碱金属、碱土金属

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 这些金属单质都具有银白色这些金属单质都具有银白色的金属光泽，具有良好的导电性的金属光泽，具有良好的导电性和延展性。和延展性。 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。 碱金属和碱土金属都是非常活泼的金属元素，同族碱金属和碱土金属都是非常活泼的金属元素，同族从从 Li

2、 到到 Cs 和从和从 Be 到到 Ba 活泼性依次增强。活泼性依次增强。 碱金属和碱土金属都有很强的还原性，与许多非金碱金属和碱土金属都有很强的还原性，与许多非金属单质直接反应生成离子型化合物。在绝大多数化合物中属单质直接反应生成离子型化合物。在绝大多数化合物中，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、碱土金属与水的作用碱金属、碱土金属与水的作用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、碱土金属与液氨的作用碱

3、金属、碱土金属与液氨的作用 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 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? (p798) (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

4、属单质的制备 钾的沸点钾的沸点(766 C)比钠的比钠的(890 C)低，当反应体系的低，当反应体系的温度控制在两沸点之间，使金属钾变成气态，金属钠和温度控制在两沸点之间，使金属钾变成气态，金属钠和KCl、NaCl 仍保持在液态，钾由液态变成气态，熵值大仍保持在液态，钾由液态变成气态，熵值大为增加，反应的为增加，反应的 TrSm 项变大，有利于项变大，有利于rGm变成负值使变成负值使反应向右进行。反应向右进行。 同时，钾为蒸气状态，设法使其不断离开反应体系，同时，钾为蒸气状态，设法使其不断离开反应体系，让体系中其分压始终保持在较小的数值，有利于反应向右让体系中其分压始终保持在较小的数值，有利于

5、反应向右进行。进行。 12 2 含氧化合物含氧化合物12 2 1 氧化物氧化物 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) 碱土金属的氧化物可以通过其碳酸盐、氢氧化物、碱土金属的氧化物可以通过其碳酸盐、氢氧化物、 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。 氧化物热稳定性总的趋势是，同族从上到下依次降氧化物热稳定性总的趋势是，同族从上到下依次降 低，熔点也按此顺序降低。低，熔点也按此顺序降低。(p800,mp:) 碱土金属离子半径较小，电荷高，其氧化物的晶格能碱土金属离子半径较小，电荷高，其

6、氧化物的晶格能大，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。 锂以外的碱金属氧化物的制备一般可以用碱金属单质锂以外的碱金属氧化物的制备一般可以用碱金属单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白色固体。碱金属和碱土金属的氢氧化物都是白色固体。 Be(OH)2为两性氢氧化物，为两性氢氧化物，LiOH和和Be(OH)2为中强为中强碱，其余氢氧化物都是碱，其余氢氧化物都是强碱强碱。 碱金属的氢氧化物都碱金属的氢氧化

7、物都易溶于水，在空气中很容易吸，在空气中很容易吸潮，它们溶解于水时放出大量的热。除氢氧化锂的溶解潮，它们溶解于水时放出大量的热。除氢氧化锂的溶解度稍小外，其余的碱金属氢氧化物在常温下可以形成很度稍小外，其余的碱金属氢氧化物在常温下可以形成很浓的溶液。溶解以后浓的溶液。溶解以后全部电离全部电离。 2 氢氧化物酸碱性判断标准氢氧化物酸碱性判断标准 R拉电子能力与离子势有关拉电子能力与离子势有关: 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

8、0.25 Be(OH)2 NaOH 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，为两性， 其它碱土金属氢氧化物为碱性。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

9、一定的共价性。(2 ) 一般无色或白色。一般无色或白色。(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：NaAcZn(Ac)23UO2(Ac)29H2O、 NaSb(OH)6、KClO4、 Li3PO4、 K2PtCl6、 K2NaCo(ONO)6亮黄、亮黄、KB(C6H5)4（白色）（白色） 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

10、时出现。 (2) IIA盐类难溶居多，常见盐类除氯化物、硝酸盐、盐类难溶居多，常见盐类除氯化物、硝酸盐、 MgSO4、MgCrO4外，其他难溶，如外，其他难溶，如MCO3、 MC2O4、M3(PO4)2、MSO4、 MCrO4 钠盐和钾盐的差异钠盐和钾盐的差异1、溶解度、溶解度2、吸湿性、吸湿性3、结晶水、结晶水Li几乎全部、几乎全部、Na 盐盐75% 钾盐钾盐25%水合水合焰色反应：焰色反应：晶型：晶型：形成复盐：形成复盐：Li除外均可形成复盐。除外均可形成复盐。热稳定性：热稳定性：重要的盐：重要的盐：BeX2 、 Mg（Ca、Ba）Cl2 、CaF2 碳酸正碳酸正盐、酸式盐。等盐、酸式盐。

11、等Na2SO410H2O芒硝、芒硝、CaSO42H2O石膏、石膏、BaSO4重晶石、重晶石、MgSO47H2O硫酸镁硫酸镁 (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：阴阳离子电荷绝对值相同巴素洛规则：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BeCO3MgCO3CaC

12、O3SrCO3 BaCO3分解温度分解温度 / K298813118315631663 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 4 1 化合物的溶解性化合物的溶解性 锂和镁的氢氧化物锂和镁的氢氧化物LiOH和和Mg(OH)2的溶解度都很小，的溶解度都很小，而其它碱金属氢氧化物都易溶于水。而其它碱金属氢氧化物都易溶于水。 锂与镁的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都是难溶盐，而锂与镁的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都是难溶盐，而碱金属的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都易溶于水。例如，氟碱金属的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都易溶于水。例如，氟

13、化钠的溶解度约是氟化锂的化钠的溶解度约是氟化锂的10倍，磷酸钠的溶解度约是磷倍，磷酸钠的溶解度约是磷酸锂的酸锂的200倍。倍。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 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 HCl12 4 3 对角线规则对角线规则

14、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，叫做对角线规则。多相似之处，叫做对角线规则。 这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和半这是由于对角线位置上的邻近两个元素的电荷数和半径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近径对极化作用的影响恰好相反，使得它们离子极化力相近而引起的。而引起的。12 4 4 为什么为什么E (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) 特别负是主要是由于锂离子半径小，水合特别负是主要是由于锂离子半径小，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总焓变总焓变Hm