碱金属和碱土金属(庞)PPT演示课件

第十七章碱金属和碱土金属AlkaliandAlkali-earthMetal,制作：王英,1,第一节碱金属和碱土金属的通性第二节碱金属和碱土金属的单质的制备和性质第三节碱金属和碱土金属的氧化物第四节碱金属和碱土金属的氢氧化物第五节碱金属和碱土金属的盐类第六节锂和镁、铍和铝的相似性第七节硬水及其软化,本章内容,2,1.通过课堂讲授和自学掌握碱金属、碱土金属单质的性质，了解其结构、存在、制备及用途与性质的关系；2.掌握碱金属、碱土金属氧化物的类型及重要氧化物的性质和用途；3.了解碱金属、碱土金属氢氧化物溶解性和碱性的变化规律；4.掌握碱金属、碱土金属重要盐类的性质及用途，了解盐类热稳定性、溶解性的变化规律。,本章要求,3,碱金属和碱土金属原子的最外层电子排布分别为:ns1和ns2,这两族元素构成了周期系的s区元素。,第一节碱金属和碱土金属的通性,碱金属元素的原子很容易失去一个电子而呈+1氧化态，因此碱金属是活泼性很强的金属元素。它们不会具有其它氧化态。,它们的次外层具有稀有气体原子式的稳定的电子层结构，对核电荷的屏蔽作用较大，所以碱金属元素的第一电离势在同一周期中为最低。,4,碱土金属原子比相邻的碱金属多一个核电荷，因而原子核对最外层的两个s电子的作用增强了，所以碱土金属原子要失去一个电子比相应碱金属难。其I1比碱金属大。,碱金属和碱土金属元素在化合时，多以离子结合为特征，但在某些情况下仍显一定程度的共价性。,5,碱金属和碱土金属的原子半径，从上至下依次增大，电离能和电负性依同样次序减小。金属活泼性也从上至下依次增强。,它们不能以单质形式存在于自然界中。,6,第二节碱金属和碱土金属单质的制备和性质,2-1存在和制备,一、存在,7,锂辉石Li2OAl2O34SiO2，钠长石NaAlSi3O8，钾长石KAlSi3O8，绿柱石3BeOAl2O36SiO2白云石CaCO3MgCO3菱镁矿MgCO3光卤石KClMgCl26H2O，方解石CaCO3石膏CaSO42H2O明矾石K2SO4Al2(SO4)324H2O，天青石SrSO4重晶石BaSO4,锂辉石,钾长石,天青石,重晶石,8,二、制备,（1）电解熔融的氯化钠制备金属钠,阳极：2Cl-=Cl2+2e-,阴极：2Na+2e-=2Na,9,思考电解氯化钠为什么用氯化钠和氯化钙的混合盐？,答：降低电解质的熔点，防止钠的挥发。NaCl的熔点是1073K，Na的沸点是1156K，混合盐的熔点是873K减小金属钠的分散性。因为钠容易分散在熔融盐中，难于分离出来，而钠的密度比熔融混合物的密度小，钠易浮在上面。,10,2KF+CaC2=CaF2+2K+2C,（2）热还原法,一般用碳或碳化物为还原剂,MgO(s)+C(s)=CO(g)+Mg(g),K2CO3+2C=3CO+2K,11,2CsAlO2+Mg=MgAl2O4+2Cs,（3）金属置换法,高温低压下,KCl+Na=NaCl+K,2RbCl+Ca=CaCl2+2Rb,思考为什么不用电解法制钾？,因为金属K熔于氯化钾而难以分离。,12,思考上述反应与根据标准电极电势排列的金属活动顺序是否矛盾，为什么？,答：否。因为标准电极电势是金属在水溶液中表现出的性质。而上述反应是在熔融态下进行的。,13,2MN3=2M+3N2M=Na,K,Rb,Cs,（4）热分解法,氰化物、叠氮化物、亚铁氰化物等加热分解成碱金属,4KCN=4K+4C+2N2,14,碱金属和碱土金属的用途,1.金属锂1）制造Al-Li合金,质量轻且强度大,用于空间飞行器2）制造高功率长效电池用于手表,计算机,心脏起博器3）同位素63Li用中子轰击产生热核武器的原料“氚”4）制造氢化锂等,用作催化剂,15,2.金属钠多年来它的最大用途是由铅钠合金与烷基氯生产汽油抗震剂，四乙基铅（现己被禁用）4PbNa+4C2H5Cl=（C2H5）4Pb+Pb+4NaCl钠的新用途正在被开发，钠的导电率超过铜和铝，现已制成地下辅设的钠电缆，钠基电池像锂电池一样，是一种高能电池，钠硫电池可在300度条件下工作。