大学无机化学——碱金属和碱土金属PPT课件

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12-2 含氧化合物含氧化合物12-3 盐类盐类LiRb CsNaKBeMgCaSrBa碱金属：碱金属：IA族的金属单质。族的金属单质。 锂、钠、钾、铷、铯、钫锂、钠、钾、铷、铯、钫 由于由于IA族金属的氢氧化物都是强碱，族金属的氢氧化物都是强碱，故称该族元素为碱金属故称该族元素为碱金属碱土金属：碱土金属：IAIA族的金属单质。族的金属单质。 铍、镁、钙、锶、钡、镭铍、镁、钙、锶、钡、镭钙锶钡碱性钙锶钡碱性“ 碱金属氧化物碱金属氧化物”和土性的和土性的“氧化铝氧化铝”之间，故称该族元素为碱土金之间，故称该族元素为碱土金属属

2、 IAIIAI I IBIVBVBVIBV I IBVIIIBIBIIBIIIAIVAVAVIAV I IAVIIIA1HHe2LiBe BCNOFNe3NaMgAlSiPSClAr4KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr5RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe6CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn7FrRaAcRfDbSgBhHsMtUnnUnnUnnLiNaKRbCs价电子构型价电子构型2s13s14s15s16s1主要氧化态主要氧化态+I+I+I+I+I离子半径离子半径6095133148169

3、I1/kJmol-1520496419403376I2/kJmol-1729845623051263322301.00.930.820.820.79/VM+(aq)+e=M(s)-3.045-2.710-2.931-2.925-2.923M+水化能水化能/kJmol-1519406322293264BeMgCaSrBa价电子构型价电子构型2s23s24s25s26s2主要氧化态主要氧化态+II+II+II+II+II离子半径离子半径356699112134I1/kJmol-1905742593552564I2/kJmol-11768145011521070971I3/kJmol-1149397

4、6584942435135761.571.311.000.950.89 A-1.85-2.38-2.76-2.89-2.90 B-2.28-2.69-3.02-2.99-2.97M2+水化能水化能/kJmol-124941921157714431305121 金属单质物理性质：物理性质：共同点共同点:都具有银白色金属光泽，都具有银白色金属光泽， 良好的导电性和延展性；良好的导电性和延展性； 不同点不同点:碱金属碱金属硬度小，密度小，熔点低，熔沸硬度小，密度小，熔点低，熔沸 点相差大点相差大 碱土金属碱土金属硬度，密度，熔沸点比碱金属硬度，密度，熔沸点比碱金属 高得多高得多 1211物理性质物理

5、性质a. IA、IIA除除Be、Mg外均较软，可用刀切割。外均较软，可用刀切割。b.Li、Na、K密度小于密度小于1（实验室（实验室 Li 保存在石蜡中，保存在石蜡中， Na、K 保存在煤油中）保存在煤油中）c. Cs具有光电效应，因为其表面电子活性极高，表具有光电效应，因为其表面电子活性极高，表面受光照，即可逸出。所以常被用来制造光电管面受光照，即可逸出。所以常被用来制造光电管的阴极。的阴极。d. IA金属能形成液态合金：例：金属能形成液态合金：例：Na-Hg齐合金：一齐合金：一种温和的还原剂；种温和的还原剂；Na-K合金，比热高，被用于核合金，比热高，被用于核反应堆的冷却剂。反应堆的冷却剂

6、。e. IA，IIA金属均具有光泽，良好的导电性，导热性金属均具有光泽，良好的导电性，导热性，延展性，且，延展性，且IIA族金属族金属mp，bp，密度，硬度均，密度，硬度均高于高于IA。因为。因为IIA中为中为2个价电子金属键强。个价电子金属键强。 1212 化学性质碱金属和碱土金属都很活泼，有很强的还原性在自然界中大都以离子型化合物存在，在绝大多数化合物中，它们以正离子形式存在绿柱石:菱镁矿:萤石：天青石:大理石:83OAlSiNa83OAlSiKO6HMgClKCl22O3H)(SOK(AlO)224323)LiAl(SiO6323)(SiOAlBe3MgCOO2HCaSO243CaCO2

