H2O 既可以作氧化剂 又可作还原剂2NH2OH 2AgBr 2Ag N2 N2O 2HBr 2H2ON2H4 4CuO 2Cu2O N2 2H2O N2H4 l O2 g N2 g 2H2O rH 621 5kJ mol 1N2H4 l 2H2O2 l N2 g 4H2O g NH2OH可与醛 酮形成肟 是聚酰胺纤维或尼龙的中间体 NH3 N2H4 NH2OH 形成配合物 Pt NH3 2 N2H4 2 Cl Zn NH2OH 2 Cl 形成配合物的能力强弱 4 2 3氢叠氮酸HN3无色液体或气体 AgN3Cu N3 2Pb N3 2Hg N3 2 撞击 NaOHNaN3 N2 H2 ZnZn N3 2 H2 N2H4 HNO2 HN3 2H2O NCl3 NH3 3Cl2 NCl3 3HCl在90 爆炸分解 NCl3 N2 3 2Cl2 rH 295 5kJ mol 1 4 3卤化物 NF3NCl3sp3杂化 角锥形 4 4 1氮氧化物 N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 NO3 NO2sp2杂化 4 4氮的含氧化合物 NO 2s 2 2s 2 2px 2 2py 2 2pz 2 2py 1顺磁性 2NO 3I2 4H2O 2NO3 8H 6I 4NO2 H2S 4NO SO3 H2O 10NO2 2MnO4 2H2O 2Mn2 10NO3 4H N sp2杂化 N2O3 H2O 2HNO2 蓝色 NO NO2 H2O 4 4 2亚硝酸及其盐 HNO2的结构 亚硝酸及其盐既具有氧化性又具有还原性 以氧化性为主 2HNO2 2I 2H 2NO I2 2H2O5NO2 2MnO4 6H 5NO3 2Mn2 3H2ONO2 Cl2 H2O 2H 2Cl NO3 亚硝酸盐绝大部分无色 易溶于水 AgNO2浅黄色不溶 金属活泼性差 对应亚硝酸盐稳定性差 亚硝酸盐遇到仲胺可形成亚硝酰 可引起消化系统癌症 N sp2杂化 N sp2杂化 4 4 2硝酸及其盐 HNO3的结构NO3 的结构 3 4 4 6 HNO3越稀 金属越活泼 HNO3被还原的氧化值越低 Zn NO3 2 2NO2 2H2O Zn 4HNO3 浓 3Zn NO3 2 2NO 4H2O 3Zn 8HNO3 稀1 2 4Zn NO3 2 N2O 5H2O 4Zn 10HNO3 较稀2mol L 4Zn 10HNO3 很稀1 10 4Zn NO3 2 NH4NO3 3H2O 活泼金属 非金属单质 HNO3 相应的高价酸 NO 4 5磷的化合物 P P P 60 具有张力 红磷 4 5 1单质 黑磷 石墨状的片状结构 可导电 白磷 黄磷 2P 3X2 2PX3 PX3 X2 PX5 P4 3NaOH 3H2O PH3 3NaH2PO2 冷 11P 15CuSO4 24H2O 5Cu3P 6H3PO4 15H2SO4P4 10CuSO4 16H2O 10Cu 4H3PO4 10H2SO4 P4 6H2 4PH3 4 5 2磷的卤化物 PX3分子晶体 PX5离子晶体 PCl5固体中含有 PCl4 和 PCl6 离子 P sp3d2杂化 P sp3杂化 P4O10 6H2SO4 6SO3 4H3PO4P4O10 12HNO3 6N2O5 4H3PO4 4 5 3磷的氧化物 P4 3O2 P4O6 点击右图观看动画 2O2 P4O10 H3PO2H3PO3H3PO4次亚正 P4O6 6H2O 冷 4H3PO3 4H3PO3 3H3PO4 PH3 P4 Ba OH 2 H2O PH3 Ba H2PO2 2 H2SO4H3PO2 BaSO4 1 3 5 4 5 4磷的含氧酸及盐 O HO P OH OH P sp3杂化 3s3p 3d O O O O H H H O HO P OH OH 两个d p 反馈 H3PO4结构 SO42 ClO4 含d p 反馈 H3PO4 H2O 2H3PO4 H4P2O7 H2O 3H3PO4 H5P3O10 2H2O Na5P3O10 NaPO3 n格氏盐 点击方程式 观看动画 HPO3 偏 HPO3 n 焦磷酸 聚磷酸 偏磷酸 复杂磷酸盐 可以是直链 支链 环状 P O四面体基本结构单元 PO43 HPO42 Ag Ag3PO4 黄 可溶于硝酸H2PO4 2PO43 3Ca2 Ca3 PO4 2 HPO42 Ca2 CaHPO4 H2PO4 Ca2 不沉淀 磷酸盐 加入NH3 H2O沉淀 AgI 黄 不溶于硝酸 雄黄As4S4 雌黄As2S3 辉锑矿Sb2S3 辉铋矿Bi2S3 4 6 1存在及成键特征 4 6砷 锑 铋 自然界以硫化物形式存在 氧化态通常是 3和 5 由于惰性电子对效应加强 铋的 5氧化态化合物是强氧化剂 砷 锑 