,16,3.铯1）铯（铷钾）在光照下逸出电子，因而是制造光电池的良好材料。2）133Cs厘米波的振动频率（9192631770s-1）在长时间内保持稳定，利用此特性制作的铯原子钟测准至1X10-9s，300年内误差不超过1s。,17,4.铍铍与镁和铝是所谓的轻金属。7080%用于制合金，因其弹性-质量比、拉伸应力和导热性高，用于各种飞行器。目前发射到空间轨道上的飞行器中镁比其他任何金属都要多。另外，用氧化铍制特种陶瓷。,18,2-2物理性质,单质具有金属光泽，有良好的导电性和延展性；碱金属原子只有一个价电子且原子半径较大，故金属键弱，熔沸点低，碱土金属的金属键要强一些，熔沸点、密度和强度也高一些。,碱金属单质均为体心立方晶格,19,问题锂表现出的性质与本族其它元素相比有很大的差异，其产生的原因是什么？,答：锂的原子半径和离子半径很小，其离子的极化力是碱金属中最强的，它的溶剂化作用和形成共价键的趋势异常大，离子外层电子构型也不同与其它碱金属的电子外壳。,20,21,2-3化学性质,22,碱金属的一些化学反应,23,碱土金属的一些化学反应,24,一、与水的反应,问题根据标准电极电势，锂与水的反应活泼性比铯还强，然而实际上锂还不如钠活泼。这是为什么？,答：锂的熔点较高，反应放出的热量不足以使它熔化，钠在反应时则被熔化，因而固体锂与水接触的表面积不如液体钠大；反应产物LiOH的溶解度小，它覆盖在锂的表面，阻碍反应的进一步进行。,25,二、与O2的反应,三、与氧化物的反应,Mg+SiO2Si+MgO,Mg+CO2？Mg+H2O（g）？,（MgO+C）（MgO+H2）,26,M（s）+（x+y）NH3M（NH3）+x+e（NH3）-y,钠溶于某些干燥的有机溶剂如醚也会产生溶剂合电子的颜色。,27,第三节碱金属和碱土金属的氧化物,碱金属的氧化物：普通氧化物M2O过氧化物M2O2超氧化物MO2臭氧化物MO3,28,3-1普通氧化物,碱金属LiNaKRbCs空气中燃烧Li2ONa2O2KO2RbO2CsO2,碱金属中只有锂在空气中燃烧能直接生成氧化锂。,2KNO3+10K=6K2O+N2,Na2O2+2Na=2Na2O,29,Na2OK2ORb2OCs2O白色淡黄色亮黄色橙红色,Na2O+H2O=2NaOH,M2O与水作用生成MOH：,30,碱土金属氧化物,碱土金属直接与氧作用，或相应碳酸盐或硝酸盐热分解：,M+O2MO（白色固体）,31,答：BeO属ZnS型离子晶体（配位数是4：4)而其它碱土金属普通氧化物是NaCl型离子晶体。,BeO与同族其它元素氧化物的不同之处是什么？,32,3-2过氧化物,过氧离子O2-2的分子轨道KK（2s）2（2s*）2（2p）2（2p）4（2*py）2（2p*z）2,除Be外，均有过氧化物；M2O2，过氧离子O22-：-O-O-2-,33,Na2O2制备：4Na+O2=2Na2O2Na2O+O2=2Na2O2,Na2O2性质：,1)与水或稀酸反应,Na2O2+2H2O=H2O2+2NaOH,Na2O2+H2SO4=H2O2+2Na2SO4,2H2O2=2H2O+O2,34,2)与强氧化剂的反应,3)与CO2反应,Cr2O3+3Na2O2=2Na2CrO4+Na2O,MnO2+Na2O2=Na2MnO4,2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,35,BaO2+H2SO4=H2O2+BaSO4,碱土金属过氧化物,BaO2,H2O2实验室制法,36,O2-分子轨道式：,3-3超氧化物,K、Rb、Cs在过量氧气中燃烧即得MO2,KO2RbO2CsO2橙黄色深棕色深黄色,KK(2s)2(2s*)2(2p)2(2p)4(2p*)3,37,MO3M=K、Rb、Cs6KOH+4O3=4KO3+2KOHH2O+O2桔红色,4MO2+2CO2=2MCO3+3O2,强氧化性：,2MO2+2H2O=H2O2+O2+2MOH,3-4臭氧化物,38,超氧化物与过氧化物的性质有哪些相似之处？