7、CaF4SrSO4BaSO钠长石:钾长石:明矾石:锂辉石:光卤石:石 膏:重晶石:重晶石重晶石1、碱金属和碱土金属与水的反应 22HOH氢氧化物碱金属和钙锶钡22222)(2222HOHCaOHCaHNaOHOHNaOH原因：碱土金属熔点高不易熔化，因而与水反应不激烈原因：碱土金属熔点高不易熔化，因而与水反应不激烈 其氢氧化物溶解度小，生成的氢氧化物覆盖在金属其氢氧化物溶解度小，生成的氢氧化物覆盖在金属 表面阻碍金属与水接触，从而减缓了金属与水的反应表面阻碍金属与水接触，从而减缓了金属与水的反应 Li Na K Ca 2、碱金属和钙、锶、钡、碱金属和钙、锶、钡+金属氢化物2H22573423C

8、aHKCaH金属氢化物具有强还原性，金属氢化物具有强还原性，是很强的氧化剂是很强的氧化剂碱金属的氢化物碱金属的氢化物 离子型氢化物离子型氢化物 （1） 均为白色晶体均为白色晶体, 热稳定性差热稳定性差（2 ) 还原性强V)23. 2)/H(H(2El 形成配位氢化物3、碱金属和钙、锶、钡、碱金属和钙、锶、钡+液氨液氨蓝色导电溶液蓝色导电溶液)()(2333NHeNHNaNHNa金属的氨溶液中含有金属离子和溶剂化自由电子，金属的氨溶液中含有金属离子和溶剂化自由电子，这种溶剂化自由电子非常活泼，具有极强的还原能力，这种溶剂化自由电子非常活泼，具有极强的还原能力，金属的氨溶液：强还原性（低温）、导电

9、性、顺磁性金属的氨溶液：强还原性（低温）、导电性、顺磁性氨合电子结构示意图氨合电子结构示意图 由于氨合电子存在由于氨合电子存在, , 溶液有导电性和顺磁溶液有导电性和顺磁性性, , e(NH3)y-是很强的还原剂是很强的还原剂, 用于无机和用于无机和有机合成有机合成. 痕量杂质如过渡金属盐痕量杂质如过渡金属盐, ,氧化物氧化物, ,氢氧化物氢氧化物存在或光化作用存在或光化作用, ,能促进碱金属与氨的反应能促进碱金属与氨的反应当长期放置或有催化剂存在时2232)(22HNaNHlNHNa白色固体（: )2SNaNH NaClNbNaNbCl555CaOZrCaZrO2222422MgClTiMg

10、TiCl利用碱金属和碱土金属的强还原性，在非水溶液或熔利用碱金属和碱土金属的强还原性，在非水溶液或熔融条件下制备稀有金属或贵重金属融条件下制备稀有金属或贵重金属4、强还原性、强还原性5、碱金属和碱土金属的焰色反应焰色反应：碱金属、碱土金属及其的挥发性化合物在高温火焰中呈现特征颜色的现象过程：原子化激发跃迁发射出一定波长的光 呈现特征颜色 Li+ 深红色深红色 Ca2+ 橙红色橙红色Na+ 黄色黄色 Sr2+ 洋红色洋红色K+ 紫色紫色 Ba2+ 绿色绿色Rb+ 紫红色紫红色 Cs+ 蓝色蓝色 Li Na K Ca Sr Ba1213 金属单质的制备常用方法：常用方法：1、熔盐电解法、熔盐电解法

11、Li、Na Be、Mg、Ca、Sr、Ba 2、热还原法、热还原法 K、Rb、Cs、Be1、熔融电解法将金属的氯化物熔融电解1）Na的制备的作用2CaCl1、助熔剂、降低耗能、助熔剂、降低耗能2、减少钠的挥发、减少钠的挥发3、降低钠的溶解度，利于、降低钠的溶解度，利于产品分离产品分离2)其他金属单质的制备2BeCl加熔盐的导电性或其他金属氯化物以增2CaCla、Be的制备由于 的共价性较强，生产过程中需要加入b、22)750(ClMgCMgCl电解c、Ca、Sr、Ba都可以通过电解其熔融氯化物制备都可以通过电解其熔融氯化物制备2、热还原法1）K制备制备)850)()()()(CgKlNaCllK