铋能与碱金属和碱土金属组成氧化态为 3的化合物 有的类似合金 砷 锑 铋可以生成一系列簇状离子 如Bi53 Bi42 Bi73 Sb73 As53 等 As2S3 黄 As2S5 淡黄 Sb2S3 橙 Sb2S5 橙黄 Bi2S3 棕黑 As4O6 白 As2O5Sb4O6 白 Sb2O5 淡黄 Bi2O3 红棕 两性偏酸 碱性 酸性 两性偏酸 碱性 酸性 4 6 2氧化物与硫化物的酸碱性 As2O3 6Zn 6H2SO4 2AsH3 6ZnSO4 3H2O As H2 马氏试砷法 古氏试砷法 4 6 3氢化物 M2S3 6OH MO33 MS33 3H2O M As Sb 3M2S5 6OH MO3 5MS3 3H2O M As Sb M2S3 3Na2S 2Na3MS3 M As Sb M2S5 3Na2S 2Na3MS4 M As Sb 2 NH4 3SbS4 6HCl Sb2S5 3H2S 6NH4Cl 4 6 4硫化物 4 6 5氧化还原反应 H OH pH9 NaBiO3 6HCl 浓 Bi3 Cl2 Na 3H2O 4Cl Bi OH 3 Cl2 3NaOH NaBiO3 2NaCl 3H2O 5NaBiO3 2Mn2 14H 2MnO4 5Bi3 7H2O 5Na H3SbO4 2HCl H3SbO3 Cl2 H2O 惰性电子对效应 2Sb3 3Sn 2Sb 3Sn2 2Bi3 3Sn OH 42 6OH 2Bi 3Sn OH 62 5 1氮族元素概述 第五章氧族元素 5 2氧的化合物 4 2 1氧分子形态 激发 单线态1O2 基态 三线态 S 2s 1 154 8kJ mol92 0kJ mol O2 1s 2 1s 2 2s 2 2s 2 2px 2 2py 2 2pz 2 2py 1 2pz 1 O2O 2O22 O2 2Ag 2O3 Ag2O2 2O2PbS 4O3 PbSO4 O2 3KOH s 2O3 g 2KO3 s KOH H2O s 1 2 O2 g KO2 O2 5 2 2臭氧 O3 有鱼腥味的淡蓝色气体 h CF2Cl2CF2Cl Cl Cl O3ClO O2 ClO OCl O2 净反应 O3 O 2O2 NO O3 NO2 O2 NO2 O NO O2 净反应 O3 O 2O2 结构 O为sp3杂化 H2O2弱酸性 不稳定 5 3过氧化氢 H2O2 2H O2 2e H2O2EA 0 68V 2Fe3 2e 2Fe2 EA 0 77V 2Fe3 H2O2 2Fe2 2H O2 2H H2O2 2e 2H2OEA 1 776V 2Fe2 2H H2O2 Fe3 2H2O 净结果 2H2O2 2H2O O2 凡电位在0 68 1 78V之间的金属电对均可催化H2O2分解 3H2O2 2MnO4 5H2O2 2MnO4 6H H2O2 Mn OH 2 3H2O2 2NaCrO2 2NaOH H2O2 2Fe2 2H H2O2既有氧化性又有还原性 2MnO2 3O2 2OH 2H2O 2Mn2 5O2 8H2O MnO2 2H2O 2Fe3 2H2O 2Na2CrO4 4H2O EB EA 乙醚鉴定 Cr2O72 2H2O2 2H 5H2O 2CrO5 水相 2CrO5 7H2O2 6H 7O2 10H2O 2Cr3 蓝绿 Cr2O72 H2O2 H Cr3 H2O O2Cr3 H2O2 OH CrO42 H2O 5 4硫的化合物 5 4 1单质S8 结构 S sp3杂化形成环状S8分子 3HgS 8H 2NO3 12Cl 3HgCl42 3S 2NO 4H2OHgS Na2S Na2 HgS2 5 4 2硫化物与多硫化物 金属硫化物大多数有颜色且难溶于水 只有碱金属的硫化物易溶 根据Ksp的大小 金属硫化物在酸中的溶解度不同 HgS的Ksp最小 它只能溶于王水 由于形成配合物HgS还可以溶于Na2S 硫化物都会产生一定程度的水解 而使溶液呈碱性 Na2S H2O NaHS NaOH PbS H2O Pb2 HS OH Na2S x 1 S Na2Sx Sx 2 随着硫链的变长颜色 性质 遇酸不稳定 氧化性 还原性 黄 橙 红 碱金属 包括NH4 硫化物水溶液能溶解单质硫生成多硫化物 钠 硫蓄电池 放电负极 熔融Na2Na 2e2Na 充电放电正极 熔融SxS 2Na 2eNa2Sx充电 充总 2Na xSNa2Sx放 电解质 Al2O3 问题 1 工作温度300 500 Na S8要处于熔融 要绝热2 充电时间长 需15 20h 优点 蓄电量是铅电池的5倍 质量仅是其1 5 运行平稳 无污染 寿命长 5 4 3硫的氧化物 SO2 SO3是酸雨的罪魁祸首 4Na2SO3 3Na2SO4 Na2SSO32 H2S H S H2OSO32 Cl2 H2O