,答：2KO2+2H2O=H2O2+2KOH+O24KO2+2CO2=2K2CO3+3O2,防毒面具中可用作二氧化碳的吸收剂和供氧剂，除此之外防毒面具还有什么物质。,Na2O2,KO2,熔化Na2O2时选用。A、瓷制容器B、石英容器C、玻璃容器D、镍制容器,D,39,练习1写出室温下锂在空气中的所有反应。,答Li+O2Li2OLi+N2Li3NLi+H2OLiOH+H2Li2O+H2OLiOHLi2O+CO2Li2CO3LiOH+CO2Li2CO3+H2O,40,练习2写出Na2O2分别与CO2、SiO2、Al2O3、SO2、Fe（CrO2）2的反应方程式。,答：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,2Na2O2+2SiO2=Na2SiO3+O2,Na2O2+Al2O3=2NaAlO2+1/2O2,Na2O2+SO2=Na2SO4,Fe(CrO2)+Na2O2Na2CrO4+Fe2O3+Na2O,41,第四节碱金属和碱土金属的氢氧化物,同一主族的金属氢氧化物，溶解度从上到下依次递增；碱土金属氢氧化物溶解度小于相应碱金属氢氧化物（解释见书P271-272）；Be(OH)2和Mg(OH)2难溶。,一、溶解性,42,二、碱性,变化规律：Be(OH)2两性，其余为强碱或中强碱。,ROH离解方式：,RO+H+ROHR+OH,酸式离解,碱式离解,离解方式与离子势有关：,43,越大，静电引力越强，R对O的吸引能力越强，越有利于酸式离解越小，RO键越弱，越有利于碱式离解,金属氢氧化物酸碱性的经验判据：r为pm,0.22时：金属氢氧化物属碱性；,0.22磷酸盐硫酸盐氯化物碳酸盐氯酸盐硝酸盐,53,碱金属与碱土金属的盐比较，热稳定性如何？P278,碱土金属碳酸盐的热稳定性变化规律如何？,随着金属离子半径逐渐增大，对碳酸根离子的极化作用依次减小，碳酸盐的热稳定性依次增强。,54,5-2几种重要的盐类,1.卤化物,NaClKClMgCl2CaCl2等,石灰-碳酸钠法处理除去Mg2+和Ca2+,（1）NaCl是食盐的主要成分，其它为少量MgCl2和CaCl2等,55,BaCl22H2O（剧毒！）,（2）MgCl2,主要资源：光卤石（KClMgCl26H2O）和海水,方法一：将MgCl26H2O在干燥的氯化氢气流中加热脱水可制得无水MgCl2。方法二：MgO+C+Cl2=MgCl2+CO,（3）CaCl2,CaCl26H2O直接加热脱水可得无水CaCl2,无水CaCl2具有强吸水性，是常用的干燥剂,（4）BaCl2,56,二、碳酸盐,（1）水溶性,碱金属碳酸盐除Li2CO3外，其它均溶于水；,碱土金属碳酸盐除BeCO3外，其它均难溶于水，但酸式碳酸盐可溶。,（2）水溶液的酸碱度,碱金属和碱土金属可溶性碳酸盐在水溶液中，都发生水解而使溶液呈碱性。,57,（3）热稳定性,碱金属碳酸盐热稳定性较高，而碱土金属碳酸盐热稳定性较低。,问题：石笋与钟乳石是如何形成的？解释并写出相关方程式。（P283）,58,MgSO4CaSO4SrSO4BaSO4,溶解度依次降低,CaSO42H2O石膏BaSO4重晶石,三、硫酸盐,碱金属硫酸盐均易溶于水,Na2SO4H2O芒硝,Na2SO4元明粉,碱土金属硫酸盐多难溶于水,钡餐,59,黑火药的主要成分：KNO3,四、硝酸盐,碱金属和碱土金属硝酸盐溶解性均较大,2KNO3+3C+S=K2S+N2+3CO24KNO3+6C+2S=K2S2+K2CO3+CO+2N2+4CO210KNO3+16C+5S=3K2SO4+4K2CO3+K2S2+8N2+12CO2,黑火药爆炸的主要反应：,60,知识扩充：氢化物,碱金属氢化物中以LiH最稳定，加热到(961K)也不分解。但其它氢化物不稳定，加热易分解成金属和氢。,碱金属和碱土金属中较活泼的Ca、Sr、Ba能与氢在高温下直接化合，形成离子晶体，故