12、CllNa（分离提纯冷凝反应向右进行溢出KKC850不用熔融电解法制备不用熔融电解法制备K的原因：金属的原因：金属K易溶于氯化物易溶于氯化物中，很难分离；金属中，很难分离；金属K沸点低，易从电解槽中溢出沸点低，易从电解槽中溢出)850)()()()(CgKlNaCllKCllNa（C883:Na C759:K:沸点molkJ 495.8)(molkJ 18.94)(1-11-1NaIKISTHGmrmr 钾比钠活泼，为什么能通过如下反应制备金属钾？钾比钠活泼，为什么能通过如下反应制备金属钾？2）其他金属的制备）其他金属的制备)()(1300)()()(2)(750)(2)(2)(750)()(

13、22222gBelMgClClMglBeClgCslCaClClCalCsClgRblCaClClCalRbCl）1221含氧化合物1221 氧化物分类：普通氧化物、过氧化物超氧化物和臭氧化物分类：普通氧化物、过氧化物超氧化物和臭氧化物普通氧化物普通氧化物 过氧化物过氧化物超氧化物超氧化物臭氧化物臭氧化物所有的碱金所有的碱金属和碱土金属和碱土金属属除除Be以以外的所有外的所有碱金属和碱金属和碱土金属碱土金属Na、K、Rb、Cs、CaNa、KRb、Cs碱金属和碱土金属在充足的空气中燃烧普通氧化物普通氧化物过氧化物过氧化物超氧化物超氧化物臭氧化物臭氧化物Li、Be、Mg、Ca、SrNa、BaK、R

14、b、CsNa、K、Rb、Cs的干燥氢化物1、普通氧化物、普通氧化物性性质质燃烧燃烧制备制备颜色颜色热稳定性、热稳定性、熔点熔点与水反应与水反应碱碱金金属属仅仅Li为普通氧为普通氧化物，其他都化物，其他都是过氧化物或是过氧化物或超氧化物超氧化物单质单质/叠氮叠氮化物化物+过氧过氧化物化物/硝酸硝酸盐盐/亚硝酸亚硝酸盐盐从上到下从上到下逐渐加深逐渐加深1）从上）从上到下热稳到下热稳定性定性，熔点熔点；2）碱土）碱土金属氧化金属氧化物熔点比物熔点比碱金属高碱金属高得多得多1）生成）生成氢氧化物氢氧化物2）放出）放出热量热量碱碱土土金金属属仅仅Ba为过氧为过氧化物，其他都化物，其他都是普通氧化物是普通

15、氧化物碳酸盐、碳酸盐、亚硝酸盐亚硝酸盐、硫酸盐、硫酸盐和氢氧化和氢氧化物的分解物的分解均为白色均为白色2、过氧化物过氧化物过氧化物制备制备LiLi2 2O2 2NaNa2 2O O2 2易生成超氧化物，难以得到纯净的过氧化易生成超氧化物，难以得到纯净的过氧化物物BaOBaO2 2222ONaO2NaNaClMgOMgClONa2)(2222冷浓HClCaOOHCaCl2222222SrOOSr高压222222OCsORbOK、2MgO2CaO2SrOOHOLiOHLiOH2222222乙醇饱和溶液22BaOOBa一定温度过氧化物的性质物理性质：粉末状固体、吸潮性物理性质：粉末状固体、吸潮性化学

16、性质：化学性质：性质性质方程式方程式与水或稀酸反与水或稀酸反应应与二氧化碳反与二氧化碳反应应较强的氧化性较强的氧化性还原性还原性422242222222222SONaOHSOHONaNaOHOHOHONa232222222OCONaCOONaONaCrONaONaOCrONaFeONaONaOFe242223224222322323422422222422810251625BaSOOHSOHBaOOHNaMnOHMnOONa过氧化物的热稳定性 碱金属：除Li2O2不稳定外，其他碱金属的热稳定性都比较高 稳定性：碱金属碱土金属 碱金属过氧化物的热稳定性MgO2BaO23、超氧化物和臭氧化物顺磁性

17、顺磁性稳定性稳定性半径大的正离子稳定：K、Rb、Cs、Sr、Ba超氧化物温稳定，Na的超氧化物不稳定熔点熔点同族从上到下依次升高反应反应Na/K/Rb/Cs+O2（过量）超氧化物强氧化强氧化性性(可做氧可做氧气源气源)3242222222)()()()()(p*pps*sKK23222222222223224324222OCOKCOOKOOKKOKOHOHOOHKO臭氧化物223223542422OKOHOHKOOKOKO 制备：Na/K/Rb/Cs的氢氧化物+O3臭氧化物 6KOH+4O3=4KO3+2KOHH2O+O2 稳定性：稳定性：KO3不稳定不稳定122氢氧化物 1、氢氧化物的碱性1

18、）碱金属和碱土金属的性质概述性质性质碱金属碱金属碱土金属碱土金属颜色颜色均为白色均为白色均为白色均为白色溶解度溶解度很大很大(LiOH除外除外)较小较小(Mg(OH)2、Be(OH)2难溶难溶)酸碱性酸碱性均为碱性均为碱性碱性（碱性（Be(OH)2除除外）外）碱金属的其他性质：白色固体、易吸潮、溶于水放出大量的热碱金属的其他性质：白色固体、易吸潮、溶于水放出大量的热溶解度规律溶解度规律：阴、阳离子半径相差较大的离子型化合物在水中溶解阴、阳离子半径相差较大的离子型化合物在水中溶解度较大，相近的溶解度较小，即度较大，相近的溶解度较小，即 “相差溶解相差溶解” 规律。规律。2）原因）原因 LiOH

19、NaOH KOH RbOH CsOH 中强中强 强强 强强 强强 强强 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性两性 中强中强 强强 强强 强强碱金属和碱土金属氢氧化物的碱性碱金属和碱土金属氢氧化物的碱性 金属正离子的离电势以以MOH为代表，它有两种离解方式：为代表，它有两种离解方式： MOH MO- + H+ 酸式电离酸式电离 MOH M+ + OH- 碱式电离碱式电离 究竟以何种方式电离，或两者兼有：究竟以何种方式电离，或两者兼有：这与这与M的电荷数的电荷数 Z（指离子的电荷数）与（指离子的电荷数）与 M的离子半的离子半径比值有关。径比值有关。

20、离子势离子势: = z/rrZ阳离子半径金属阳离子显然显然越大，离子静电引力强，则越大，离子静电引力强，则M吸引氧原子上的电吸引氧原子上的电子云能力强子云能力强. 结果结果 ：OH键被削弱，易断裂，以酸式电离为主键被削弱，易断裂，以酸式电离为主 越小，则越小，则RO键强度越弱，所以以碱式电离为主键强度越弱，所以以碱式电离为主 = z/r：离子势：离子势 判断金属氢氧化物酸碱性的经验公式：判断金属氢氧化物酸碱性的经验公式： 显酸性M(OH)n时0.32当显两性M(OH)n时0.320.22当显碱性M(OH)n时0.22当rZ阳离子半径金属阳离子用值来判断氢氧化物的酸碱性强弱只是一用值来判断氢氧化

21、物的酸碱性强弱只是一种粗略的经验方法，氢氧化物的碱性除与种粗略的经验方法，氢氧化物的碱性除与离子电荷、半径离子电荷、半径有关外，还与有关外，还与原子的原子的电子层结构电子层结构等多种因素有关等多种因素有关2、氢氧化钠NaOH是碱金属氢氧化物中最重要的氢氧化物，也是十分是碱金属氢氧化物中最重要的氢氧化物，也是十分重要的基本化工原料，又称烧碱、火碱、苛性钠重要的基本化工原料，又称烧碱、火碱、苛性钠主要内容主要内容 1)腐蚀性腐蚀性 2)易吸收空气中的水汽和酸性气体易吸收空气中的水汽和酸性气体 3)NaOH的制备的制备 工业上：工业上：a、隔膜法、隔膜法 b、离子膜法、离子膜法 222222ClHN

22、aOHOHNaCl电解123 盐类 1231盐的溶解性盐的溶解性1、碱金属盐、碱金属盐碱金属盐类通常易溶于水碱金属盐类通常易溶于水, 且它们的离子都是无色的且它们的离子都是无色的, 只有少只有少数碱金属盐是难溶的数碱金属盐是难溶的.1）Li的盐类的盐类Li+半径小半径小, 极化能力强极化能力强,其强酸盐易溶于水其强酸盐易溶于水, 如如LiCl、LiNO3, 而其弱酸盐溶解性较差，而其弱酸盐溶解性较差， 如如LiOH，Li2CO3、Li3PO4、LiF。 2）其他碱金属的难溶盐）其他碱金属的难溶盐钠的难溶盐：钠的难溶盐：锑酸钠锑酸钠 NaSb(OH)6 (白色白色)醋酸铀酰锌钠：醋酸铀酰锌钠：N

23、aAcZn(Ac)23UO2(Ac)29(H2O)黄绿色黄绿色钾的难溶盐：钾的难溶盐： 高氯酸钾高氯酸钾 KClO4 (白色白色) 酒石酸氢钾酒石酸氢钾 KHC4H4O6(白色白色) 六氯铂酸钾六氯铂酸钾 K4PtCl6(淡黄色淡黄色) 六硝基钴六硝基钴()亚硝酸钠钾亚硝酸钠钾 K2NaCo(NO2)6(亮黄色亮黄色) 四苯硼酸钾四苯硼酸钾 KB(C6H5)4 (白色白色) 六氯和锡酸铷六氯和锡酸铷 Rb2SnCl6 高氯酸铯高氯酸铯 CsClO4 2、碱土金属盐碱土金属盐都是离子化合物碱土金属盐的溶解性碱土金属盐的溶解性盐中的阴盐中的阴离子离子溶解溶解性性原因原因负一价离负一价离子（子（F-

24、)除除外外较大较大电荷电荷 吸引力较小，晶格能较低，离子键较吸引力较小，晶格能较低，离子键较弱弱电荷较高电荷较高高的复杂高的复杂负离子负离子较小较小复杂离子半径较大，为避免晶体中负离子复杂离子半径较大，为避免晶体中负离子的之间的斥力，复杂离子与半径较大的正的之间的斥力，复杂离子与半径较大的正离子结合，增大晶格能离子结合，增大晶格能盐类的溶解盐类的溶解包括晶格能的破坏和离子的水合。因此，离子的晶格能和水合倾向大小都是影响溶解度的重要因素。离子电荷越高，半径越小，水合时放热越多，越有利于溶解半径大的正离子与复杂离子形成的盐类，溶解度较小；半径大的正离子与复杂离子形成的盐类，溶解度较小；半径小的正离

25、子与半径小的负离子形成的盐类，溶解度较小半径小的正离子与半径小的负离子形成的盐类，溶解度较小1232 盐的结晶水合与复盐正离子电荷越高，半径越小，形成结晶水合盐类的倾向越大。正离子电荷越高，半径越小，形成结晶水合盐类的倾向越大。碱金属盐的结晶水碱金属盐的结晶水卤化物卤化物一般不带结晶水一般不带结晶水硝酸盐硝酸盐LiNO3H2O和和LiNO33H2O硫酸盐硫酸盐仅仅Li2SO4H2O和和Na2SO410H2O碳酸盐碳酸盐除除Li2CO3外其余都带结晶水外其余都带结晶水从阴离子角度看从阴离子角度看, 碱金属强酸盐水合能力小碱金属强酸盐水合能力小, 弱酸盐水合能力弱酸盐水合能力较大较大. 性质性质碱

26、土金属的盐类碱土金属的盐类带结晶水的趋势带结晶水的趋势更大更大常见水合盐：常见水合盐：MgCl26H2O、CaCl26H2O、MgSO47H2O、CaSO42H2O、BaCl22H2O吸潮性吸潮性干燥剂干燥剂熔化热大熔化热大做储热材料做储热材料碱金属和碱土金属形成一系列的复盐，形成的复盐溶解度一碱金属和碱土金属形成一系列的复盐，形成的复盐溶解度一般比单盐小般比单盐小形成的复盐类型形成的复盐类型通式通式光卤石类光卤石类MClMgCl26H2O（M=K+、Rb+、Cs+）矾类矾类(I)M2SO4MgCl26H2O(M=K+、Rb+、Cs+)矾类矾类(II)M(I)2SO4M(III)(SO4)22

27、4H2O(M(I)Na+、K+、Rb+、Cs+，M(III)Al3+、Cr3+、Fe3+等等)1233含氧酸盐的热稳定性含氧酸盐的热稳定性1、硝酸盐的热分解硝酸盐硝酸盐分解产物分解产物举例举例碱金属的硝酸盐碱金属的硝酸盐（较低温度）（较低温度）MNO2+O2碱金属的硝酸盐碱金属的硝酸盐（较高温度）（较高温度）M2O+N2+O2锂的硝酸盐锂的硝酸盐Li2O+NO2+O2碱土金属的硝酸碱土金属的硝酸盐盐MO+NO2+O22223424ONOOLiNaNO222342)(2ONOMgONOMg22325002ONaNOCNaNO22235228004ONONaCNaNO2、碱金属的卤化物 制备：氢氧

28、化物制备：氢氧化物/碳酸盐碳酸盐+卤化氢卤化氢结晶结晶卤卤化物（其卤化物是熔点较高的白色晶体）化物（其卤化物是熔点较高的白色晶体） 碱金属卤化氢的的标准生成热碱金属卤化氢的的标准生成热卤化物卤化物放出的热量放出的热量MF(M:LiRb)MX(M:LiRb,X:ClI)|H|标准生成热mf碱金属含氧酸盐的热稳定性一般比碱土金属的热稳定性高 原因：正离子电荷越高，半径越小，极化能力越强，其含氧酸盐不稳定，分解温度越低 碳酸盐的受热分解产物为金属氧化物和二氧化碳232232COMgOMgCOCOOLiCOLi1234重要盐类简介 NaCl：俗称食盐，大量存在于海水中，也有其矿物用途：1）以NaCl为

29、原料可生产Na、NaOH、Cl2、 Na2CO3和HCl 2）食品加工、石油工业、纺织工业等方面， 也作为公路融雪剂1、卤化物、卤化物 MgCl2:俗称卤水用途：1）豆制品加工（可使蛋白质凝固） 2）重要的化工原料：在有机合成化学中 有广泛的运用 3）做雪融剂（凝固点较低） 通常以MgCl26H2O形式存在形式存在OHHClClOHMgOHMgCl2225)(6HClMgOClOHMg)(22MgClClMgOHMgClHClOHMgCl222266氛 无水无水CaCl2 1）制备）制备OHCaClOH222266CaCl CaCl26H2O在脱水时会发生水解，因而脱水在脱水时会发生水解，因而脱水产物中常含有产物中常含有CaO 2）用途：）用途：CaCl26H2O与冰混合可做制冷剂与冰混合可做制冷剂 BeCl21）性质：碱土金属氧化物中只有BeX2具有较强的共价性，熔沸点低，易升华；2）水合卤化物脱水时会像MgCl26H2O一样分解3）无水BeCl2固态时具有链状结构，Be的原子轨道 为SP3杂化； 气态时存在二聚体分子（BeCl2)2，Be的原子轨 道为SP2杂化2.碳酸盐 Na2CO3(最重要的碳酸盐)，俗称苏打或纯碱1）用途：重要的化工原料，大量用于生产纸张、肥料、洗涤